ARM-ELF文件格式与GNU ARM Linker机制

这里所说的ARM系统基本文件格式，都是在基于ARM的嵌入式系统开发中常会碰到的文件格式。

    ARM系统基本文件格式有三种：

1) BIN，平板式二进制格式，一般用于直接烧写到Flash中，也可以用于加载到monitor程序中。

2) ELF，EXECUTABLE AND LINKABLE FORMAT，一种通用的OBJECT文件格式，一般由GNU COMPILER COLLECTION (GCC)产生。

3) AXF，BIN格式的扩展版,主体部分同BIN，在文件头和尾加入了调试用的信息，用于AXD。

    本文主要讨论BIN与ELF。

    首先说明，ELF格式是一种OBJECT文件格式。一般OBJECT文件都可以分成三类：可重定位OBJECT文件，可执行OBJECT文件，共享OBJECT文件。ELF格式文件也可以分成这三种。

    首

先说说可重定位OBJECT文件。这种OBJECT文件一般由GCC中的ASSEMBLER(as)产生(请不要认为GCC只是编译器)，里面除了二进制

的机器代码，还有一些可用于进行重定位的信息。它主要是作为LINKER(ld)的输入，LINKER将跟据这些信息，将需要重定位的符号重定位，进而产

生可执行的OBJECT文件。ELF格式的可重定位OBJECT文件由header与section组成。

    Header 包括

ELF header 与 section header. ELF header 位于文件的头部，用于存储目标机器的架构，大小端配

置，ELF header大小，object文件类型，section header 在文件中的偏移，section header    的大

小，section header 中的项目数等信息。Section header 则定义了文件中每个section 的类型，位置，大小等信息。

Linker就是通过查找ELF header，找到section header 的入口，再在section header 中找到相应的

section 入口，进而定位到目标section 的。

    Section 包括

.text    ：经过编译的机器代码。

.rodata  ：只读的数据，例如printf(“hello!”)中的字符串hello。

.data    ：已初始化的全局变量，局部变量将在运行时被存放在堆栈中，不会在.data或 .bss段中出现。

.bss     ：未初始化的全局变量，在这里只是一个占位符，在object文件中并没有实际的存储空间。

.symtab  ：符号表，用于存放程序中被定义的或被引用到的全局变量和函数的信息。

.rel.text  ：

一个保存着一系列在.text中的位置的列表。这些位置将在linker把这个文件与其它object文件合并时被修改，一般来说，这些位置都是保存着一

些引用到全局变量或者外部函数的指令。引用局部变量或者本地函数的指令是不需要被修改的，因为局部变量和本地函数的地址一般都是使用PC相对偏移地址的。

需要注意的是，这个section 和下面的.rel.data在运行时并不需要，生成可执行的ELF object文件时会去掉这个section。

.rel.data ：保存全局变量的重定位信息。一般来说，如果一个全局变量它的初 始化值是另一个全局变量的地址，或者是外部函数的地址，那么它就需要被重定位。

.debug  ：保存debug信息。

.strtab  ： 一

个字符串表，保存着.symtab和.debug ,和各个section的名字。.symtab，.debug 和section table里面，凡

是保存name的域，其实都是保存了一个偏移值，通过这个偏移值在这个字符串表里面可以找到相应得字符串。

    下面仔细讨论一下.symtab：

    每一个可重定位的object文件，都会有一个.symtab。这个符号表保存了在这个object文件中所有被定义的和被引用的符号。当源程序是C 语言程序时，.symtab 中的符号直接来源于C编译器(cc1)。这里所说的符号主要有三种：

1) 在这个object文件中被定义的可以被其他object文件全局符号。在C语言源程序中，主要就是那些非静态（没有static 修饰的）的全局变量和非静态的函数。在ARM汇编语言中，就是那些 被EXPORT 指令导出的变量。

2) 在这个object文件中引用到，但是在其他文件中定义的全局变量。在ARM汇编语言中就是通过IMPORT命令引入的变量

3) 本

地变量。本地变量只在本object文件内可见。这里的本地变量指的是连接器本地变量，应该和一般的程序本地变量作区别。这里所指的本地变量，包括用

static 修饰的全局变量，object文件中section名称，源代码文件名称。一般意义上的本地变量，是在运行时由系统的运行时环境管理

的，linker并不关心。

    每个符合上面条件的符号在.symtab文件中都会有一个数据项。这个数据项的数据结构是：

Typedef struct{

    int name;//符号名称，其实就是.strtab的偏移值

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

    int size;//大小

    char type;//类型，一般是数据或函数

    char binding;//是本地变量还是全局变量

    char reserved;//保留的位

        char section;//符号所属的section。可选有：.text(用数字1代表)，.data(用数

                            //3代表)，ABS（不应被重定位的符号），UND（在本object文件

                            //中未定义的符号，可能在别的文件中定义），COM（一般的未初//始化的变量符号）。

}ELF_sym