x86架构——SMM

SMM是什么

SMM全称System Manage Mode。

从名字也可以大致看出，它是x86平台CPU的一种模式，该模式用来做系统管理的操作，具体来说，可以参考《64-ia-32-architectures-software-developer-system-programming-manual.pdf》中的说明：

以上也只是Intel建议的在SMM下应该做的事情，而实际用来做什么，就只能看你写的具体代码了。

 

总览

下面简单说明SMM的基本特性：

1. 通常只在BIOS下实现，OS基本不需要特别关注SMM；

2. SMM的处理代码和数据在特定的内存中，这段内存被称为SMRAM；

3. 要进入SMM模式，只能通过SMI（System Manager Interrupt，系统管理中断），SMI可以通过SMI#引脚和APIC中断来产生，且SMI是不可屏蔽的中断；

4. 要退出SMM，只能通过RSM指令（RSM只能在SMM中用）：

5. 进入SMM之后，普通的中断都被屏蔽掉了；

6. 进入SMM模式之后执行环境就到了实模式下，分页也被Disable掉了（CR0.PE=0，CR0.PG=0），此时内存访问最大到4G；

7. SMM是不可重入的，意思是当你在SMM模式之后就不会再接收SMI了；

 

进入和退出SMM

先贴一张CPU各个模式之间的转换：

前面已经说过，当CPU接收到SMI中断或者SMI#引脚被触发，则CPU开始处理SMI，具体过程如下：

1. 等待所有已触发的指令都执行完毕；

2. 将当前执行环境保存到SMRAM中；

3. CPU发送信号给外部的电路，告知有SMI处理程序在执行；

4. 进入SMM并进行相应的CPU级别的初始化；这里有一个很重要的步骤，即初始化SMM下的系统执行环境，简单的说就是给一大堆寄存器赋值，如下所示：

5. 开始执行SMI处理程序。

当在SMI句柄中使用了RSM指令，CPU就开始推出SMM，具体过程如下：

1. CPU从SMRAM中读取之前存入到进入SMM之前的执行环境；

2. CPU发送信号告知要退出SMM模式了；

3. 退出SMM回到之前被中断的程序。

 

SMRAM

SMRAM的全称是System Manager RAM，前面的内容已经提到过它，关于SMRAM的用处的所有说明如下：

1. 存放进入SMM之前的系统执行环境；

2. 存放SMI处理程序代码和数据；

3. 存放系统配置等信息；

4. 存放OEM信息；

由于SMM下CPU只能访问4G以下的空间，所以SMRAM也在4G以下。

SMRAM的基地址被称为SMBASE，它有一个默认值是30000H，SMRAM的大小默认是64K；无论是SMRAM的基地址还是大小，都是可以重新分配的。

SMRAM内部被分成几个不同的部分，用来完成不同的功能，比如存放代码，比如存放状态，等等，如下图所示：

其中状态存放的位置是从上往下扩展的，以32位系统为例（32位和64位执行环境是有差异的，所以对应的寄存器个数也有差异），它存放了如下的内容：

上表中的第三列表示SMI处理程序是否可以写该寄存器，如果可写且被写了，那么退出SMM模式之后的执行环境实际上也就被修改了。

从上表中还可以看到一些问题，比如CR4寄存器没有被保存下来，实际上在前面已经说过进入到SMM之后CR4的PE和PG位会被清零（实际上是整个寄存器都被清零了）。虽然CR4没有被保存到SMRAM中，但是当CPU退出SMM时，CR4的值还是会恢复进入SMM之前的值。像这样的值还有不少，这里不一一说明。

总之没有在上表中值，在SMM下读不了，这里不是说CR4等寄存器的值读不到，而只是进入SMM之前的CR4等寄存器的值无法获取。

最后关于SMRAM的重定位，可以通过上表中的某个寄存器来确定，即SMBASE：

要使重定位有效，大致的流程是这样的：

1. 进入到SMM中（此时使用的SMBASE还是30000H）；

2. 设置SMBASE Filed的值（从上面的表中可看到该值是可写的）；

3. 通过RSM退出SMM模式，当退出SMM模式时，SMBASE Filed中的值会被写入到CPU内部的存放SMBASE的寄存器；

4. 此后如果再次进入SMM，则使用的基地址就是新设置的SMBASE值了。

关于如何设置SMRAM的大小，没有找到具体的说明......

 

以上是对SMM模式的简单说明。

实际上还有很多的东西没有提到，比如SMM和VM的关系，SMM和多核的关系，等等。

最重要的是SMM实际如何使用也没有讲到，这些等有条件的话再补上。