Advanced Debugging(高端调试)

BIOS INT 10-13功能调用的“另类”玩法

Native API、Win32 API 或是早年间学习汇编时接触的 DOS int 21 都不如 BIOS 的中断调用来的直接。

闲暇之余，学写写BIOS的调用代码也还是很好玩的，反正我很喜欢。

还有，现在越来越佩服写BIOS的人了～

今天的代码是吃中饭后，眯午觉前写的。没有技术含量，权当是准备迎第23个中秋节～

原来我在实验 BIOS int 10号中断-13号功能调用 "AL写模式位" 的时候都是采用 "bit 1位" 置0的方法。而这带来的后果就是 —— 某字符串中的每一个字符都(不得不)具有同样的颜色属性 —— 如果我想让字符串里第一个字符是蓝色，第二个字符是红色是没有办法实现的。所以，这对于“非标准方法爱好者”来说是很不爽的～

So，修改之。只要 "AL寄存器 bit 1位" 置1，且字符串包含交替的字符和属性就可以了，小玩意～正好够一个中午的时间。

先来一些“教条”做背景：

在Ralf Brown前辈的《Interrupt List》是这么描述 BIOS INT 10-13的
---------------------------------------------------------------

INT 10 13-- - VIDEO - WRITE STRING (AT and later,EGA)

Inp.:
AH = 13h
AL = write mode
    bit 0: update cursor after writing
    bit 1: string contains alternating characters and attributes
    bits 2-7: reserved (0)
BH = page number
BL = attribute if string contains only characters
CX = number of characters in string
DH,DL = row,column at which to start writing
ES:BP -> string to write
Return: nothing
Notes:   recognizes CR, LF, BS, and bell; for the ET4000 BIOS, scrolling,
         backspace, and CR only take place in the active page
         also available PC or XT with EGA or higher
         HP 95LX only supports write mode 00h
         IBM documents AL=10h,11h,20h,21h as "private" rather than "reserved"
BUG:     on the IBM VGA Adapter, any scrolling which may occur is performed on
         the active page rather than the requested page
SeeAlso: AH=09h,AH=0Ah,AH=13h"DOS/V"

[代码及玩法如下]
----------------

将代码编译成Bin文件后，读写引导扇区并做成虚拟软盘镜像，在Bochs或VMWare中启动，就能看到效果了

(就像tiamo前辈所说的那样，在有源代码的情况下，合格的程序员不应该被编译/编译选项难倒～)

PS: 代码里还用到了 BIOS INT 10号中断-06号功能调用 —— 清屏(屏幕向上滚动)

; ============================================ ;
;            .: keenjoy95 2007 :.            ;
;      .: keenjoy95_at_gmail_dot_com :.      ;
; -------------------------------------------- ;
; 代码描述 : 引导扇区演示程序                ;
; 编译方法 : nasm boot.asm -o boot.bin      ;
; ============================================ ;

; 为了对齐的美观, 下面的代码向前进缩了一些...

        org     07c00h               ; ORG伪指令也被称为程序起始地址伪指令 / 定位伪指令
                                     ; 该伪指令用于指示编译器(链接器)将其后续代码(段)定位于指定地址
                                     ; 由于本示例是引导扇区演示程序，所以目标定位地址为0000:7c00h
        jmp     MYOS_ENTRY           ; 无条件跳转到程序的入口点MYOS_ENTRY标号处

