豹哥已经给我们介绍了2种output文件皇冠现金app


  我们好,笔者是豹哥,猎豹的豹,犀利哥的哥。明日豹哥给大家讲的是嵌入式开荒里的executable文件(elf)

  第四、五节课里,豹哥已经给我们介绍了2种output文件,本文继续给我们讲project生成的另意气风发种output文件-executable文件,也是刻意首要性的output文件。

  文件涉及:linker文件

  稳重看过豹哥从前课程的意中人料定掌握,豹哥在第3节课relocatable文件里介绍的object文件在格式上其实跟本文要讲的elf文件是相符的,它们都归于ELF文件分支。只不是relocatable文件只是中档过渡文件,而本文要讲的elf却是标准的output文件,这么些文件大约包涵了工程的持有音讯,有了这几个文件大家不仅能够在线调试工程,也得以将elf文件调换到image文件,直接下载image文件数据进晶片中脱机械运输转。前几日豹哥就为我们细心剖判elf文件。

意气风发、elf文件底工

  ELF全称Executable and Linkable
Format,可施行连接格式,ELF格式的文件最初用于存储Linux程序,后演化到ARM系统上存储ARM程序。ELF文件(指标文件卡塔 尔(英语:State of Qatar)格式首要几种:

  • 可重定向文件:用来和别的的目的文件一齐来创制八个可实施文件也许分享指标文件(也称object文件大概静态库文件,平日后缀为.o和.a的公文卡塔尔。那一个文件是用来编写翻译和链接阶段。
  • 可实践文件:用于转移应用image,载入存款和储蓄器实行(后缀经常为.out大概.elf卡塔 尔(阿拉伯语:قطر‎。这几个文件是用来加载奉行等第。
  • 分享指标文件:用于和任何分享指标文件也许object文件一同生成可推行文件,可能和可施行文件一同建设应用image。(也称分享库文件,后缀为.so的文本卡塔尔。这么些文件既可用于编译和链接阶段,也可用来加载实践等级。

  大家在ARM开辟中更加多接触的是前二种格式,第后生可畏种格式前边连串作品relocatable文件黄金时代度介绍过,本文的顶梁柱是第三种格式-可推行文件。不管是哪一类格式的ELF文件,其都或者饱含如下两种基本索引表:

  • file header:平时在文书的发端,描述了ELF文件的全体组织意况。
  • program
    header
    :告诉系统如何创建image,可施行文件必需拥有program
    header,而可重定向文件则无需。
  • section
    header
    :富含了描述文件section的音讯,各样section都有二个header,每二个header给出诸如section名称、section大小等音讯。可重定向文件必得包罗section
    header。

  既然知道了留存三种索引表,那么表的构造定义在何地吧?github上的linux货仓里有具体定义,在elf.h头文件里。

Linux仓库:https://github.com/torvalds/linux.git
elf.h路径:\linux\include\uapi\linux\elf.h

  张开elf.h文件便可找到多个表的原型定义,鉴于如今的ARM
Cortex-M皆以32bit,所以那边仅列出32bit下的表的原型:Elf32_Ehdr、Elf32_Phdr、Elf32_Shdr。

// file header
#define EI_NIDENT    16
typedef struct elf32_hdr{
  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;

// program header
typedef struct elf32_phdr{
  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, file & memory */
} Elf32_Phdr;

// section header
typedef struct elf32_shdr {
  Elf32_Word    sh_name;          /* Section name, index in string tbl */
  Elf32_Word    sh_type;          /* Type of section */
  Elf32_Word    sh_flags;         /* Miscellaneous section attributes */
  Elf32_Addr    sh_addr;          /* Section virtual addr at execution */
  Elf32_Off     sh_offset;        /* Section file offset */
  Elf32_Word    sh_size;          /* Size of section in bytes */
  Elf32_Word    sh_link;          /* Index of another section */
  Elf32_Word    sh_info;          /* Additional section information */
  Elf32_Word    sh_addralign;     /* Section alignment */
  Elf32_Word    sh_entsize;       /* Entry size if section holds table */
} Elf32_Shdr;

二、解析elf文件

  所谓工欲善其事,必先利其器,在起来深入分析elf文件在此之前,我们亟须先找到生龙活虎款符合的解析工具,readelf就是GNU/Linux官方推出的专项使用解析工具。有了那一个分析工具,我们便足以稳步深入分析elf文件。

2.1 解析工具readelf

  既然elf文件是Linux系统下常用的可推行文件格式,那么Linux社区一定会有配套的工具去解析它,是的,这几个工具就叫readelf,在GNU工具集binutils里。

