BIOS开发笔记 14 – WMI 在系统中的集成及应用（上）

ACPI 与 WMI 简介

ACPI 是一个广泛采用的行业标准，定义了硬件和固件如何与操作系统交互，主要用于电源管理和设备配置。但它的功能远不止于此——ACPI 还提供了丰富的监控数据，例如温度区域、电池状态，甚至 OEM 自定义的指标。然而，这些数据并不能直接被用户态的应用程序访问。

这时，WMI 登场了，它提供了一种统一的方式来管理和监控系统资源。通过将 ACPI 与 WMI 桥接，OEM 可以无需为每个功能编写专用驱动程序，就能将硬件层的数据暴露给用户态工具。这背后的关键在于两个驱动程序——Acpi.sys 和 Wmiacpi.sys，再加上一些 ACPI 源语言（ASL） 代码和 托管对象格式（MOF） 文件。

技术架构：它是如何工作的

核心组件

ACPI-to-WMI 映射功能依赖于 Windows 支持的两个驱动程序：

• Acpi.sys：标准的 ACPI 驱动程序，经过少量修改以支持监控任务。它负责执行 ASL 代码并与硬件进行低级交互。
• Wmiacpi.sys：一个映射驱动程序，注册了 Plug and Play ID PNP0C14。它充当桥梁，将 ACPI 数据和事件翻译为 WMI 可理解的格式。

OEM 通过以下方式增强这一系统：

• 编写 ASL 代码 来定义 ACPI 对象和控制方法。
• 提供 MOF 文件（可以嵌入 BIOS 或存储在磁盘上），描述通过 WMI 暴露的数据结构和方法。

ASL 与 WMI 的交互

Wmiacpi.sys 不会直接执行 ASL 代码，而是调用 Acpi.sys 来运行控制方法以访问监控数据。这种分工确保了 ACPI 的核心功能保持完整，而映射驱动程序专注于将数据暴露给 WMI 消费者。

例如，Microsoft 并未为 Wmiacpi.sys 提供默认的 MOF 文件。唯一默认暴露的监控数据是温度区域信息，由 Acpi.sys 直接处理。对于其他内容——如自定义数据块、方法或事件——OEM 需要自己动手实现。

WMI 监控基础

WMI 将数据组织为 数据块（类似于 C 中的结构体），每个数据块包含相关的 数据项（属性）。以下是关键概念的简要概述：

• 数据块：由 128 位 GUID 命名，可以有多个实例，包含一个或多个数据项。
• 数据项：在数据块内有唯一索引，是具体的信息单元（例如温度读数）。
• 方法：功能上类似于 IOCTL，由 GUID 和方法索引标识，使用单一缓冲区处理输入/输出参数。
• 事件：重要事件的通知，也由 GUID 命名，可选携带附加数据块。

WMI 支持：

• 查询所有数据块实例或单个实例。
• 设置数据块实例中的所有或单个数据项。
• 注册特定条件发生时的事件通知。

这个架构的妙处在于它的可扩展性。OEM 可以定义自定义的数据块、方法和事件，并通过两位字符 ID（例如查询的 WQxx）将它们映射到 ACPI 控制方法。

加载和配置映射驱动程序

Plug and Play 集成

Wmiacpi.sys 驱动程序绑定到 Plug and Play ID PNP0C14。若要加载它，ACPI 设备树中必须定义一个或多个带有此 ID 的设备。每个设备都有自己的操作系统设备对象和映射集，便可以在设备树中逻辑地组织数据块。如果存在多个 PNP0C14 设备，每个设备必须具有唯一的 _UID 以避免冲突。

映射驱动程序工作流程

加载后，Wmiacpi.sys 会负责：

1. 注册：通过 IRP_MN_REGINFO IRP 向 WMI 注册数据块、方法和事件。
2. GUID 发现：查询 _WDG 控制方法以获取支持的 GUID 列表及其与 ACPI 控制方法 ID 的映射。
3. 翻译：将 WMI 查询、设置和方法调用转换为 ACPI 控制方法调用。
4. 事件处理：接收 ACPI 通知（例如 notify(mapper-device, 0x81)），并将其重新发布为 WMI 事件，可选通过 _WED 获取附加数据。
5. 字符串转换：在 ACPI 的 ASCIZ 和 WMI 的 UNICODE 之间转换字符串数据块。

