【UEFI】【SMBIOS】在UEFI中解析SMBIOS获取内存信息
写OS必不可少的就是了解你这个系统的基本信息。其中SMBIOS就是个很有用的东西，本文以解析内存信息为例来了解SMBIOS。本文提到的SMBIOS，特指32位的SMBIOS标准。64位的SMBIOS标准是3.0版本开始才有的。上回写EFI的时候我自己实现了printf类的函数，但这个轮子根本不完整，并且费力不讨好。其实EDK中早就有了相关的轮子，但是没编译出来，所以当时就临时另造了一个轮子。但今时不同往日，我已经成功以我自己的套路编译出了EDK里的Print函数库，之前造的轮子就可以弃用了。
我的编译方法是非官方的玩法，本文不会赘述EDK库的编译方法，编译脚本已经在GitHub上开源了：https://github.com/MickeyMeowMeowHouse/EDK-II-Library
要解析SMBIOS，首先得找到SMBIOS的地址。根据SMBIOS的标准，在非UEFI环境中，查找SMBIOS的方法是在物理地址[0x000F0000,0x00100000)的区间中，以16字节的对齐粒度暴力搜索字符串"_SM_"。
但本文既然是在说UEFI，那当然得按照UEFI的标准来。在入口函数的SystemTable参数中，结构体里有个成员叫ConfigurationTable，这是个结构体数组，其结构体定义如下：
typedef struct{
EFI_GUID VendorGuid;
VOID *VendorTable;
} EFI_CONFIGURATION_TABLE;
在查找SMBIOS时，我们要找到数组的一个特定元素，这个特定元素的VendorGuid是一个特定的GUID。这个特定的GUID当然代表SMBIOS。根据UEFI文档和SMBIOS标准，这个GUID的定义是：
#define SMBIOS_TABLE_GUID \
{0xeb9d2d31,0x2d88,0x11d3,\
{0x9a,0x16,0x00,0x90,0x27,0x3f,0xc1,0x4d}}
那么通过遍历ConfigurationTable数组，我们就能拿到SMBIOS表的地址。但由于UEFI文档里没说这个数组按GUID排了序，因此不能使用二分搜索，只能线性查找，代码如下：
EFI_STATUS EfiLocateSmBiosTable()
{
for(UINTN i=0;i<gST->NumberOfTableEntries;i++)
{
if(EfiCompareGuid(&gST->ConfigurationTable.VendorGuid,&gEfiSmbiosTableGuid)==0)
{
SmBiosTable=(SMBIOS_TABLE_ENTRY_POINT*)gST->ConfigurationTable.VendorTable;
return EFI_SUCCESS;
}
}
return EFI_NOT_FOUND;
}
其中EfiCompareGuid是比较GUID的函数，EDK库中似乎没有造过这个轮子，所以只能自己造了，代码如下：
INTN EfiCompareGuid(EFI_GUID *Guid1,EFI_GUID *Guid2)
{
if(Guid1->Data1>Guid2->Data1)
return 1;
else if(Guid1->Data1<Guid2->Data1)
return -1;
if(Guid1->Data2>Guid2->Data2)
return 1;
else if(Guid1->Data2<Guid2->Data2)
return -1;
if(Guid1->Data3>Guid2->Data3)
return 1;
else if(Guid1->Data3<Guid2->Data3)
return -1;
for(UINT8 i=0;i<8;i++)
{
if(Guid1->Data4>Guid2->Data4)
return 1;
else if(Guid1->Data4<Guid2->Data4)
return -1;
}
return 0;
}
拿到SMBIOS表之后我们就要开始解析SMBIOS了。首先先看看SMBIOS表的结构体定义：