BootMessage:
        db      0x07                 ; "Beep"
        dw      0x1048               ; "H"   (蓝底黑字)
        dw      0x1465               ; "e"   (蓝底红字)
        dw      0x1f6c               ; "l"   (蓝底白字)
        dw      0x126c               ; "l"   (蓝底绿字)
        dw      0x166f               ; "o"   (蓝底棕字)
        dw      0xfc2c               ; ","   (白底浅红字)
        dw      0xf020               ; " "   (白底黑字)
        dw      0x4b4d               ; "M"   (红底浅青字)
        dw      0x4179               ; "y"   (红底蓝字)
        dw      0x404f               ; "O"   (红底黑字)
        dw      0x4f53               ; "S"   (红底白字)
        dw      0x4c21               ; "!"   (红底浅红字)
        db      0x07                 ; "Beep"
ScrollWindows:
        mov     ax, 0600h            ; AH 赋值为功能号06h(窗口上滚)       (BIOS INT 10-06h 定义参数)
                                     ; AL 赋值为0, 窗口信息全部移出(清屏) (BIOS INT 10-06h 定义参数)
        mov     bx, 0700h            ; BH 底部空白行属性赋值为黑底灰白字 (BIOS INT 10-06h 定义参数)
                                     ; BL 保留
        mov     cx, 0000h            ; 窗口左上角的行列、号赋值为00h 00h (BIOS INT 10-06h 定义参数)
        mov     dx, 184fh            ; 窗口右下角的行列、号赋值为18h 4fh (BIOS INT 10-06h 定义参数)
                                     ;     ---------------------------------------------------
                                     ;              0(00h)                      79(4fh)
                                     ;       0(00h)┏━━━━━━━━━━━━━━━━┓
                                     ;             ┃                                ┃
                                     ;             ┃                                ┃
                                     ;             ┃                                ┃
                                     ;             ┃     显示器 25*80 显示方式     ┃
                                     ;             ┃                                ┃
                                     ;             ┃                                ┃
                                     ;             ┃                                ┃
                                     ;      24(18h)┗━━━━━━━━━━━━━━━━┛
                                     ;
        int     10h                  ; BIOS 10h号中断-06h号功能           (清屏功能调用)
        ret                          ; 子程序无参数返回
DisplayString:
        mov     ax, BootMessage      ; 取字符串数据(段)的首地址
        mov     bp, ax               ; ES:BP 赋值为待显示字符串的首地址   (BIOS INT 10-13h 定义参数)
        mov     cx, 14               ; CX 赋值为字符串长度(此处为固定值) (BIOS INT 10-13h 定义参数)
        mov     ax, 01303h           ; AH 赋值为功能号13h(显示字符串)     (BIOS INT 10-13h 定义参数)
                                     ; AL 输出模式参数赋值为03h           (BIOS INT 10-13h 定义参数)
                                     ;     ---------------------------------------------------
                                     ;     第 0 位 : 在输出之后更新光标位置
                                     ;     第 1 位 : 字符串包含交替的字符和属性
                                     ;
        mov     bx, 0000h            ; BH 页号赋值为0                     (BIOS INT 10-13h 定义参数)
                                     ; BL 属性赋值为黑底浅红字(属性字BL使用的前提为AL的高位置0)
                                     ;      ---------------------------------------------------
                                     ;    16位色彩编码表 (D7 D6 D5 D4为背景色,D3 D2 D1 D0为前景色)
                                     ;       ┏━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━┓
                                     ;       ┃   0 0 0 0     黑     ┃   1 0 0 0      灰    ┃
                                     ;       ┃   0 0 0 1     蓝     ┃   1 0 0 1     浅蓝   ┃
                                     ;       ┃   0 0 1 0     绿     ┃   1 0 1 0     浅绿   ┃
                                     ;       ┃   0 0 1 1     青     ┃   1 0 1 1     浅青   ┃
                                     ;       ┃   0 1 0 0     红     ┃   1 1 0 0     浅红   ┃
                                     ;       ┃   0 1 0 1    品红    ┃   1 1 0 1    浅品红 ┃
                                     ;       ┃   0 1 1 0     棕     ┃   1 1 1 0      黄    ┃
                                     ;       ┃   0 1 1 1    灰白    ┃   1 1 1 1      白    ┃
                                     ;       ┗━━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━━┛
                                     ;
        mov     dx, 0000h            ; DL 赋值为字符串显示的起始行、列号 (BIOS INT 10-13h 定义参数)
        int     10h                  ; BIOS 10h号中断-13h号功能           (字符串屏显功能调用)
        ret                          ; 子程序无参数返回
MYOS_ENTRY:
        mov     ax, cs               ; ┓
        mov     ds, ax               ; ┣ 段寄存器初始化
        mov     es, ax               ; ┛
        call    ScrollWindows        ; 调用清屏子程序
        call    DisplayString        ; 调用字符串显示子程序
        jmp     $                    ; 主程序进入无限循环
MYOS_PAD:
        times   510-($-$$)   db   0 ; 循环填充剩余空间，使生成的二进制代码大小恰好为一个扇区(512Byte)
        dw      0xAA55               ; 引导扇区结束标志

