Delphi驱动开发研究第一篇--实现原理

Posted 2020-08-22 朝闻道

  Delphi能不能开发Windows的驱动程序（这里的驱动程序当然不是指VxD了^_^）一直是广大Delphi fans关注的问题。姑且先不说能或者不能，我们先来看看用Delphi开发驱动程序需要解决哪些技术上问题。
   Delphi的链接器是无法生成Windows内核模式程序的，因此用delphi无法直接生成驱动程序。M$的链接器是可以生成Windows内核模式程序的，那么是否可以用Delphi生成目标文件，然后用M$链接呢？要这么做必须要解决以下的问题：
   Delphi生成的目标文件是OMF格式的，而M$ link虽然声称支持OMF格式的目标文件，但基本无用。最好能将OMF格式转换成COFF格式，EliCZ大侠的OMF2D正好可以解决这个问题。解决了目标格式的问题，一切都OK了吗？远没这么简单。继续之前，让我们先来看一下著名的DDDK吧。
   DDDK（Delphi Driver Development Kit）是The Hacker Defender Project team发布的一个用Delphi开发Windows驱动程序的工具包，目前最新版是0.0.4版。DDDK是将常用的驱动API用Delphi做了层包装放在DDDK单元中，就像下面这样： 

unit DDDK; interface const   NtKernel=‘ntoskrnl.exe‘; …… procedure IoCompleteRequest(Irp:PIrp;PriorityBoost:Integer); stdcall;      …… implementation procedure krnlIoCompleteRequest(Irp:PIrp;PriorityBoost:Integer); stdcall; external NtKernel  name ‘IoCompleteRequest‘; procedure IoCompleteRequest(Irp:PIrp;PriorityBoost:Integer); stdcall;  begin    krnlIoCompleteRequest(Irp,PriorityBoost);  end; ……

然后在每次链接驱动文件之前，用omf2d对dddk.obj中需要引入的驱动API做以下的处理：
omf2d inc\DDDK.obj /U- /[email protected] 2>nul将DDDK.obj中的IoCompleteRequest改成[email protected]，为什么要这样做呢？那是因为诸如ntoskrnl.lib之类的导入库都是coff格式的，coff格式就是这样命名的。完成这步以后就可以调用m$ link将目标文件链接成驱动文件了。
   这样做虽然可以生成正确的驱动文件，但缺点也是明显的。将驱动API用delphi包装，这些用delphi包装的函数不管是否使用都会被链接到最终生成的驱动文件中，这样会增加驱动文件的尺寸，而且通过delphi的封装函数再去调用驱动API效率也会受影响，还有就是每次链接前都要用omf2d inc\DDDK.obj /U- /[email protected]去转换delphi的目标文件，既麻烦又容易出错。有没有更好的办法呢？
   omf2d的工作就是将delphi的命名方法转换成coff的[email protected]格式，默认omf2d会去掉前导下划线和@xx后缀，可以用/U_*开关让omf2d不删除前导下划线，如果我们再有没有@xx后缀的导入库，那问题就简单多了。但m$并没有提供没有@xx后缀的导入库，那就让我们自己做一个吧^_^，其实很简单，比如我们要生成hal.dll的导入库，只需要编辑一个如下内容的hal.def文件：

LIBRARY        HAL.DLL EXPORTS        ExAcquireFastMutex                        ExReleaseFastMutex                        ExTryToAcquireFastMutex                   HalAcquireDisplayOwnership                HalAdjustResourceList                     HalAllProcessorsStarted        ……

然后用LINK /LIB /MACHINE:IX86 /DEF:hal.def /OUT:hal.lib命令就可以生成我们需要的没有@xx后缀的导入库文件了。有了这个文件，再加上本人开发的rmcoff工具，事情就好办多了。下面就让我们开始用delphi来开发一个简单的驱动程序beeper吧。
   这个驱动程序是从Four-F的KmdKit里的beeper转换过来的，程序的目标就是通过访问端口让PC的扬声器发声，程序通过三种方法让扬声器发声，一种是直接访问端口，一种是调用hal.dll的READ_PORT_UCHAR和WRITE_PORT_UCHAR访问端口，第三种方法则是调用hal.dll的HalMakeBeep函数。 