typedef struct {
UINT8 AnchorString;
UINT8 EntryPointStructureChecksum;
UINT8 EntryPointLength;
UINT8 MajorVersion;
UINT8 MinorVersion;
UINT16MaxStructureSize;
UINT8 EntryPointRevision;
UINT8 FormattedArea;
UINT8 IntermediateAnchorString;
UINT8 IntermediateChecksum;
UINT16TableLength;
UINT32TableAddress;
UINT16NumberOfSmbiosStructures;
UINT8 SmbiosBcdRevision;
} SMBIOS_TABLE_ENTRY_POINT;
我们需要关注的几点：AnchorString, TableLength, TableAddress, NumberOfSmbiosStructures。
AnchorString: 这是个签名，构成一个ANSI字符串"_SM_"。
TableLength: SMBIOS所有表项的字节数。
TableAddress: SMBIOS表项的起始地址（物理地址）。
NumberOfSmbiosStructures: SMBIOS表项总数。
由于是32位SMBIOS，那TableAddress项当然是32位的咯。（笑）
SMBIOS的表项的组织方式是连续排列，即每个表项在地址上是连续的。每个表项的结构均一分为三：表头，定长值表项，字符串数组。
表头是一个简单的结构体，每个类型的表项表头的定义都一样，其定义如下：
typedef struct {
SMBIOS_TYPE Type;
UINT8 Length;
SMBIOS_HANDLEHandle;
} SMBIOS_STRUCTURE;
其中Type是表项类型，Length是表头加定长值表项但不包括字符串数组的字节数，Handle是可用于区分表项的“句柄”。
不同类型的表项，定长值表项的定义也不同。本文讲的是查询内存信息，那么相关定义如下：
#define SMBIOS_TYPE_MEMORY_DEVICE 17
typedef struct {
SMBIOS_STRUCTURE Hdr;
UINT16 MemoryArrayHandle;
UINT16 MemoryErrorInformationHandle;
UINT16 TotalWidth;
UINT16 DataWidth;
UINT16 Size;
UINT8 FormFactor; ///< The enumeration value from MEMORY_FORM_FACTOR.
UINT8 DeviceSet;
SMBIOS_TABLE_STRING DeviceLocator;
SMBIOS_TABLE_STRING BankLocator;
UINT8 MemoryType; ///< The enumeration value from MEMORY_DEVICE_TYPE.
MEMORY_DEVICE_TYPE_DETAIL TypeDetail;
UINT16 Speed;
SMBIOS_TABLE_STRING Manufacturer;
SMBIOS_TABLE_STRING SerialNumber;
SMBIOS_TABLE_STRING AssetTag;
SMBIOS_TABLE_STRING PartNumber;
//
// Add for smbios 2.6
//
UINT8 Attributes;
//
// Add for smbios 2.7
//
UINT32 ExtendedSize;
//
// Keep using name "ConfiguredMemoryClockSpeed" for compatibility
// although this field is renamed from "Configured Memory Clock Speed"
// to "Configured Memory Speed" in smbios 3.2.0.