; ---8<----------- [Cut Here] ----------->8--- ;
;            .: keenjoy95 2007 :.            ;
;      .: keenjoy95_at_gmail_dot_com :.      ;
;            ! NO rights reserved !            ;
; -------------------------------------------- ;

如你所见，每一个输出的字符都可以拥有不同的“背景色”和“前景色”～

代码的注释里我给出了16位的色彩编码表。

然后(也就是现在)，小的我眯过午觉了～

再反汇编学习一下，我知道这个很“弱智”，不过～人嘛，都是从弱智开始的，更何况ndisasm反汇编功能更弱智～ :P

; ==================================================== ;
;                .: keenjoy95 2007 :.                ;
;          .: keenjoy95_at_gmail_dot_com :.          ;
; ---------------------------------------------------- ;
; 代码描述 : 引导扇区演示程序反汇编                  ;
; 逆向方法 :                                          ;
;           ndisasm -o 0x7c00 boot.bin >> disboot.asm ;
;    ndisasm -o 0x7c00 -k 3,26 boot.bin >> disboot.asm ;
; ==================================================== ;

00007C00 E93D00            jmp 0x7c40                 ; 无条件跳转到程序的入口点
                                                       ; 跳转的指令是"E9 3D00" (地址偏移是003D, 向后
                                                       ; 跳61D/0x3DH个字节)
;------------------------------------------------------;
;          * 下面是错误的反汇编 —— 数据段 *          ;
;------------------------------------------------------; "Hello, MyOS!"
00007C03 07                pop es                     ; "Beep"
00007C04 48                dec ax                     ; "H"
00007C05 106514            adc [di+0x14],ah           ; (0x10) | "e" | (0x14)
00007C08 6C                insb                       ; "l"
00007C09 1F                pop ds                     ; (0x1f)
00007C0A 6C                insb                       ; "l"
00007C0B 126F16            adc ch,[bx+0x16]           ; (0x12) | "o" | (0x16)
00007C0E 2CFC              sub al,0xfc                ; "," | (0xfc)
00007C10 20F0              and al,dh                  ; " " | (0xf0)
00007C12 4D                dec bp                     ; "M"
00007C13 4B                dec bx                     ; (0x4b)
00007C14 7941              jns 0x7c57                 ; "y" | (0x41)
00007C16 4F                dec di                     ; "O"
00007C17 40                inc ax                     ; (0x40)
00007C18 53                push bx                    ; "S"
00007C19 4F                dec di                     ; (0x4f)
00007C1A 214C07            and [si+0x7],cx            ; "!" | (0x4c) | "Beep"
;------------------------------------------------------;
;                     * 代码段 *                     ;
;------------------------------------------------------;
00007C1D B80006            mov ax,0x600               ; ┓
00007C20 BB0007            mov bx,0x700               ; ┃
00007C23 B90000            mov cx,0x0                 ; ┣ 清屏子程序
00007C26 BA4F18            mov dx,0x184f              ; ┃
00007C29 CD10              int 0x10                   ; ┛
00007C2B C3                ret                        ; 子程序无参数返回
00007C2C B8037C            mov ax,0x7c03              ; ┓
00007C2F 89C5              mov bp,ax                  ; ┃
00007C31 B90E00            mov cx,0xe                 ; ┃
00007C34 B80313            mov ax,0x1303              ; ┣ 字符串显示子程序
00007C37 BB0000            mov bx,0x0                 ; ┃
00007C3A BA0000            mov dx,0x0                 ; ┃
00007C3D CD10              int 0x10                   ; ┛
00007C3F C3                ret                        ; 子程序无参数返回
00007C40 8CC8              mov ax,cs                  ; ┓
00007C42 8ED8              mov ds,ax                  ; ┣ 段寄存器初始化
00007C44 8EC0              mov es,ax                  ; ┛
00007C46 E8D4FF            call 0x7c1d                ; 跳转的指令是"E8 D4FF" (地址偏移是FFD4, 向前
                                                       ; 跳44D/0x2CH个字节)
00007C49 E8E0FF            call 0x7c2c                ; 跳转的指令是"E8 E0FF" (地址偏移是FFE0, 向前
                                                       ; 跳32D/0x20H个字节)
00007C4C EBFE              jmp short 0x7c4c           ; 主程序进入无限循环
                                                       ; 跳转的指令是"E8 FE"   (地址偏移是00FE, 向前
                                                       ; 跳2D个字节, 进入死循环)
;------------------------------------------------------;
; * 下面是错误的反汇编 —— 引导区填充段及结束标志 * ;
;------------------------------------------------------;
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00007C5E 0000              add [bx+si],al
00007C60 0000              add [bx+si],al
00007C62 0000              add [bx+si],al
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00007C66 0000              add [bx+si],al
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00007CF6 0000              add [bx+si],al
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00007DD0 0000              add [bx+si],al
00007DD2 0000              add [bx+si],al
00007DD4 0000              add [bx+si],al
00007DD6 0000              add [bx+si],al
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00007DE6 0000              add [bx+si],al
00007DE8 0000              add [bx+si],al
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00007DF6 0000              add [bx+si],al
00007DF8 0000              add [bx+si],al
00007DFA 0000              add [bx+si],al
00007DFC 0000              add [bx+si],al
00007DFE 55                push bp                    ; 引导扇区结束标志位1
00007DFF AA                stosb                      ; 引导扇区结束标志位2
; ---8<--------------- [Cut Here] --------------->8--- ;
;                .: keenjoy95 2007 :.                ;
;          .: keenjoy95_at_gmail_dot_com :.          ;
;                ! NO rights reserved !                ;
; ---------------------------------------------------- ;

