在嵌入式系统剪裁可重定位的ELF文件的方法

摘要

本发明公开了一种在嵌入式系统剪裁可重定位的ELF文件的方法。根据原ELF文件所依赖的体系结构，重新定义ELF文件中需要的数据类型和结构体；根据重定位信息，提取重定位相关联的符号，组织新的符号表和字符串表；用新的数据结构定义代替原来的数据结构，用新的符号表和字符串表代替原来的符号表和字符串表，将其余没有改变的节内容拷贝到新的文件中。本发明与平台无关，可以应用在各种嵌入式平台上面。其优势在于在资源受限的嵌入式系统上裁剪标准的ELF文件格式，通过改变ELF文件的数据类型和删减一些冗余的符号信息，使可重定位的ELF文件更加紧凑，更加小型化，对于一些资源受限的嵌入式系统来说，可以使系统的资源利用率更高效。

权利要求

1.一种在嵌入式系统剪裁可重定位的ELF文件的方法，其特征在于该方法 的步骤如下：

1)根据原ELF文件所依赖的体系结构重新定义ELF文件中需要的数据类 型；

2)由步骤1)定义的数据类型重新定义ELF文件中的结构体；

3)解析原ELF文件，读取原ELF文件信息，根据此信息填充步骤2)中的 结构体，产生重新定义ELF文件信息；

4)由步骤3)所得的重新定义ELF文件信息获取文件的重定位段，根据其 中的重定位信息，提取重定位相关联的符号，组织这些符号成为新的符号表；

5)根据步骤4)所组成的新的符号表提取其在原ELF文件字符串表中的名 称，组建新的字符串表；

6)根据步骤3)中获得的结构体，步骤4)的新的符号表和步骤5)的新的 字符串表和原ELF文件的信息，来组织成一个新的文件，用新的数据结构定义 代替原来的数据结构，用新的符号表和字符串表代替原来的符号表和字符串表， 将其余没有改变的节内容拷贝到新的文件中。

2.根据权利要求1所述的一种在嵌入式系统剪裁可重定位的ELF文件的方 法，其特征在于：所述的重新定义ELF文件中需要的数据类型，是ELF文件的 基本数据类型，是基于32位环境的，包括Elf32_Addr，Elf32_Half，Elf32_Off， Elf32_Sword，Elf32_Word和unsigned char。

3.根据权利要求1所述的一种在嵌入式系统剪裁可重定位的ELF文件的方 法，其特征在于：所述的重新定义ELF文件中的结构体，包括Elf32_Ehdr， Elf32_Shdr，Elf32_Rel，Elf32_Rela和Elf32_Sym结构体。

4.根据权利要求1所述的一种在嵌入式系统剪裁可重定位的ELF文件的方 法，其特征在于：所述的原ELF文件和重新定义ELF文件中的重定位是连接符 号引用和符号定义的过程，符号表保存了原ELF文件和重新定义ELF文件中涉 及到的符号的信息，只有和重定位关联的符号才会在重定位过程中引用到，根 据其中的重定位信息，提取重定位相关联的符号，用这些需要用到的符号来组 织称新的符号表。

5.根据权利要求1所述的一种在嵌入式系统剪裁可重定位的ELF文件的方 法，其特征在于：所述的原ELF文件和重新定义ELF文件中的字符串表保存着 以NULL终止的一系列字符，原ELF文件和重新定义ELF文件用这些字符串来 描绘符号名，因此要重新提取新的符号表中符号名组织新的字符串。

6.根据权利要求1所述的一种在嵌入式系统剪裁可重定位的ELF文件的方 法，其特征在于：所述的组织成一个新的文件的时候，采用的是新的结构体、 新的符号表、新的字符串表和原ELF文件中信息，不会改变原ELF文件 的.text，.data，.bss段的信息，不会影响原ELF文件的运行。

