C#嵌入x86汇编——一个GPIO接口的实现 转
Posted on 2012-05-10 09:36 大石头 阅读(4362) 评论(58) 编辑 收藏
开始进入工业自动化，买的工控机带有GPIO接口，可用于直接控制继电器。
从厂家拿到接口手册一看，居然是汇编直接操作端口，基本上是IN/OUT指令了。接口很简单，计算位移，读取；计算位移，写入。
这种接口，常见有四种办法，分别是四种语言实现，一是直接写ASM，不过要公开给C#做的应用程序调用，很不容易，另外三种是C/C++/Delphi嵌入汇编，倒是问题不大。
接口实在是小，不想大动干戈，所以想了别的办法。
第五种，用C++/CLI，这也是一个不错的主意。但是我甚至想省掉这个接口DLL，于是有了第六种办法：C#嵌入x86汇编。
C#是没办法像C/C++/Delphi那样直接嵌入x86汇编的，所以需要做点手脚。
在汇编里面，我们为了修改一个软件经常找一块空白区域来写汇编代码，然后Jmp过去执行。（不明白这一句话的可以跳过，或者去看雪论坛）
但是显然要在C#代码里面这么做很不现实，即使用C/C++编译得到obj，C#也没办法链接这个obj。（这个涉及编译的也可以跳过）
回头一想（其实不是现在想，07年就做过C#嵌入汇编），其实C#也跑在x86上，IL指令最终还是要编译成x86汇编指令的，我们应该可以这些写汇编指令，所需要的只是一块空间而已。
我们可以申请一块非托管空间嘛，于是有：
// 分配内存
var ptr = Marshal.AllocHGlobal(code.Length);
有了空间，我们就可以把二进制的汇编指令给写进去啦：
// 写入汇编指令
Marshal.Copy(code, 0, ptr, code.Length);
然后呢？.Net提供一个途径，让我们可以把一个内存指针转为一个委托（一直都说.Net的委托其实就是C/C++的函数指针哈）：
// 转为委托
return (T)(Object)Marshal.GetDelegateForFunctionPointer(ptr, typeof(T));
那么，剩下的问题，就是如何把汇编转为二进制了！
这个我们是不能像C/C++/Delphi那样直接写汇编指令的，所以得走点弯路。
我的做法是用OD随便打开一个程序，在上面直接写汇编代码，然后把汇编的十六进制复制出来，放到C#代码中。
剩下的就不多说了，直接上代码吧！
GPIO接口实现
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Diagnostics;
using System.IO;
namespace ConsoleApplication19
{
class GPIO
{
#region 属性
private Int32 _Offset;
/// <summary>选择位移</summary>
public Int32 Offset { get { return _Offset; } set { _Offset = value; } }
private Int32 _Bit;
/// <summary>选择位</summary>
public Int32 Bit { get { return _Bit; } set { _Bit = value; } }
#endregion
#region 构造
private GPIO(Int32 offset, Int32 bit)
{
Offset = offset;
Bit = bit;
}
private GPIO(Int32 gpio)
{
Offset = gpio / 16;
Bit = gpio % 16;
}
#endregion
#region 预定义针脚
public static GPIO Pin2 = new GPIO(0, 6);
public static GPIO Pin3 = new GPIO(0, 7);
public static GPIO Pin4 = new GPIO(2, 1);
public static GPIO Pin5 = new GPIO(2, 4);
public static GPIO Pin6 = new GPIO(1, 0);
public static GPIO Pin7 = new GPIO(1, 4);
public static GPIO Pin8 = new GPIO(3, 3);
public static GPIO Pin9 = new GPIO(3, 4);
public static GPIO IO6 = new GPIO(6);
public static GPIO IO7 = new GPIO(7);
public static GPIO IO17 = new GPIO(17);
public static GPIO IO20 = new GPIO(20);
public static GPIO IO8 = new GPIO(8);
public static GPIO IO12 = new GPIO(12);
public static GPIO IO27 = new GPIO(27);
public static GPIO IO28 = new GPIO(28);
#endregion
#region 业务
/// <summary>是否启用</summary>
public Boolean Enable { get { return Read(Offset, Bit); } set { WriteBit(Offset, Bit, value); } }
/// <summary>是否输出</summary>
public Boolean Output { get { return Read(Offset + 4, Bit); } set { WriteBit(Offset + 4, Bit, value); } }
/// <summary>是否设置数据位</summary>
public Boolean Data { get { return Read(Offset + 12, Bit); } set { WriteBit(Offset + 12, Bit, value); } }
#endregion
#region 读取端口
const Int16 BASEADDRESS = 0x500;
Boolean Read(Int32 offset, Int32 bit)
{
var d = ReadHandler((Int16)(BASEADDRESS + offset));
var c = (Byte)~(1 << bit);
d &= c;
return d == c;
}
private static ReadFunc _ReadHandler;
/// <summary>属性说明</summary>
public static ReadFunc ReadHandler { get { return _ReadHandler ?? (_ReadHandler = GetReadHandler()); } }
//static IntPtr ptr;
static ReadFunc GetReadHandler()
{
// 汇编指令
var code = new Byte[] {
0x66, 0x8B, 0x55, 0x08, //mov dx, word ptr [ebp+8]
0xEC, //in al, dx
};
return (ReadFunc)InjectASM<ReadFunc>(code);
}
public delegate Byte ReadFunc(Int16 address);
#endregion
#region 写入端口
void Write(Int32 offset, Int32 value)
{
WriteHandler((Int16)(BASEADDRESS + offset), (Byte)value);
}
