lef文件的深入研究

本文主要是介绍lef文件的深入研究，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

先来解释一下名词，ELF的英文全称是Executable and Linkable Format。可执行和可链接的文件。

和elf文件对应的是bin文件，bin文件是直接加载到内存中执行的文件，用uboot直接把bin文件拷贝到bin文件的运行地址，（注意，一定要拷贝到运行地址）这时使用go命令就能够执行刚才拷贝的bin文件。

elf文件需要用加载器进行加载，由于elf文件已经包含了程序的加载地址，因此可以把elf文件复制到内存中的非bin文件加载地址。（这里所说的bin文件是加载器解析elf完成以后的bin文件内容）。

了解elf文件的结构可以使用readelf命令，先用readelf -h 来看一下elf头信息。

jiefang@jiefang-virtual-machine:/home/yhl/worktest$ readelf -h a.out  
ELF Header:Magic:   7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 Class:                             ELF64Data:                              2's complement, little endianVersion:                           1 (current)OS/ABI:                            UNIX - System VABI Version:                       0Type:                              EXEC (Executable file)Machine:                           Advanced Micro Devices X86-64Version:                           0x1Entry point address:               0x400670Start of program headers:          64 (bytes into file)Start of section headers:          7032 (bytes into file)Flags:                             0x0Size of this header:               64 (bytes)Size of program headers:           56 (bytes)Number of program headers:         9Size of section headers:           64 (bytes)Number of section headers:         31Section header string table index: 28
jiefang@jiefang-virtual-machine:/home/yhl/worktest$

可以看到elf文件包含的头信息，这里注意一下几点信息，

第一是幻数的第2，3，4个，他们是'E' ,'L','F'三个字母，在解析的时候可以通过他们来判断文件的类型是否正确。

第二个是Entry point address，这个就是解析出来的bin文件需要存放的地址。

接下来我们通过C代码自己来解析一下elf文件的头信息，在/usr/include/目录下找到elf.h文件。

typedef struct
{unsigned char e_ident[EI_NIDENT];     /* Magic number and other info */Elf32_Half    e_type;                 /* Object file type */Elf32_Half    e_machine;              /* Architecture */Elf32_Word    e_version;              /* Object file version */Elf32_Addr    e_entry;                /* Entry point virtual address */Elf32_Off     e_phoff;                /* Program header table file offset */Elf32_Off     e_shoff;                /* Section header table file offset */Elf32_Word    e_flags;                /* Processor-specific flags */Elf32_Half    e_ehsize;               /* ELF header size in bytes */Elf32_Half    e_phentsize;            /* Program header table entry size */Elf32_Half    e_phnum;                /* Program header table entry count */Elf32_Half    e_shentsize;            /* Section header table entry size */Elf32_Half    e_shnum;                /* Section header table entry count */Elf32_Half    e_shstrndx;             /* Section header string table index */
} Elf32_Ehdr;

可以找到这个结构，注意，在结构体的上方有这么一句话，

/* The ELF file header. This appears at the start of every ELF file. */

这说明，我们可以把elf文件定位到0位置，然后用该结构体去对齐就好。下面是部分实现代码：

        Elf32_Ehdr *elf_head;   //elf 头文件  大小为52个字节Elf32_Phdr *prg_head;   //程序头int fd = open("./bootrom",O_RDWR);if(fd<0){printf("open file error\n");}//开始解析elf头elf_head = (Elf32_Ehdr *)malloc(sizeof(Elf32_Ehdr));read(fd,elf_head,(sizeof(Elf32_Ehdr)));if(elf_head->e_ident[0]==0x7f){printf("this is a elf file\n");}else{printf("this isn't a elf file\n");goto elf_head_err;}printf("p_shnum = %d\n",elf_head->e_phnum);printf("p_shoff = %d\n",elf_head->e_phoff);printf("e_phentsize = %d\n",elf_head->e_phentsize);

这里只解析了程序头的一些信息，为下面elf转bin文件做好铺垫。

这里先来看一张图，来说明elf文件的结构:

链接视图是以节（section）为单位，执行视图是以段（segment）为单位。链接视图就是在链接时用到的视图，而执行视图则是在执行时用到的视图。上图左侧的视角是从链接来看的，右侧的视角是执行来看的。

我们的目的是C语言实现elf文件的加载，因此这里不关注左侧的。首先找到程序头的开始位置，在efl文件头中已经有，我们只需要在头文件中找到程序头对应的结构体，然后对应一下就可以了。

typedef struct
{Elf32_Word    p_type;                 /* Segment type */Elf32_Off     p_offset;               /* Segment file offset */Elf32_Addr    p_vaddr;                /* Segment virtual address */Elf32_Addr    p_paddr;                /* Segment physical address */Elf32_Word    p_filesz;               /* Segment size in file */Elf32_Word    p_memsz;                /* Segment size in memory */Elf32_Word    p_flags;                /* Segment flags */Elf32_Word    p_align;                /* Segment alignment */
} Elf32_Phdr;

下面的实现代码来源于uboot源代码中的do_bootvx()函数：

/** A very simple ELF loader, assumes the image is valid, returns the* entry point address.** The loader firstly reads the EFI class to see if it's a 64-bit image.* If yes, call the ELF64 loader. Otherwise continue with the ELF32 loader.*/
static unsigned long load_elf_image_phdr(unsigned long addr)
{Elf32_Ehdr *ehdr; /* Elf header structure pointer */Elf32_Phdr *phdr; /* Program header structure pointer */int i;ehdr = (Elf32_Ehdr *)addr;if (ehdr->e_ident[EI_CLASS] == ELFCLASS64)return load_elf64_image_phdr(addr);phdr = (Elf32_Phdr *)(addr + ehdr->e_phoff);/* Load each program header */for (i = 0; i < ehdr->e_phnum; ++i) {void *dst = (void *)(uintptr_t)phdr->p_paddr;void *src = (void *)addr + phdr->p_offset;debug("Loading phdr %i to 0x%p (%i bytes)\n",i, dst, phdr->p_filesz);if (phdr->p_filesz)memcpy(dst, src, phdr->p_filesz);if (phdr->p_filesz != phdr->p_memsz)memset(dst + phdr->p_filesz, 0x00,phdr->p_memsz - phdr->p_filesz);flush_cache((unsigned long)dst, phdr->p_filesz);++phdr;}return ehdr->e_entry;
}

在for循环中，需要循环e_phnum次，这个参数只elf头中说明段的个数的结构成员。也就是说需要把每个段从自己的偏移地址拷贝到物理地址中去。两个if是在判断段中的内容，具体现在还说不清，以后补充，留下一个？。

以上内容就实现了一个elf文件加载器，但是只能在物理内存上面运行，虚拟内存不能给固定的地址写数据，以后在探索一下。

暂时留下两个问题

1、段中数据内容，.text .data .bbs 是如何在内存中分布的。链接脚本？？

2、虚拟内存怎么给固定的地址上些数据？？类似于裸机程序 int addr = 0x12345678; *(int *)addr=123;