2.1.1 GNU工具集(binutils)

  GNU是“GNU’s Not
Unix”的递归缩写,又叫做GNU陈设,相当多盛名的开源软件及工具都以GNU开荒的(比方著名的C语言编译器GCC卡塔 尔(英语:State of Qatar)。binutils是GNU一类别binary小工具的聚合,大家从上面包车型大巴链接里找到官方binutils包。

主页:http://www.gnu.org/software/binutils/
仓库:git://sourceware.org/git/binutils-gdb.git
下载:http://ftp.gnu.org/gnu/binutils/
文档:https://sourceware.org/binutils/docs-2.29/binutils/index.html

  可是使用上述包里的readelf会有八个标题,上述工具是在Linux系统下行使的,而大家常常做ARM
Cortex-M开垦相当多都是在windows平台下,那么怎么在windows下利用readelf工具呢?别急,cygwin给了大家援救。

2.1.2 cygwin(windows下使用GNU)

  Cygwin是一个在windows平台上运行的类UNIX模拟条件,是cygnus
solutions公司(已被Redhat收购卡塔尔国开垦的自由软件。它对于学习UNIX/Linux操作情状,也许从UNIX到Windows的应用程序移植,特别是应用GNU工具集在Windows上进展嵌入式系统开拓,特别管用。

// 下载链接
Installer:http://cygwin.com/install.html
Package:  https://cygwin.com/packages/package_list.html
// 相关包(根据平台选择)
binutils                - GNU assembler, linker, and similar utilities
cygwin32-binutils       - Binutils for Cygwin 32bit toolchain
mingw64-x86_64-binutils - Binutils for MinGW-w64 Win64 toolchain 
mingw64-i686-binutils   - Binutils for MinGW-w64 Win32 toolchain

  下载安装好cygwin包后,便可在设置目录下\cygwin64\bin\找到x86_64-w64-mingw32-readelf.exe工具(豹哥接受的是mingw64-x86_64-binutils包)。

2.1.3 readelf.exe用法

  readelf.exe信守标准的windows命令行用法,使用–help可以列出全部命令option及其简要介绍,上边仅列出相比较常用的option。

C:\cygwin64\bin>x86_64-w64-mingw32-readelf.exe --help
Usage: readelf <option(s)> elf-file(s)
 Display information about the contents of ELF format files
 Options are:
  -a --all               Equivalent to: -h -l -S -s -r -d -V -A -I
  -h --file-header       Display the ELF file header
  -l --program-headers   Display the program headers
     --segments          An alias for --program-headers
  -S --section-headers   Display the sections' header
     --sections          An alias for --section-headers
  -t --section-details   Display the section details
  -e --headers           Equivalent to: -h -l -S
  -s --syms              Display the symbol table
     --symbols           An alias for --syms
  --dyn-syms             Display the dynamic symbol table
  -r --relocs            Display the relocations (if present)
  -d --dynamic           Display the dynamic section (if present)
  -V --version-info      Display the version sections (if present)
  -A --arch-specific     Display architecture specific information (if any)
  -I --histogram         Display histogram of bucket list lengths
  @<file>                Read options from <file>

2.2 稳步剖判elf文件

  临门一脚了,初始解析elf文件,以首节课project文件里demo工程为例。编写翻译链接该工程可在D:\myProject\bsp\builds\demo\Release\Exe路线下拿到demo.elf文件。该文件大小32612
bytes,鲜明那样轻易的三个小工程image
size不容许那样大,表明elf文件里的笔录消息数量占比相当的大。

2.2.1 获得file header
C:\cygwin64\bin>x86_64-w64-mingw32-readelf.exe -h demo.elf
ELF Header:
  Magic:   7f 45 4c 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  Class:                             ELF32
  Data:                              2's complement, little endian
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - System V
  ABI Version:                       0
  Type:                              EXEC (Executable file)
  Machine:                           ARM
  Version:                           0x1
  Entry point address:               0x41
  Start of program headers:          31740 (bytes into file)
  Start of section headers:          31772 (bytes into file)
  Flags:                             0x5000000, Version5 EABI
  Size of this header:               52 (bytes)
  Size of program headers:           32 (bytes)
  Number of program headers:         1
  Size of section headers:           40 (bytes)
  Number of section headers:         21
  Section header string table index: 1