[附 : 常见的 BIOS int 10号中断-13号功能调用的写法]
--------------------------------------------------

下面是代码片断，字符串 "Hello, MyOS world!" 具有统一的颜色熟悉0x0c(黑底浅红字)。

BootMessage:
db "Hello, MyOS world!" ; 待显示字符串信息

DisplayString:
        mov     ax, BootMessage      ; 取字符串数据(段)的首地址
        mov     bp, ax               ; ES:BP 赋值为待显示字符串的首地址   (BIOS INT 10h 定义参数)
        mov     cx, 18               ; CX 赋值为字符串长度(此处为固定值) (BIOS INT 10h 定义参数)
        mov     ax, 01301h           ; AH 赋值为功能号13h(显示字符串)     (BIOS INT 10h 定义参数)
                                     ; AL 输出模式参数赋值为01h           (BIOS INT 10h 定义参数)
                                     ;     ---------------------------------------------------
                                     ;     第 0 位 : 在输出之后更新光标位置
                                     ;     第 1 位 : 字符串包含交替的字符和属性
                                     ;
        mov     bx, 000ch            ; BH 页号赋值为0                     (BIOS INT 10h 定义参数)
                                     ; BL 属性赋值为黑底浅红字(属性字BL使用的前提为AL的高位置0)
                                     ;     ---------------------------------------------------
                                     ;     16位色彩编码表 (D7 D6 D5 D4为背景色,D3 D2 D1 D0为前景色)
                                     ;        ┏━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━┓
                                     ;        ┃   0 0 0 0     黑     ┃   1 0 0 0      灰    ┃
                                     ;        ┃   0 0 0 1     蓝     ┃   1 0 0 1     浅蓝   ┃
                                     ;        ┃   0 0 1 0     绿     ┃   1 0 1 0     浅绿   ┃
                                     ;        ┃   0 0 1 1     青     ┃   1 0 1 1     浅青   ┃
                                     ;        ┃   0 1 0 0     红     ┃   1 1 0 0     浅红   ┃
                                     ;        ┃   0 1 0 1    品红    ┃   1 1 0 1    浅品红 ┃
                                     ;        ┃   0 1 1 0     棕     ┃   1 1 1 0      黄    ┃
                                     ;        ┃   0 1 1 1    灰白    ┃   1 1 1 1      白    ┃
                                     ;        ┗━━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━━┛
                                     ;
        mov     dx, 0000h            ; DL 赋值为字符串显示的起始行 / 列号 (BIOS INT 10h 定义参数)
        int     10h                  ; BIOS 10h号中断-13h号功能           (字符串屏显功能调用)
        ret                          ; 子程序无参数返回