ACPI 控制方法：核心细节

映射驱动程序依赖一组标准化的 ACPI 控制方法，每个方法都有特定的命名约定和用途。以下是详细分解：

_WDG：数据块 GUID 映射

• 用途：返回一个缓冲区，将 WMI GUID 映射到 ACPI 控制方法 ID 或通知值。
• 结构：

typedef struct {
    GUID guid;              // WMI GUID
    union {
        CHAR ObjectId[2];   // 两位字符 ACPI ID（例如 "QD"）
        struct {
            UCHAR NotificationValue; // 用于事件
            UCHAR Reserved[1];
        } NotifyId;
    };
    USHORT InstanceCount;   // 实例数量
    USHORT Flags;           // 配置标志
};

• 标志：
  • WMIACPI_REGFLAG_EXPENSIVE = 1：该数据块的收集是有开销的（expensive）。
  • WMIACPI_REGFLAG_METHOD = 2：表示方法而非数据块。
  • WMIACPI_REGFLAG_STRING = 4：数据块为字符串（需 ASCIZ-UNICODE 转换）。
  • WMIACPI_REGFLAG_EVENT = 8：映射到事件。

主要控制方法

• WQxx：返回指定实例的数据块。字符串会转换为 UNICODE。
• WSxx：设置数据块内容。字符串从 UNICODE 转换为 ASCIZ。
• WMxx：执行方法，传递输入/输出缓冲区。支持字符串转换。
• WExx 和 WCxx：可选方法，用于优化高开销操作的资源使用。
• _WED：获取附加事件数据，包含在 WMI 事件负载中。

数据块和 MOF 文件设计

数据块设计建议

• 组合只读数据：将相关的只读项合并到一个数据块。
• 隔离字符串：使用单独的数据块存放字符串，并设置 WMIACPI_REGFLAG_STRING 标志。
• 分离可设置项：将可单独设置的项放入独立数据块。

MOF 文件：定义模式

MOF 文件描述您的数据块、方法和事件，可以是：

• 附加到 Wmiacpi.sys 或其他文件的资源（通过注册表 MofImagePath 指定）。
• 由绑定到二进制 MOF GUID 的 WQxx 方法返回。

支持的数据类型

类限定符：

• [guid("guid字符串")]
  声明代表 WMI 类的唯一 GUID，此限定符为必需项。
• [Dynamic]
  WBEM 协议必须限定符。
• [WMI]
  WBEM 协议必须限定符。
• [Provider("WmiProv")]
  WBEM 协议必须限定符。
• [Description("描述文本")]
  为类或属性提供本地化描述文本，需配合区域限定符使用。
• [WmiExpense(资源消耗值)]
  定义收集数据块所需的系统资源量，值为平均CPU周期数（默认0）。

数据项限定符：

• [read]
  允许读取该数据项。
• [write]
  允许写入该数据项。
• [WmiDataID(数据项ID)]
  指定数据项的唯一标识符（从1开始），此限定符为必需项。
• [WmiScale(缩放因子)]
  定义数据显示时的缩放比例（10的缩放因子次方，默认0）。
• [WmiComplexity("复杂度等级")]
  设置指标详细程度："Novice"（基础）、"Advanced"（高级）、"Expert"（专家）、"Wizard"（设计级），默认为"Novice"。
• [WmiVolatility(有效间隔)]
  以毫秒为单位指定数据更新频率（如1000表示每秒更新），无默认值。
• [WmiSizeIs("属性名")]
  指定当前类中用于记录变长数组元素数量的属性（非字节数）。

示例 MOF

[Dynamic, Provider("WmiProv"), WMI, guid("{12345678-...}")]
class MyDataBlock {
    [read, WmiDataID(1)] uint32 Temperature;
    [read, write, WmiDataID(2)] string Status;
};

实现步骤

1. 定义 ACPI 设备：在 ASL 中添加 PNP0C14 设备，分配唯一的 _UID。
2. 编写 ASL 代码：实现 _WDG 及支持方法（WQxx、WMxx 等）。
3. 创建 MOF：定义数据块并编译为 BMF 资源。
4. 使用 WMI 工具测试：通过 wbemtest 等工具查询数据块和事件。

总结

通过将 ACPI 与 WMI 结合，OEM 可以在 Windows 上实现一个灵活而强大的系统监控方案。无论是暴露温度数据、自定义指标还是事件通知，Wmiacpi.sys 驱动程序提供了一个通用的可扩展框架。

引用

1.Windows Instrumentation: WMI and ACPI