说明书

技术领域

本发明涉及嵌入式系统上文件格式的问题，特别是涉及一种在嵌入式系统剪 裁可重定位的ELF文件的方法。

背景技术

ELF(Executable and Linking Format)文件格式是UNIX系统实验室作为应用 程序二进制接口(Application Binary Interface)而开发和发布的，它包含了三种格 式，一个可重定位(relocatable)文件保存着代码和适当的数据，用来和其他的目 标文件一起来创建一个可执行文件或者是一个共享文件，也可以作为模块来发 布，例Linux的内核模块；一个可执行(executable)文件保存着一个用来执行的程 序，该文件指出了如何来创建程序进程映像；一个共享ELF文件保存着代码和 合适的数据，用来被链接器链接。
随着Linux和基于Linux的交叉编译环境越来越广泛的应用到各种嵌入式系 统中，ELF文件格式也越来越多的出现在各种嵌入式平台上。尤其可重定位的 ELF文件可以在运行时动态的链接，加载，在嵌入式系统中可以得到很好的应 用。标准的ELF文件格式是基于32位和64位两种环境的，而很多嵌入式则是 基于8位或者16位的环境，交叉编译出的标准ELF文件中的数据类型是基于 32位的，因此ELF文件内部有很大一部分空间是闲置的。而且ELF文件中的符 号表，包含了程序本身涉及到的所有的符号信息，也存在一些冗余的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在嵌入式系统上裁剪可重定位的ELF文件的方 法，使裁剪后的文件结构更加紧凑，冗余信息更少。
本发明采用的技术方案的步骤如下：
1)根据原ELF文件所依赖的体系结构重新定义ELF文件中需要的数据类 型；
2)由步骤1)定义的数据类型重新定义ELF文件中的结构体；
3)解析原ELF文件，读取原ELF文件信息，根据此信息填充步骤2)中的 结构体，产生重新定义ELF文件信息；
4)由步骤3)所得的重新定义ELF文件信息获取文件的重定位段，根据其 中的重定位信息，提取重定位相关联的符号，组织这些符号成为新的符号表；
5)根据步骤4)所组成的新的符号表提取其在原ELF文件字符串表中的名 称，组建新的字符串表；
6)根据步骤3)中获得的结构体，步骤4)的新的符号表和步骤5)的新的 字符串表和原ELF文件的信息，来组织成一个新的文件，用新的数据结构定义 代替原来的数据结构，用新的符号表和字符串表代替原来的符号表和字符串表， 将其余没有改变的节内容拷贝到新的文件中。
所述的重新定义ELF文件中需要的数据类型，是ELF文件的基本数据类型， 是基于32位环境的，包括Elf32_Addr，Elf32_Half，Elf32_Off，Elf32_Sword， Elf32_Word和unsigned char。
所述的重新定义ELF文件中的结构体，包括Elf32_Ehdr，Elf32_Shdr， Elf32_Rel，Elf32_Rela和Elf32_Sym结构体。
所述的原ELF文件和重新定义的ELF文件中的重定位是连接符号引用和符 号定义的过程，符号表保存了原ELF文件和重新定义的ELF文件中涉及到的符 号的信息，只有和重定位关联的符号才会在重定位过程中引用到，根据其中的 重定位信息，提取重定位相关联的符号，用这些需要用到的符号来组织称新的 符号表。
所述的原ELF文件和重新定义的ELF文件中的字符串表保存着以NULL终 止的一系列字符，原ELF文件和重新定义的ELF用这些字符串来描绘符号名， 因此要重新提取新的符号表中符号名组织新的字符串。
所述的组织成一个新的文件的时候，采用的是新的结构体，新的符号表， 新的字符串表和原ELF文件中信息，不会改变原ELF文件的.text，.data，.bss段的 信息，不会影响原ELF文件的运行。
与背景技术相比，本发明具有的有益的效果是：
本发明其方法是平台无关的，可以应用在各种嵌入式平台上面。其优势在于 在资源受限的嵌入式系统上裁剪标准的ELF文件格式，通过改变ELF文件的数 据类型和删减一些冗余的符号信息，使可重定位的ELF文件更加紧凑，更加小 型化，对于一些资源受限的嵌入式系统来说，可以使系统的资源利用率更高效。