//
UINT16 ConfiguredMemoryClockSpeed;
//
// Add for smbios 2.8.0
//
UINT16 MinimumVoltage;
UINT16 MaximumVoltage;
UINT16 ConfiguredVoltage;
//
// Add for smbios 3.2.0
//
UINT8 MemoryTechnology; ///< The enumeration value from MEMORY_DEVICE_TECHNOLOGY
MEMORY_DEVICE_OPERATING_MODE_CAPABILITY MemoryOperatingModeCapability;
SMBIOS_TABLE_STRING FirwareVersion;
UINT16 ModuleManufacturerID;
UINT16 ModuleProductID;
UINT16 MemorySubsystemControllerManufacturerID;
UINT16 MemorySubsystemControllerProductID;
UINT64 NonVolatileSize;
UINT64 VolatileSize;
UINT64 CacheSize;
UINT64 LogicalSize;
//
// Add for smbios 3.3.0
//
UINT32 ExtendedSpeed;
UINT32 ExtendedConfiguredMemorySpeed;
} SMBIOS_TABLE_TYPE17;
每个SMBIOS_TABLE_TYPE17表项均表示一个内存槽，随着SMBIOS标准的更新，这个结构体也会不断增大。由于市面上多数的SMBIOS至少支持到2.7版，也就是说，常见的SMBIOS结构体至少包含了ExtendedSize成员。
成员太多不一一介绍，只列举几个我们关心的：
Hdr成员即表项的表头。
Size成员表示这个内存槽上插的内存的大小。这个16位的值，最高位表示内存大小的单位。若复位则为MiB，若置位则为KiB。注意1KiB=1024Byte，1MiB=1024KiB；而1KB=1000Byte，1MB=1000KB。若Size成员等于0x7FFF，这个槽上插的内存大于等于32GiB，此时用32位的ExtendedSize成员表示具体的内存大小。如果你的机器不支持SMBIOS 2.7，那么你的机器肯定也不支持单条32GiB的内存。
FormFactor表示内存的构造尺寸，如DIMM，SODIMM等等。
DeviceLocator BankLocator可用于识别内存条所在槽的位置。其类型是SMBIOS_TABLE_STRING，类型相当于BYTE，数值的意义是作为索引在表项的第三部分字符串中引用字符串。
MemoryType表示内存类型，如DDR3 DDR4等等。
TypeDetail表示内存条具备的性质，如Synchronous, Registered等等。
Speed表示内存频率，单位为MT/s，也就是常说的MHz。
Manufacturer, SerialNumber, PartNumber, AssetTag的含义，顾名思义，不言而喻。
ExtendedSize表示内存的大小，最高位为保留位，目测可能还是用于特殊单位的。由于ExtendedSize是32位的，那么我推测当最高位置位的时候，单位是比MiB高三级的单位，也就是PiB。
我们提到过表项还有第三部分，即字符串数组。字符串数组的排列方式也是连续排列。每个字符串均为以零结尾的ANSI字符串，而下一个字符串就紧跟在零结尾之后。最后一个字符串以两个零字节结尾，标识了这个表项的结束。
那么综上所述，计算表项长度的函数代码如下：
UINTN GetSmBiosEntryLength(IN SMBIOS_STRUCTURE *Entry)
{
CHAR8* StringPool=(CHAR8*)((UINTN)Entry+Entry->Length);
UINTN i=0;
while(StringPool!='\0' || StringPool!='\0')i++;
return Entry->Length+i+2;
}
那么当我们解析SMBIOS获取内存信息的时候，大致的步骤是：
遍历SMBIOS表，用GetSmBiosEntryLength函数获取当前表项的长度，从而计算出下一条表项的地址。然后判断表项类型，如果不是内存槽的，就直接跳过，看下一个。如果内存槽上的内存大小为零，也就是没有内存，那也直接跳过。当内存槽上有内存的时候，就分析这个表项。
分析表项的过程中，先解析字符串数组，以零为分界，把每个字符串的地址丢进数组里（或者其他的你喜欢用的数据结构），但由于表项记录的特性，使用数组可能会更好点。值得注意的是，第零条字符串必须留空，因为SMBIOS_TABLE_STRING类型的成员为零的时候，表示这个成员没有信息。
那么综上所述，解析SMBIOS获取内存信息的代码如下：
EFI_STATUS EfiQueryMemoryModuleInformation(OUT UINT64 *Size)
{
EFI_STATUS st=EFI_NOT_FOUND;
UINTN Len=0,Index=0;
*Size=0;
for(UINTN CurEntry=(UINTN)SmBiosTable->TableAddress;CurEntry<(UINTN)(SmBiosTable->TableAddress+SmBiosTable->TableLength);CurEntry+=Len)
{
SMBIOS_STRUCTURE *Entry=(SMBIOS_STRUCTURE*)CurEntry;
Len=GetSmBiosEntryLength(Entry);
if(Entry->Type==SMBIOS_TYPE_MEMORY_DEVICE)
{
SMBIOS_TABLE_TYPE17 *MemModInfo=(SMBIOS_TABLE_TYPE17*)Entry;
if(MemModInfo->Size)
{
CHAR8* Strings=(CHAR8*)((UINTN)Entry+Entry->Length);
// 15 strings should be enough for Memory Module Information.
