Linux中使用C語言載入data object 檔案資料

之前看別人的程式，看到作者在ROMFS實作時把資料轉成object檔案，然後在C語言中直接存取資料。他的作法是

寫一個host程式，將某個目錄下面的檔案和目錄轉成單一個binary
將這個binary轉成object檔案
更改link script，讓最後的binary可以存取object檔案的section

這個project使ARM的架構Realtime 作業系統。看完手癢也想看看Linux下面要怎麼做到類似的功能。本來想說是不是要動到link script，後來看到這邊的參考資料後，發現只要存取symbol就可以使用了。克服這個問題後就可以來寫個小程式驗證一下。

首先我們先弄個測試資料，很簡單就是一個數字顯示後面字串長度後再存放字串。

my_data.txt

5Hello

接下來就是Makefile部份

Makefile

CFLAGS=-Wall -Werror -g

DATA_SRC=my_data.txt
DATA_OBJ=my_data.o

TARGET=test_obj
OBJS=$(patsubst %, %.o, $(TARGET)) $(DATA_OBJ)

BFN=elf64-x86-64
ARCH=i386

$(TARGET): $(OBJS)

    $(CC) -o $@ $(OBJS)

$(DATA_OBJ): $(DATA_SRC)

    objcopy -I binary -O $(BFN) -B $(ARCH) --prefix-sections '.mydata' $^ $@

clean:

    rm *.o *~ $(TARGET) -f

Makefile說明:

patsubst
- Makefile 提供的函數，用在pattern 替換，所以上面做了下列的代換
- test_obj轉成test_obj.o
$@
- Makefile的內建巨集，代表target
$^
- Makefile的內建巨集，代表prerequisite

重點是把資料檔案轉成object的部份，節錄該部份並說明如下
objcopy -I binary -O $(BFN) -B $(ARCH) --prefix-sections '.mydata' $^ $@

-I binary
- 指定input檔案binary格式為binary
-O elf64-x86-64
- 指定output binary 格式為elf64-x86-64
-B i386
- 指定架構為i386
--prefix-sections '.mydata'
- 指定放在.mydata的section

至於要怎麼知道binary格式和架構呢？您可以用objcopy --info |less配合file test_obj.o找出平台上的參數。

我們先來看一下section是不是真的放到.mydata?

objdump結果

$ objdump -h my_data.o

my_data.o:     file format elf64-x86-64

Sections:
Idx Name          Size      VMA               LMA               File off  Algn
  0 .mydata.data  00000007  0000000000000000  0000000000000000  00000040  2**0
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA

我只知道.mydata的section，裏面的資訊目前還不清楚有什麼意義。

我們再用nm來看檔案內有哪些symbol

nm結果

$ nm  my_data.o
0000000000000007 D _binary_my_data_txt_end
0000000000000007 A _binary_my_data_txt_size
0000000000000000 D _binary_my_data_txt_start

flag說明

D
- 資料放在初始的資料section
A
- Symbol的值已固定，之後link也不會更動。目前還不知道這樣透露出有什麼額外的資訊

接下來就是存取的方式了，測試程式如下。主要就是從section讀出字串再印出來。

test_obj.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>

#define MAX_CHARS (32)

extern char _binary_my_data_txt_start;
int main(int argc, char **argv)
{
    char line[MAX_CHARS] = {0};
    char *my_data_start_addr = (char *) &_binary_my_data_txt_start;
    int str_len = (char) *my_data_start_addr - 0x30; /* 0x30 => '0' */

    if (str_len > MAX_CHARS) {
        str_len = MAX_CHARS;
    }

    strncpy(line, my_data_start_addr + 1, str_len);

    printf("Read string is %s\n", line);

    return 0;
}

程式說明如下

前面nm看到的symbol _binary_my_data_txt_end, _binary_my_data_txt_start, 和_binary_my_data_txt_size只是一個sybmol，這邊我們存的是字元所以宣告成char
_binary_my_data_txt_start存放的是該section開始的資料，我們可以用gdb驗證一下

gdb 節錄

Breakpoint 1, main (argc=1, argv=0x7fffffffe1d8) at test_obj.c:10
10      char *my_data_start_addr = (char *) &_binary_my_data_txt_start;
(gdb) p _binary_my_data_txt_start
$1 = 53 '5'

所以我們可以取得該資料位址後，讀出字串長度後，再複製後面的字串並列印出來。

最後執行結果如下

執行結果

$ ./test_obj 
Read string is Hello

參考資料

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