unit beeper; interface uses windows, DDDK, hal; function _DriverEntry(DriverObject:PDriverObject;RegistryPath:PUnicodeString):NTSTATUS; stdcall; implementation const      TIMER_FREQUENCY:DWORD = 1193167;     {1,193,167 Hz}      OCTAVE:DWORD             = 2;           {octave multiplier}      PITCH_C:DWORD            = 523;         {C           -     523,25 Hz}      PITCH_Cs:DWORD           = 554;         {C#          -     554,37 Hz}      PITCH_D:DWORD            = 587;         {D           -     587,33 Hz}      PITCH_Ds:DWORD           = 622;         {D#          -     622,25 Hz}      PITCH_E:DWORD            = 659;         {E           -     659,25 Hz}      PITCH_F:DWORD            = 698;         {F           -     698,46 Hz}      PITCH_Fs:DWORD           = 740;         {F#          -     739,99 Hz}      PITCH_G:DWORD            = 784;         {G           -     783,99 Hz}      PITCH_Gs:DWORD           = 831;         {G#          -     830,61 Hz}      PITCH_A:DWORD            = 880;         {A           -     880,00 Hz}      PITCH_As:DWORD           = 988;         {B           -     987,77 Hz}      PITCH_H:DWORD            = 1047;        {H           - 1046,50 Hz}      { We are going to play c-major chord }      DELAY:DWORD              = $18000000;      {for my ~800mHz box}      TONE_1:DWORD             = 1141;      TONE_2:DWORD             = 905;      TONE_3:DWORD             = 1568;      {for HalMakeBeep}      STATUS_DEVICE_CONFIGURATION_ERROR:DWORD =     $00C0000182; procedure MakeBeep1(dwPitch: DWORD); stdcall; assembler; asm      cli      mov al, 10110110b      out 43h, al      mov eax, dwPitch      out 42h, al      mov al, ah      out 42h, al      {Turn speaker ON}      in al, 61h      or     al, 11b      out 61h, al      sti      push eax      mov eax, DELAY @@1:      dec eax      jnz @@1      pop eax      cli      {Turn speaker OFF}      in al, 61h      and al, 11111100b      out 61h, al      sti end; procedure MakeBeep2(dwPitch: DWORD); stdcall; var      dwPort, i: DWORD; begin      asm        cli;      end;      WRITE_PORT_UCHAR(PUCHAR($43), $b6);      WRITE_PORT_UCHAR(PUCHAR($42), dwPitch and $FF);      WRITE_PORT_UCHAR(PUCHAR($42), ((dwPitch shr 8) and $FF));      dwPort := READ_PORT_UCHAR(PUCHAR($61));      dwPort := dwPort or 3;      WRITE_PORT_UCHAR(PUCHAR($61), dwPort);      asm        sti      end;      for i := 1 to DELAY do      begin      end;      asm        cli      end;      { Turn speaker OFF }      dwPort := READ_PORT_UCHAR(PUCHAR($61));      dwPort := dwPort and $FC;      WRITE_PORT_UCHAR(PUCHAR($61), dwPort);      asm        sti      end; end; function _DriverEntry(DriverObject:PDriverObject;RegistryPath:PUnicodeString):NTSTATUS; stdcall; var      i: integer; begin      MakeBeep1(TONE_1);      MakeBeep2(TONE_2);      HalMakeBeep(TONE_3);      for i := 1 to DELAY do      begin      end;      HalMakeBeep(0);      Result := STATUS_DEVICE_CONFIGURATION_ERROR; end; end.

unit hal; interface uses      Windows; const      NtHal = ‘hal.dll‘; function HalMakeBeep(Frequency: ULONG):BOOLEAN; stdcall; function READ_PORT_UCHAR(Port:PUCHAR):UCHAR; stdcall; procedure WRITE_PORT_UCHAR(Port: PUCHAR; Value: UCHAR); stdcall;  implementation function HalMakeBeep(Frequency: ULONG):BOOLEAN; stdcall; external NtHal name ‘_HalMakeBeep‘; function READ_PORT_UCHAR(Port:PUCHAR):UCHAR; stdcall; external NtHal name ‘_READ_PORT_UCHAR‘; procedure WRITE_PORT_UCHAR(Port: PUCHAR; Value: UCHAR); stdcall; external NtHal name ‘_WRITE_PORT_UCHAR‘; end.

1.   用dcc32 –U ..\include -B -CG -JP -$A-,C-,D-,G-,H-,I-,L-,P-,V-,W+,Y- beeper.pas生成目标文件（此处的..\inc是我保存相关delphi单元文件的目录，你的可能不是这个目录哟）
2.   用rmcoff beeper.obj 处理delphi目标文件的相关符号并将目标文件从OMF格式转换成COFF格式，使其能被m$ link链接
3.   用link /NOLOGO /ALIGN:32 /BASE:0x10000 /SUBSYSTEM:NATIVE /DRIVER /ENTRY:DriverEntry ..\lib\hal.lib beeper.obj /OUT:beeper.sys生成最终的驱动文件。执行完以上的步骤，在你的目录下就会生成一个beeper.sys文件了。把它拷贝到KmdKit的beeper目录中，用它的SCP文件加载，PC的喇叭果然发出的清脆的声音，证明我们的delphi驱动是正确的。用此种方法生成的beeper.sys只有1376字节，只比用KmdKit的汇编代码的beeper.sys大几百个字节，而用DDDK生成的beeper.sys则要超过3K。
   打完这么多字真不容易，这篇教程就到这里吧，下一篇我们再来用delphi做一个更有趣的东东。

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