  第一步首先解析file header,前边介绍里说过file
header是身处文件最前头的。通过readelf -h命令能够博得file
header解析后的音信。让大家来对待一下,使用HexEditor直接张开demo.elf可收获如下数据,仅取前52bytes(0x34卡塔尔国数据,因为Elf32_Ehdr大小正是52bytes:

offset(h)
00000000: 7F 45 4C 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00
00000010: 02 00 28 00 01 00 00 00 41 00 00 00 FC 7B 00 00
00000020: 1C 7C 00 00 00 00 00 05 34 00 20 00 01 00 28 00
00000030: 15 00 01 00 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

  能够阅览前16byte是e_ident[16],与剖析后的Magic是均等的;再来验证prgram
header偏移e_phoff=0x00007BFC,数量e_phnum=0x0001,大小e_phentsize=0x0020,也是与深入分析后的新闻非常的;余下可活动对照。

2.2.2 获得program header
C:\cygwin64\bin>x86_64-w64-mingw32-readelf.exe -l demo.elf

Elf file type is EXEC (Executable file)
Entry point 0x41
There are 1 program headers, starting at offset 31740

Program Headers:
  Type           Offset   VirtAddr   PhysAddr   FileSiz MemSiz  Flg Align
  LOAD           0x000034 0x00000000 0x00000000 0x004c4 0x004c4 R E 0x100

 Section to Segment mapping:
  Segment Sections...
   00     A0 rw P1 ro

  再来深入分析program header,通过readelf -l命令能够获取program
header解析后的音信。从上边能够识破header起初地点在demo.elf的31740
byte处(与file header里的e_phoff新闻是相应的卡塔尔国,header信息提示program
data从offset 0x34从头,大小共0x4c4
bytes,Reset_Handler入口是0x41。继续在HexEditor查看31740处在此以前的32byte数据,因为Elf32_Phdr大小便是32bytes:

offset(h)
00007BF0: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 01 00 00 00
00007C00: 34 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 C4 04 00 00
00007C10: C4 04 00 00 05 00 00 00 00 01 00 00 -- -- -- --

  能够见到p_offset=0x00000034,p_memsz=0x000004c4,
与地点分析后的音讯是相像的;余下可机关对照。
这里的音信就相比根本了,因为那提醒了整个image
binary数据所在(知道了那些新闻,我们便能够一向写脚本依照elf文件生成image
binary卡塔 尔(英语:State of Qatar),继续在HexEditor里看下来(仅截取部分显得卡塔尔:

offset(h)
00000030: -- -- -- -- 00 20 00 10 41 00 00 00 03 04 00 00
00000040: 3F 04 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
00000050: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
00000060: 61 04 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 63 04 00 00
00000070: 65 04 00 00 72 B6 0E 48 0E 49 88 60 00 22 00 23
00000080: 00 24 00 25 00 26 00 27 B8 46 B9 46 BA 46 BB 46

  ARM系统的image前15个指针都以系统中断向量,大家得以见到SP=0x1000二〇〇三,
PC=0x00000041,这与地方剖析的Reset_Handler入口是0x41是非常的。

2.2.3 获得section header
c:\cygwin64\bin>x86_64-w64-mingw32-readelf.exe -S demo.elf
There are 21 section headers, starting at offset 0x7c1c:

Section Headers:
  [Nr] Name              Type            Addr     Off    Size   ES Flg Lk Inf Al
  [ 0]                   NULL            00000000 006338 000000 00      0   0  4
  [ 1] .shstrtab         STRTAB          00000000 006338 0000e6 00      0   0  4
  [ 2] .strtab           STRTAB          00000000 006420 000b7c 00      0   0  4
  [ 3] .symtab           SYMTAB          00000000 006f9c 000c60 10      2 135  4
  [ 4] A0 rw             PROGBITS        00000000 000034 000040 01  AX  0   0 256
  [ 5] P1 ro             PROGBITS        00000040 000074 000484 01  AX  0   0  4
  [ 6] P3 ui             NOBITS          10000000 0004f8 002000 01  WA  0   0  8
  [ 7] P2 rw             NOBITS          10002000 0004f8 000438 01  WA  0   0  8
  [ 8] .debug_abbrev     PROGBITS        00000000 0004f8 0002c6 01      0   0  0
  [ 9] .debug_aranges    PROGBITS        00000000 0007c0 00016c 01      0   0  0
  [10] .debug_frame      PROGBITS        00000000 00092c 00057c 01      0   0  0
  [11] .debug_info       PROGBITS        00000000 000ea8 000e2e 01      0   0  0
  [12] .debug_line       PROGBITS        00000000 001cd8 000dcb 01      0   0  0
  [13] .debug_loc        PROGBITS        00000000 002aa4 00024c 01      0   0  0
  [14] .debug_macinfo    PROGBITS        00000000 002cf0 00011e 01      0   0  0
  [15] .debug_pubnames   PROGBITS        00000000 002e10 00012a 01      0   0  0
  [16] .iar.debug_frame  PROGBITS        00000000 002f3c 00007e 01      0   0  0
  [17] .iar.debug_line   PROGBITS        00000000 002fbc 000367 01      0   0  0
  [18] .comment          PROGBITS        00000000 003324 002fa2 01      0   0  0
  [19] .iar.rtmodel      PROGBITS        00000000 0062c8 000047 01      0   0  0
  [20] .ARM.attributes   ARM_ATTRIBUTES  00000000 006310 000026 01      0   0  0
Key to Flags:
  W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings), I (info),
  L (link order), O (extra OS processing required), G (group), T (TLS),
  C (compressed), x (unknown), o (OS specific), E (exclude),
  y (purecode), p (processor specific)

