为什么BIOS入口点以WBINVD指令开始？

Question

我正在研究我的机器(x86_64 Linux,IvyBridge）中的BIOS代码。我使用以下过程转储BIOS代码：

$ sudo cat /proc/iomem | grep ROM
  000f0000-000fffff : System ROM
$ sudo dd if=/dev/mem of=bios.dump bs=1M count=1

然后使用radare2读取和反汇编二进制转储：

$ r2 -b 16 bios.dump 
[0000:0000]> s 0xffff0
[f000:fff0]> pd 3
        :   f000:fff0      0f09           wbinvd
        `=< f000:fff2      e927f5         jmp 0xff51c
            f000:fff5      0000           add byte [bx + si], al

我知道x86处理器初始化总是从16位8086环境开始，执行的第一条指令在f000:fff0处，即0xfff0。所以我去那个位置，反汇编代码。

令我惊讶的是，第一条指令是wbinvd，其功能是使缓存无效，这在处理器上电或重置时似乎不相关。我希望第一条指令只是一个JMP到较低的内存地址。

为什么在JMP之前有WBINVD？

我已经搜索了Intel手册第3卷第9章处理器管理和初始化的相关部分，但其中没有提到任何关于WBINVD的内容。我也搜索了一些在线资源，但没有找到任何解释。

按照JMP指令执行0xFF51C后，代码更有趣；它在做自我检查：

[f000:f51c]> pd
            f000:f51c      dbe3           fninit
            f000:f51e      0f6ec0         movd mm0, eax
            f000:f521      6631c0         xor eax, eax
            f000:f524      8ec0           mov es, ax
            f000:f526      8cc8           mov ax, cs
            f000:f528      8ed8           mov ds, ax
            f000:f52a      b800f0         mov ax, 0xf000
            f000:f52d      8ec0           mov es, ax
            f000:f52f      6726a0f0ff00.  mov al, byte es:[0xfff0]     ; [0xfff0:1]=0
            f000:f536      3cea           cmp al, 0xea
        ,=< f000:f538      750f           jne 0xff549
        |   f000:f53a      b91b00         mov cx, 0x1b
        |   f000:f53d      0f32           rdmsr  ; check BSP (Boot Strap Processor) flag, if set, loop back to 0xffff0; otherwise, infinite hlt
        |   f000:f53f      f6c401         test ah, 1
       ,==< f000:f542      7441           je 0xff585
      ,===< f000:f544      eaf0ff00f0     ljmp 0xf000:0xfff0
      ||`-> f000:f549      b001           mov al, 1
      ||    f000:f54b      e680           out 0x80, al
      ||    f000:f54d      66be8cfdffff   mov esi, 0xfffffd8c          ; 4294966668
      ||    f000:f553      662e0f0114     lgdt cs:[si]
      ||    f000:f558      0f20c0         mov eax, cr0
      ||    f000:f55b      6683c803       or eax, 3
      ||    f000:f55f      0f22c0         mov cr0, eax
      ||    f000:f562      0f20e0         mov eax, cr4
      ||    f000:f565      660d00060000   or eax, 0x600
      ||    f000:f56b      0f22e0         mov cr4, eax
      ||    f000:f56e      b81800         mov ax, 0x18
      ||    f000:f571      8ed8           mov ds, ax
      ||    f000:f573      8ec0           mov es, ax
      ||    f000:f575      8ee0           mov fs, ax
      ||    f000:f577      8ee8           mov gs, ax
      ||    f000:f579      8ed0           mov ss, ax
      ||    f000:f57b      66be92fdffff   mov esi, 0xfffffd92          ; 4294966674
      ||    f000:f581      662eff2c       ljmp cs:[si]
      |`.-> f000:f585      fa             cli
      | :   f000:f586      f4             hlt
      | `=< f000:f587      ebfc           jmp 0xff585

            f000:f52a      b800f0         mov ax, 0xf000
            f000:f52d      8ec0           mov es, ax
            f000:f52f      6726a0f0ff00.  mov al, byte es:[0xfff0]     ; [0xfff0:1]=0
            f000:f536      3cea           cmp al, 0xea

那么这种自检的目的是什么呢？我很难相信这是一个天真的企图阻止修改。

Answer 1

尽管很难推断，但请记住，即使es被设置为0xf000，加载MOV al，byte es:[0xfff0]并不是从BIOS第一条指令读取的。

第一条指令是从0xFFFFFF0读取的，PCH还可能在重置时将0xFFF0000-0xFFFF别名为0xFFFF0000-0xFFFFF，因此当BSP启动时，它将执行您转储的代码。
IIRC，APs不会启动，除非显式唤醒。

然后，BSP将继续初始化HW（根据转储判断）。
在某个时候，它将为0xF0000-0xFFFFF设置属性映射，以引导读写（或只写然后读）到内存。
最终结果是，当处理器（一个HW线程）启动时，它将从闪存中执行代码，直到执行远跳转。
在这一点上，CS基是按照实模式规则正确计算的（非常类似于非实模式），指令将从0xF0000-0xFFFF中提取（即。
所有这些，而cs段值实际上并没有改变。

BSP会在某个时刻启动它的多处理器初始化例程，其中它向每个人（包括他自己）广播一个INIT-SIPI-SIPI，这将导致APs的Hibernate，并为BSP广播一个LJMP0xF000:0xFFF0。
这里的诀窍是跳转的目标0xF000:0xFFF0不是WBINVD指令的相同总线地址。
可能有其他东西，可能是另一个初始化例程。

在初始化结束时，BIOS可以简单地将0xF0000-0xFFFFF的属性重置为flash（因此可以进行软件重置），防止中间代码的转储（不是故意的）。

这不是很有效，但BIOSes通常不是代码的杰作。

我没有足够的元素来确定发生了什么，我的观点是LJMP0xF000:0xFFF0和MOV al,byte ES:[0xFFF0]不必从它们所在的同一区域读取。
记住这一点，所有的赌注都取消了。
只有适当的反向工程才能知道。

关于wbinvd，我在评论中建议它可能与warm boot功能有关，而Peter Cordes建议它可能与cache-as-ram有关。
这是有道理的，但我想永远不会确定。
这也可能是一种货邪教，程序员认为指令是必要的，基于谣言。