CHAR8* StringPool;
UINT8 j=1; // Leave the zeroth as empty.
UINTN StringLength=0;
// Initialize the String Pool.
__stosp((UINTN*)StringPool,(UINTN)"No Info",0x10);
for(UINTN i=0;i<Len-Entry->Length;i+=StringLength)
{
StringLength=AsciiStrnLenS(&Strings,Len-Entry->Length-i)+1;
if(Strings=='\0')break;
StringPool=&Strings;
}
// Memory Module Information in Strings
CHAR8* DeviceLocator=StringPool;
CHAR8* BankLocator=StringPool;
CHAR8* Manufacturer=StringPool;
CHAR8* SerialNumber=StringPool;
CHAR8* AssetTag=StringPool;
CHAR8* PartNumber=StringPool;
CHAR8* MemoryType=MemTypeList;
CHAR8* FormFactor=MemFormList;
Print(L"---------------- Memory Module Information for %a ----------------\n",BankLocator);
Print(L"Device Slot: %a | Manufacturer: %a | Serial Number: %a | Asset Tag: %a\n",DeviceLocator,Manufacturer,SerialNumber,AssetTag);
Print(L"Part Number: %a | Size=",PartNumber);
if(_bittest(&MemModInfo->Size,15)) // Unit is KiB
{
*Size+=(MemModInfo->Size&0x7FFF);
Print(L"%d KiB",MemModInfo->Size&0x7FFF);
}
else // Unit is MiB
{
// This RAM module is greater than or equal to 32 GiB.
if(MemModInfo->Size==0x7FFF)
{
UINT64 MemSize=MemModInfo->ExtendedSize&0x7FFFFFFF;
*Size+=(MemSize<<10);
Print(L"%d MiB",MemModInfo->ExtendedSize&0x7FFFFFFF);
}
else
{
*Size+=(MemModInfo->Size<<10);
Print(L"%d MiB",MemModInfo->Size);
}
}
Print(L" | Type: %a | Form Factor: %a\n",MemoryType,FormFactor);
StdOut->OutputString(StdOut,L"Memory Type Detail:");
for(UINT8 i=0;i<16;i++)
if(_bittest(&MemModInfo->TypeDetail,i))
StdOut->OutputString(StdOut,MemTypeDetailList);
Print(L"\nMemory Data Width: %d | Memory Total Width: %d | Transfer Rate: %d MT/s\n",MemModInfo->DataWidth,MemModInfo->TotalWidth,MemModInfo->Speed);
st=EFI_SUCCESS;
}
}
if(++Index==SmBiosTable->NumberOfSmbiosStructures)break;
}
if(st==EFI_SUCCESS)StdOut->OutputString(StdOut,L"-------------------- Memory Module Information Listing Ended --------------------\r\n");
return st;
}
我们丢进VMware虚拟机里跑跑看，如图所示：
然后再丢进钓鱼派里跑跑看，由于钓鱼派有一个UART接口，那么可以直接用PuTTY来玩控制台，而不需要接采集卡，如图所示：
丢进巫毒派里跑跑看，可以接到采集卡上，然后用OBS截图，如图所示：
UEFI的文档可以去UEFI官网下载：https://uefi.org/specifications
SMBIOS的文档可以去DMTF官网下载：https://www.dmtf.org/standards/smbios
本文完整代码已在GitHub上开源：https://github.com/MickeyMeowMeowHouse/UefiAccessSmBios
EFI二进制文件已上传至GitHub：https://github.com/MickeyMeowMeowHouse/UefiAccessSmBios/releases 经典提问：这玩意可以用来过保护吗？
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