private static WriteFunc _WriteHandler;
/// <summary>属性说明</summary>
public static WriteFunc WriteHandler { get { return _WriteHandler ?? (_WriteHandler = GetWriteHandler()); } }
static WriteFunc GetWriteHandler()
{
// 汇编指令
var code = new Byte[] {
0x66, 0x8B, 0x55, 0x08, //mov dx, word ptr [ebp+8]
0x8A, 0x45, 0x0C, //mov al, byte ptr [ebp+C]
0xEE //out dx, al
};
return InjectASM<WriteFunc>(code);
}
public delegate void WriteFunc(Int16 address, Byte bit);
#endregion
#region 写入端口位
void WriteBit(Int32 offset, Int32 bit, Boolean value)
{
if (value)
SetBitHandler((Int16)(BASEADDRESS + offset), (Byte)bit);
else
ClearBitHandler((Int16)(BASEADDRESS + offset), (Byte)bit);
}
private static WriteBitFunc _SetBitHandler;
/// <summary>设置位</summary>
public static WriteBitFunc SetBitHandler { get { return _SetBitHandler ?? (_SetBitHandler = GetSetBitHandler()); } }
private static WriteBitFunc _ClearBitHandler;
/// <summary>清除位</summary>
public static WriteBitFunc ClearBitHandler { get { return _ClearBitHandler ?? (_ClearBitHandler = GetClearBitHandler()); } }
static WriteBitFunc GetSetBitHandler()
{
// 汇编指令
var code = new Byte[] {
0x53, //push ebx
0x51, //push ecx
0x66, 0x8B, 0x55, 0x08, //mov dx, word ptr [ebp+8]
0x8A, 0x45, 0x0C, //mov al, byte ptr [ebp+C]
0xB3, 0x01, //mov bl, 1
0xD2, 0xE3, //shl bl, cl
0xEC, //in al, dx
0x08, 0xD8, //or al, bl
0xEE, //out dx, al
0x59, //pop ecx
0x5B //pop ebx
};
return InjectASM<WriteBitFunc>(code);
}
static WriteBitFunc GetClearBitHandler()
{
// 读出字节，取消指定位后重新写回去
var code = new Byte[] {
0x53, //push ebx
0x51, //push ecx
0x66, 0x8B, 0x55, 0x08, //mov dx, word ptr [ebp+8]
0x8A, 0x45, 0x0C, //mov al, byte ptr [ebp+C]
0xB3, 0x01, //mov bl, 1
0xD2, 0xE3, //shl bl, cl
0xF6, 0xD3, //not bl
0xEC, //in al, dx
0x20, 0xD8, //and al, bl
0xEE, //out dx, al
0x59, //pop ecx
0x5B, //pop ebx
};
return InjectASM<WriteBitFunc>(code);
}
public delegate void WriteBitFunc(Int16 address, Byte bit);
#endregion
#region 注入汇编
static T InjectASM<T>(Byte[] code)
{
// 汇编指令
var code1 = new Byte[] {
0x55, //push ebp
0x8B, 0xEC, //mov ebp, esp
0x52, //push edx
};
var code2 = new Byte[] {
0x5A, //pop edx
0x8B, 0xE5, //mov esp, ebp
0x5D, //pop ebp
0xC3 //ret
};
//var cbs = new Byte[code1.Length + code.Length + code2.Length];
var ms = new MemoryStream();
ms.Write(code1, 0, code1.Length);
ms.Write(code, 0, code.Length);
ms.Write(code2, 0, code2.Length);
code = ms.ToArray();
// 分配内存
var ptr = Marshal.AllocHGlobal(code.Length);
// 写入汇编指令
Marshal.Copy(code, 0, ptr, code.Length);
// 设为可执行
VirtualProtectExecute(ptr, code.Length);
Console.WriteLine("0x{0:X8}", ptr.ToInt32());
Console.ReadKey(true);
// 转为委托
return (T)(Object)Marshal.GetDelegateForFunctionPointer(ptr, typeof(T));
}
#endregion
#region 辅助
//[DllImport("kernel32.dll", SetLastError = true)]
//static extern int VirtualQueryEx(int hProcess, ref object lpAddress, ref MEMORY_BASIC_INFORMATION lpBuffer, int dwLength);
[DllImport("kernel32.dll", SetLastError = true)]
static extern int VirtualProtectEx(IntPtr hProcess, IntPtr lpAddress, int dwSize, int flNewProtect, ref int lpflOldProtect);
static Boolean VirtualProtectExecute(IntPtr address, Int32 size)
{
const Int32 PAGE_EXECUTE_READWRITE = 0x40;
Int32 old = 0;
return VirtualProtectEx(Process.GetCurrentProcess().Handle, address, size, PAGE_EXECUTE_READWRITE, ref old) == 0;
}
#endregion
}
}
这里有个旧版本：http://bbs.53wb.com/forum.php?mod=viewthread&tid=137
我不相信神话，我只相信汗水！我不相信命运，我只相信双手！
