ARM-ELF文件格式與GNU ARM Linker機制

這裏所說的ARM系統基本文件格式，都是在基於ARM的嵌入式系統開發中常會碰到的文件格式。

    ARM系統基本文件格式有三種：

1) BIN，平板式二進制格式，通常用於直接燒寫到Flash中，也能夠用於加載到monitor程序中。

2) ELF，EXECUTABLE AND LINKABLE FORMAT，一種通用的OBJECT文件格式，通常由GNU COMPILER COLLECTION (GCC)產生。

3) AXF，BIN格式的擴展版,主體部分同BIN，在文件頭和尾加入了調試用的信息，用於AXD。

    本文主要討論BIN與ELF。

    首先說明，ELF格式是一種OBJECT文件格式。通常OBJECT文件均可以分紅三類：可重定位OBJECT文件，可執行OBJECT文件，共享OBJECT文件。ELF格式文件也能夠分紅這三種。

    首

先說說可重定位OBJECT文件。這種OBJECT文件通常由GCC中的ASSEMBLER(as)產生(請不要認爲GCC只是編譯器)，裏面除了二進制

的機器代碼，還有一些可用於進行重定位的信息。它主要是做爲LINKER(ld)的輸入，LINKER將跟據這些信息，將須要重定位的符號重定位，進而產

生可執行的OBJECT文件。ELF格式的可重定位OBJECT文件由header與section組成。

    Header 包括

ELF header 與 section header. ELF header 位於文件的頭部，用於存儲目標機器的架構，大小端配

置，ELF header大小，object文件類型，section header 在文件中的偏移，section header    的大

小，section header 中的項目數等信息。Section header 則定義了文件中每一個section 的類型，位置，大小等信息。

Linker就是經過查找ELF header，找到section header 的入口，再在section header 中找到相應的

section 入口，進而定位到目標section 的。

    Section 包括

.text    ：通過編譯的機器代碼。

.rodata  ：只讀的數據，例如printf(「hello!」)中的字符串hello。

.data    ：已初始化的全局變量，局部變量將在運行時被存放在堆棧中，不會在.data或 .bss段中出現。

.bss     ：未初始化的全局變量，在這裏只是一個佔位符，在object文件中並無實際的存儲空間。

.symtab  ：符號表，用於存放程序中被定義的或被引用到的全局變量和函數的信息。

.rel.text  ：

一個保存着一系列在.text中的位置的列表。這些位置將在linker把這個文件與其它object文件合併時被修改，通常來講，這些位置都是保存着一

些引用到全局變量或者外部函數的指令。引用局部變量或者本地函數的指令是不須要被修改的，由於局部變量和本地函數的地址通常都是使用PC相對偏移地址的。

須要注意的是，這個section 和下面的.rel.data在運行時並不須要，生成可執行的ELF object文件時會去掉這個section。

.rel.data ：保存全局變量的重定位信息。通常來講，若是一個全局變量它的初 始化值是另外一個全局變量的地址，或者是外部函數的地址，那麼它就須要被重定位。

.debug  ：保存debug信息。

.strtab  ： 一

個字符串表，保存着.symtab和.debug ,和各個section的名字。.symtab，.debug 和section table裏面，凡

是保存name的域，其實都是保存了一個偏移值，經過這個偏移值在這個字符串表裏面能夠找到相應得字符串。

    下面仔細討論一下.symtab：

    每個可重定位的object文件，都會有一個.symtab。這個符號表保存了在這個object文件中全部被定義的和被引用的符號。當源程序是C 語言程序時，.symtab 中的符號直接來源於C編譯器(cc1)。這裏所說的符號主要有三種：

1) 在這個object文件中被定義的能夠被其餘object文件全局符號。在C語言源程序中，主要就是那些非靜態（沒有static 修飾的）的全局變量和非靜態的函數。在ARM彙編語言中，就是那些 被EXPORT 指令導出的變量。

2) 在這個object文件中引用到，可是在其餘文件中定義的全局變量。在ARM彙編語言中就是經過IMPORT命令引入的變量

3) 本

地變量。本地變量只在本object文件內可見。這裏的本地變量指的是鏈接器本地變量，應該和通常的程序本地變量做區別。這裏所指的本地變量，包括用

static 修飾的全局變量，object文件中section名稱，源代碼文件名稱。通常意義上的本地變量，是在運行時由系統的運行時環境管理

的，linker並不關心。

    每一個符合上面條件的符號在.symtab文件中都會有一個數據項。這個數據項的數據結構是：

Typedef struct{

    int name;//符號名稱，其實就是.strtab的偏移值

    int value;//在section中的位置，以相對section地址的偏移表示

    int size;//大小

    char type;//類型，通常是數據或函數

    char binding;//是本地變量仍是全局變量

    char reserved;//保留的位

        char section;//符號所屬的section。可選有：.text(用數字1表明)，.data(用數

                            //3表明)，ABS（不該被重定位的符號），UND（在本object文件

                            //中未定義的符號，可能在別的文件中定義），COM（通常的未初//始化的變量符號）。

}ELF_sym