最后，祝各位前辈中秋快乐！ ^_^

NUPT WANGyu

posted on Monday, September 24, 2007 3:28 PM 由 WANGyu

# re: BIOS INT10-13功能调用的“另类”玩法 @ Monday, September 24, 2007 4:32 PM

上面的代码要调试也简单，在Bochs下面：

(1) b 0x7c00 断点到引导代码处
(2) c 执行到断点
(3) s 开始单步

似乎只有Bochs模拟器只有step into而没有step out，只有不停的下断点来跳过 int 10 之类的了... 或许我是错的。

如果不下 0x7c00 的断点，我们可以直接单步调Bochs的BIOS —— 虽然工作量比较大～

^_^

WANGyu

# re: BIOS INT 10-13功能调用的“另类”玩法 @ Friday, September 28, 2007 9:26 AM

BIOS调用对今天的大多数程序员都比较陌生吧？喜欢这个内容的朋友看了后举举首吧！
其实在Windows的启动期间仍使用类似INT 10的机制来处理显示。以下是Vista中一个有关的调用过程。
kd> kv
ChildEBP RetAddr Args to Child
80403790 81ba3d04 0000ec00 00002020 0000ec00 hal!WRITE_PORT_ULONG (FPO: [2,0,0])
804037ac 81ba49f2 00000003 0000ec00 00002020 hal!x86BiosWriteIoSpace (FPO: [Non-Fpo])
804037c8 81ba4001 81bb28a0 80403874 804037f4 hal!XmOutOp+0x3d (FPO: [Non-Fpo])
804037d8 81ba40c5 81bb28a0 0000c000 00000014 hal!XmEmulateStream+0xb9 (FPO: [Non-Fpo])
804037f4 81ba374d 00000010 80403838 80403874 hal!XmEmulateInterrupt+0x80 (FPO: [Non-Fpo])
80403808 81ba0a1c 00000010 80403838 00000000 hal!x86BiosExecuteInterruptShadowed+0x43 (FPO: [Non-Fpo])
80403824 8f3bd498 00000010 80403838 93605880 hal!x86BiosCall+0x22 (FPO: [Non-Fpo])
80403858 8f3dae41 83e409f8 80403874 818704b9 VIDEOPRT!VpInt10CallBiosEmulated+0x74 (FPO: [Non-Fpo])
804038c8 8f3d8889 83e409f8 80403934 8f3bf53f vga!InitializeModeTable+0x107 (FPO: [Non-Fpo])
804038d4 8f3bf53f 83e409f8 8f3b95b0 8f3ba014 vga!VgaInitialize+0x23 (FPO: [Non-Fpo])
80403934 8f3bf25a 83e47f38 83e48000 8040398c VIDEOPRT!VideoPortLegacyFindAdapter+0x2b4 (FPO: [Non-Fpo])
80403968 8f3dd05e 00000004 83e48000 8040398c VIDEOPRT!VideoPortInitialize+0x395 (FPO: [Non-Fpo])
804039e0 81955600 83e47f38 83e48000 9365c3f8 vga!DriverEntry+0x58 (FPO: [Non-Fpo])
80403bc4 81b3d8da 00000001 00000000 80403c10 nt!IopLoadDriver+0x7ec
80403c28 81b39b5d 808491d4 00000000 00000000 nt!IopInitializeSystemDrivers+0x1af
80403c84 81b3fb6d 80806b40 82ea39c0 82e83d78 nt!IoInitSystem+0x627
80403d74 819433cb 80403dc0 819afbfd 80806b40 nt!Phase1InitializationDiscard+0xba5
80403d7c 819afbfd 80806b40 80408680 00000000 nt!Phase1Initialization+0xd
80403dc0 8189a396 819433be 80806b40 00000000 nt!PspSystemThreadStartup+0x9d
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 nt!KiThreadStartup+0x16
注意其中的XmOutOp，从没见过公开的文档描述这个。鼓励WANGYu深挖一下！

admin

# re: BIOS INT 10-13功能调用的“另类”玩法 @ Sunday, October 07, 2007 5:09 PM

收到！ ^_^
我IDA-pro初学，我尽力试着去看看。

向管理员前辈致敬！