附图说明

附图是本发明的裁剪方法的说明图。

具体实施方式

如附图所示，在以下的实施实例中，将提供一种剪裁基于AVR平台下的可 重定位的ELF文件的方法，但可以了解的是，本发明方法并不局限于特定的平 台。
1)原ELF文件其中数据类型都是基于32位环境的，定义如下：
Name           Size   Alignment              Purpose
＝＝＝＝       ＝＝＝＝  ＝＝＝＝＝＝＝＝＝  ＝＝＝＝＝＝＝
Elf32_Addr     4         4                   Unsigned program address
Elf32_Half     2         2                   Unsigned medium integer
Elf32_Off      4         4                   Unsigned file offset
Elf32_Sword    4         4                   Signed large integer
Elf32_Word     4         4                   Unsigned large integer
unsigned char  1         1                   Unsigned small integer
而在avr平台上数据类型则是16位的，将数据类型重新定义为：
Name             Size   Alignment               Purpose
＝＝＝＝         ＝＝＝＝  ＝＝＝＝＝＝＝＝＝   ＝＝＝＝＝＝＝
Elf16_Addr       2         2                    Unsigned program address
Elf16_Half       1         1                    Unsigned medium integer
Elf16_Off        2         2                    Unsigned file offset
Elf16_Sword      2         2                    Signed large integer
Elf16_Word       2         2                    Unsigned large integer
unsigned char    1         1                    Unsigned small integer
2)重新定义ELF文件的各种数据结构，Elf32_Ehdr，Elf32_Shdr，Elf32_Sym， Elf32_Rel，Elf32_Rela，用基于16位环境的数据类型代替原来32位的数据类型， 例如结构体Elf32_Ehdr：
typedef struct{
    unsigned char    e_ident[EI_NIDENT]；
    Elf32_Half        e_type；
    Elf32_Half        e_machine；
    Elf32_Word         e_version；
    Elf32_Addr         e_entry；
    Elf32_Off          e_phoff；
    Elf32_Off          e_shoff；
    Elf32_Word          e_flags；
    Elf32_Half         e_ehsize；
    Elf32_Half         e_phentsize；
    Elf32_Half    e_phnum；
    Elf32_Half    e_shentsize；
    Elf32_Half    e_shnum；
    Elf32_Half    e_shstrndx；
}Elf32_Ehdr；
将重新定义为：
typedef struct{
    unsigned char    e_ident[EI_NIDENT]；
    Elf16_Half        e_type；
    Elf16_Half        e_machine；
    Elf16_Word         e_version；
    Elf16_Addr         e_entry；
    Elf16_Off         e_phoff；
    Elf16_Off         e_shoff；
    Elf16_Word         e_flags；
    Elf16_Half        e_ehsize；
    Elf16_Half        e_phentsize；
    Elf16_Half        e_phnum；
    Elf16_Half        e_shentsize；
    Elf16_Half        e_shnum；
    Elf16_Half        e_shstrndx；
}Elf16_Ehdr；
其余结构体依此类推。
3)用重新定义的各种数据结构来描述原ELF文件中的各种信息，将原ELF 文件的32位的结构体中的值逐一赋值到基于16位的结构体中；
4)提取和重定位相关的符号，可重定位的原和重新定义的ELF文件的符号 表保存了一个程序在重定位时需要的定义和引用的信息，并非符号表中所有的 符号都会被引用到，通过把和重定位关联的符号提取出来形成新的符号表。重 定位段是由若干Elf32_Rela结构体组成的，每个结构体对应着一个重定位入口， 结构体中的r_info成员给出了具有受重定位影响因素的符号表索引，根据这个 索引提取出符号表中的符号，根据提取出的符号组建新的符号表。
5)根据新的符号表重组新的字符串表，字符串表保存着以NULL终止的一 系列字符，一般称为字符串。原和重新定义的ELF文件使用这些字符串来描绘 符号。
一个符号表入口有如下的格式：
typedef struct{
    Elf16_Word st_name；
    Elf16_Addr st_value；
    Elf16_Word st_size；
    unsigned char  st_info；
    unsigned char  st_other；
    Elf16_Half st_shndx；
}Elf16_Sym；
其中st_name保存了该符号在字符串表入口的索引(保留了符号名的表达 字符)。字符串表保存了符号表里所有符号的名字，因为符号表被删减了部分， 因此需要删除字符串表中对应的字符串，并同时更新符号表入口中st_name成员 变量的值，使它指向新的字符串表中正确的位置。
6)根据基于16位环境的结构体和裁剪后的字符串表和符号表配合和原ELF 文件的信息，来将标准的可重定位的ELF文件格式转换为更紧凑的二进制文件 格式。
7)经过裁减后的ELF文件，并没有改变原来的ELF文件中的每个节的信息， 比如文本段.text和数据段.data的内容并没有被改变，文件中的数据结构的内容 也不会改变，删减掉的符号表中的信息是用不到的符号的信息，因此不会影响 加载后的ELF文件的正常运行。