  再来深入分析section header,通过readelf -S命令能够得到section
header拆解剖判后的音讯。能够看看有不计其数个section,当中最注重的4个section是A0(readonly
vector), P1(readonly code,data), P2(readwrite data, heap),
P3(STACK)。具体解析,各位朋友本身搜求看。

2.2.4 获得symbol list
c:cygwin64\bin>x86_64-w64-mingw32-readelf.exe -s demo.elf

Symbol table '.symtab' contains 198 entries:
   Num:    Value  Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
    74: 10002018    16 OBJECT  LOCAL  DEFAULT    7 s_array
    75: 10002014     4 OBJECT  LOCAL  DEFAULT    7 s_variable0
    76: 10002010     4 OBJECT  LOCAL  DEFAULT    7 s_variable2
   135: 00000000     0 OBJECT  GLOBAL DEFAULT    4 __vector_table
   140: 00000041     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT    5 Reset_Handler
   141: 00000098     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT    5 s_constant
   142: 000000ad    32 FUNC    GLOBAL DEFAULT    5 main
   143: 000000cd    14 FUNC    GLOBAL DEFAULT    5 normal_task
   144: 000000db    60 FUNC    GLOBAL DEFAULT    5 heap_task
   155: 0000034d    84 FUNC    GLOBAL DEFAULT    5 init_data_bss
   156: 000003a1    18 FUNC    GLOBAL DEFAULT    5 init_interrupts
   157: 000003dd    12 FUNC    GLOBAL DEFAULT    5 SystemInit
   186: 10002001    16 FUNC    GLOBAL DEFAULT    7 ram_task
   191: 10002034     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT    7 n_variable1

  通过readelf -s命令能够博得symbol
list拆解解析后的音讯。能够见到有过四个symbol,豹哥在这里间仅列出利用工程里自定义的函数和变量,从symbol表里大家得以摸清函数/变量在存款和储蓄器中切实分配地址和长短,那对于大家特别解析和调治应用是有帮带的。

2.3 elf文件layout

  经过上一节对demo.elf里相继header的剖判,那个时候我们便足以粗略地画出elf文件layout。

File offset Data content Data size in bytes
0x00000000 ELF file header 52
0x00000034 Image binary (Section4-A0 rw, .intvec中断向量表) 0x40
0x00000074 Image binary (Section5-P1 ro, readonly section(.text, .rodata…)) 0x484
0x000004F8 Section8-20 (包含各种辅助调试和系统段.debug_xx, .iar.xx) 0x5E3E
0x00006336 NULL 0x2
0x00006338 Section1-.shstrtab字符串表 0xE6
0x00006420 Section2-.strtab字符串信息 0xB7C
0x00006F9C Section3-.symtab符号信息 0xC60
0x00007BFC ELF Program header 0x20
0x00007C1C ELF Section headers (0 – 20) 21 * 40

番外一、几个elf转换image工具

  在今日的番外篇里,豹哥给大家顺便介绍七款专门的学问的elf文件调换到image文件的工具。

工具1:GNU工具objcopy

位置:C:\cygwin64\bin>x86_64-w64-mingw32-objcopy.exe
用法:
      objcopy.exe -O binary -S demo.elf demo.bin
      objcopy.exe -O srec   -S demo.elf demo.s19

备注:一说需用arm-linux-objcopy,待验证

工具2:IAR工具ielftool.exe

位置:\IAR Systems\Embedded Workbench xxx\arm\bin\ielftool.exe
用法:
      ielftool.exe --bin  demo.elf demo.bin
      ielftool.exe --ihex demo.elf demo.hex
      ielftool.exe --srec demo.elf demo.s19

  至此,嵌入式开荒里的executable文件(elf)文件豹哥便介绍实现了,掌声在哪儿~~~

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