CN101277265B - 一种无线传感网络中加速加载elf文件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线传感网络中加速加载ELF文件的方法。本发明方法通过预先获得节点端的内存地址信息，在基站上预加载ELF文件，并修正文件中所引用的符号的地址信息，因此可以减少数据的传输，因为预先在基站上完成了模块的连接过程，因此在传输模块的过程中不需要传送ELF文件的重定位信息和符号信息，其次在节点端可以简化模块的加载过程，加速模块加载过程，因为连接过程和预加载过程由节点端转移到了基站，基站发送的到节点的二进制镜像已经是修正好地址的可执行文件，因此在节点上只需要把镜像写入申请好的内存位置就可以了，省去了重定位的过程。

Description

一种无线传感网络中加速加载ELF文件的方法

技术领域

本发明涉及加载技术，尤其是在无线传感网络中加速加载ELF文件的技术。

背景技术

近年来，随着信息技术的进步，一种信息的获取技术--传感技术，也得到了迅速的发展，从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，近些年无线技术的进步，人们将其运用在传感器网络中，形成了无线传感器网络。

无线传感网络是新一代的传感器网络，具有广泛的应用前途。它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域具有巨大的运用空间，在家用，保健，交通等新兴领域也展示出非凡的应用价值。

无线传感网络存在自身的特点：节点资源有限，数量大，分布广，系统动态性强。往往通过电池来供电，因此低功耗成为无线传感网络设计的一个重要的特性。根据其特点无限传感网络在其部署之后，需要能够动态更新其节点上程序，此过程称为重编程。现有的很多操作系统通过基于模块加载的方式，来实现重编程的功能。模块采用ELF文件来实现，用于模块的ELF文件通常为可重定位类型的ELF文件。因为可以根据加载位置，来重定位文件中引用符号的地址，此类型文件可以被加载到任意的地址，操作系统可以在运行时实现模块的动态的连接、重定位和加载。模块可以通过网络或者EEPROM来获取，通过模块加载机制，可以很容易的实现软件的更新。基于可重定位的ELF文件的模块加载的过程，主要通过两个阶段，首先是动态连接的过程，动态连接的本质，就是对ELF文件的进行重定位和符号解析，此过程需要一些模块的相关信息来完成模块的动态链接，比如模块引用符号的相关信息；第二个阶段为加载过程，把模块的各个段加载到指定的内存地址。

发明内容

本发明提出了一种可以加速加载ELF文件的方案，并且可以有效的减少加载时需要的模块信息，从而达到低功耗的要求。

本发明针对的是Micaz平台，采用在基站预加载ELF文件的方案来实现模块的加速加载。其具体步骤如下：

1)解析需要加载的ELF文件，获得模块有关加载的信息，包括ELF文件中数据段和代码段的大小；

2)基站向一个节点发送数据包，数据包的内容为需申请内存空间的大小，包括为数据段申请的数据内存和为代码段申请的程序内存；

3)节点根据步骤2)的信息，申请指定大小的数据内存空间和程序内存空间，返回申请到的空间的地址，并将地址通过无线通信发送到基站；

4)根据步骤3)申请的地址，在基站上对ELF模块进行连接和预加载，根据申请到的内存空间地址修正ELF文件中引用的符号的地址信息，使其指向正确的地址；

5)提取ELF文件中的数据段和代码段，将这两个段的内容通过无线通信发送到节点；

6)节点上接受完数据后，将数据段加载到步骤3)中申请的数据内存地址，将代码段写入程序flash上申请到的地址，然后跳转到代码段的入口地址，执行代码。

所述的在基站上对ELF模块进行连接和预加载，根据申请到的内存的空间地址，就可以修正ELF文件中与这些地址相关的符号的地址，使其指向将要在节点上加载的正确的地址。

所述的提取ELF文件中的数据段和代码段，将这两个段的内容通过无线通信发送到节点，因为ELF文件经过在基站的预加载，其包含的地址信息都是正确的，因此只需要传送数据段和代码段就可以了，而不必发送整个ELF文件。

所述的节点上需要完成的加载过程只包括将数据段加载到步骤3)中申请的数据内存地址，将代码段写入程序flash上申请到的地址。

本发明与背景技术相比，具有有益的效果是：

首先可以减少数据的传输，因为预先在基站上完成了模块的连接过程，因此在传输模块的过程中不需要传送ELF文件的重定位信息和符号信息，其次在节点端可以简化模块的加载过程，加速模块加载过程，因为连接过程和预加载过程由节点端转移到了基站，基站发送的到节点的二进制镜像已经是修正好地址的可执行文件，因此在节点上只需要把镜像写入申请好的内存位置就可以了，省去了重定位的过程。

附图说明

附图是本发明方法的流程示意图。

具体实施方式

基于AVR的体系结构，编译一个需要发布的模块的代码，生成可重定位的ELF文件格式，通过avr-gcc的“-c”选项可以实现这一过程，如附图所示：

1)首先在基站段按照ELF的文件格式解析这个ELF文件，获取此ELF文件中数据段和代码段的信息，其中数据段包括.data，.bss段，代码段包括.text段，信息主要包括这些段在文件中的位置偏移量，和这些段的大小，同时获取重定位段的信息，即“.rela.text”段的信息，为后面的重定位过程做准备；

2)根据1)中获取的数据段和代码段的信息，向节点发送数据包，申请内存空间，数据包内容为需要申请内存的大小，Micaz属于哈佛体系结构，其数据和指令时分开存储的，所以数据包内容需要包含数据内存和程序内存的大小。在RAM中申请指定大小的内存空间，这个大小为.data段和.bss段大小的总和，在程序Flash上申请指定大小的程序内存空间，这个大小为.text段的大小，将申请到的空间的地址，通过无线通信，发送到基站；

3)节点端根据收到的数据包，为ELF文件申请内存空间，在RAM中申请指定大小的内存空间，这个大小为.data段和.bss段大小的总和，在程序Flash上申请指定大小的程序内存空间，这个大小为.text段的大小，将申请到的空间的地址，通过无线通信，发送到基站；

4)基站根据接收到的内存地址，此内存地址即为ELF文件的加载的内存位置，在基站段对ELF文件进行连接和预加载。这个过程主要是ELF文件的重定位的一个过程，由于可重定位的ELF文件中，没有加载地址的信息，所以其中引用到的数据段和内存段的一些符号，其地址信息都是空的，需要根据3)中申请的内存地址，把这些空的地址信息修正为正确的地址，根据1)中所得到的重定位段的信息，重定位段是有重定位数据组成的，每条重定位信息，包括了需要重定位的地址，与这条重定位关联的符号的信息和重定位类型。根据重定位信息，定位到文件需要重定位的地方，然后获取重定位关联的符号的信息，找到这个符号需要加载的内存地址，将此地址写入，这样这条指令中的地址信息则是正确的地址信息了；

5)重定位完成后，提取链接后的ELF文件中的.data段，.bss段，.text段，封装成数据包，并发送到节点端；

6)节点接受数据包，并将.data和.bss的内容写到步骤3)中申请的RAM地址，并将.bss段内容初始化为0，将.text段内容写入步骤3)申请的程序Flash地址，然后跳转到.text的入口开始执行此模块。

Claims (1)

1.一种无线传感网络中加速加载ELF文件的方法，其特征在于该方法的步骤如下：

1)解析需要加载的ELF文件，获得模块有关加载的信息，包括ELF文件中数据段和代码段的大小；

2)根据获取的数据段和代码段的信息，基站向一个节点发送数据包，数据包的内容为需申请内存空间的大小，包括为数据段申请的数据内存和为代码段申请的程序内存；

3)节点根据收到的数据包，申请指定大小的数据内存空间和程序内存空间，返回申请到的内存空间的地址，并将地址通过无线通信发送到基站；

4)根据步骤3)申请的内存空间地址，在基站上对ELF文件进行链接和预加载，根据申请到的内存空间地址修正ELF文件中引用的符号的地址，使其指向正确的地址；

5)提取ELF文件中的数据段和代码段，将这两个段的内容通过无线通信发送到节点；

6)节点接收完数据后，将数据段加载到步骤3)中申请的数据内存地址，将代码段写入程序内存flash上申请到的地址，然后跳转到代码段的入口地址，执行代码。 

Images