CN109683900A - 针对elf文件调试信息的通用上位机符号查找与解析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对ELF文件调试信息的通用上位机符号查找与解析方法，是基于通用上位机的需求，设计的一种获取下位机中变量及其地址信息、解析下位机中的变量用于上位机显示、解析上位机变量值的更改用于下位机变量值的更改的方法。本发明获取下位机中变量及其地址信息是通过现有开源交叉编译工具链中的OBJDUMP[3]（‑g）工具解析烧写到下位机中的可执行文件ELF文件的.debug_info部分到TXT文件中，使用本发明所设计的一套方法获取ELF文件中的全局变量信息、函数信息来完成的，能够实现全局变量、函数的查找，自动记录为配置文件，很大程度的减少了程序员的工作量；上位机使用时只需要调用本发明所涉及的Readelf.dll解析程序即可完成对下位机所有变量的监控，通用性强。

Description

针对ELF文件调试信息的通用上位机符号查找与解析方法

技术领域

本发明涉及符号查找与解析领域，特别涉及一种针对ELF文件调试信息的通用上位机符号查找与解析方法。

背景技术

嵌入式软件通用上位机(以下简称通用上位机)的目的是解析不同项目下位机中的变量符号及获取和更改符号所对应真实值。通用上位机的符号查找与解析程序是一段提供下位机程序的全局符号查找与整理、上位机读取数据的解析与匹配功能的程序，目前使用的上位机均采用定制的规约来对下位机规约内的变量进行监控，监控需求若更改，上位机、下位机均需要做相应升级。

现有上位机需要通过特有的通信协议监控协议中的变量，协议中的变量需要分别在下位机、上位机中做相应的更改才可以实现，每个不同的项目均需要有一个专有的上位机匹配使用。现有技术监控的变量需要在下位机中做相应的赋值处理，每增加一个变量监控，上下位机、通信协议均需要做相应更改，监控变量的个数为监控变量需求个数，因此可监控变量有限，随需求增多，上位机需要做相应升级，造成程序编写工作量大大增加；增删变量需要人工查找、手动录入，耗时、费力、容易出错；不同项目需求均需要做相应更改，影响项目进度。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种具有通用性的获取ELF文件调试信息部分的符号并进行解析的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：针对ELF文件调试信息的通用上位机符号查找与解析方法，包括：

(1)通过现有开源交叉编译工具链的OBJDUMP工具对DWARF格式的ELF文件调试信息部分进行解析，得到ELF文件调试信息部分所包含的变量信息和函数信息；利用DWARF格式的规定解析整理得到的.debug_info部分的信息，进而得到变量及变量类型信息、函数及函数类型信息生成上位机的配置文件，此部分封装为Readelf.exe；所述变量类型信息包括名称、类型、起始地址、位域的大小以及位域的起始偏移地址；所述函数类型信息包括函数名、返回值类型、各形参及其类型以及起始地址。。

(2)通过加载所述配置文件内容到变量矩阵，根据上位机显示需求通过查找变量矩阵传递给上位机所需显示的符号，根据上位机传入的符号数据解析需求，通过查找变量矩阵中包含的符号信息相应解析数据并将解析结果以JSON格式的字符串返回给上位机，根据上位机传入的符号数据更改需求，通过查找变量矩阵中包含的符号信息相应编码数据并将编码结果以JSON格式的字符串返回给上位机；此部分封装为Readelf.dll。

本发明是基于通用上位机的需求，设计的一种获取下位机中变量及其地址信息、解析下位机中的变量用于上位机显示、解析上位机变量值的更改用于下位机变量值的更改的方法。本发明所涉及的获取下位机中变量及其地址信息是通过现有开源交叉编译工具链中的OBJDUMP[3](-g)工具解析烧写到下位机中的可执行文件ELF文件的.debug_info部分到TXT文件中，使用本发明所设计的一套方法获取ELF文件中的全局变量信息、函数信息来完成的。

作为优选，所述Readelf.exe使用步骤包括：

(1)调用GNU编译工具链OBJDUMP解析ELF文件到TXT文件中；

(2)使用CMD命令调用Readelf.exe并传入ELF和TXT文件的路径，运行完成即可生成配置文件，配置文件内容包含序号、符号层级、兄弟项ID、名称、类型、编码方式、类型大小、位域的大小、位域的起始偏移地址、枚举表以及ELF头信息。

作为优选，所述Readelf.dll的使用包括：

1)初始化：

a.上位机调用所述Readelf.dll并传入Readelf.exe生成的配置文件地址；

b.Readelf.dll读取上述配置文件生成变量矩阵并将文件级(*.c)的符号返回；

2)获取符号：

c.上位机调用所述Readelf.dll获取指定文件级(*.c)的符号展开；

d.所述Readelf.dll查找变量矩阵返回所有变量级变量符号；

重复步骤c-d即可获取所有变量符号；

3)读取符号值：

e.上位机调用所述Readelf.dll获取指定变量地址；

f.所述Readelf.dll根据变量矩阵返回指定变量起始地址和长度；

g.上位机通过基于ISO15765多帧传输协议的专有地址读写协议读取下位机指定地址指定长度的数据并调用所述Readelf.dll文件同时传递读取的数据及地址、长度；

h.所述Readelf.dll根据数据的地址和长度查找变量矩阵，按查找到的相关信息解析数据并将解析完的数据以指定JSON格式的字符串返回上位机；

重复步骤e-h即可获取所有变量信息；

4)更改符号值：

i.上位机调用Readelf.dll并传递要修改的变量名及修改后的内容、长度；

j.Readelf.dll根据要修改的变量名和长度查找变量矩阵，按查找到的中的信息编码修改后的内容并返回上位机；

k.上位机通过基于ISO15765多帧传输协议的专有地址读写协议修改下位机指定地址指定长度的数据；

重复步骤i-k即可修改所有变量信息。

作为优选，所述Readelf.exe的实现步骤包括：

1)利用交叉编译工具链OBJDUMP解析ELF文件的调试信息部分到TXT文件；

2)验证ELF文件有效性；

3)读取并识别TXT文件debug_info段的内容；

4)根据DWARF格式梳理全局符号及其类型信息到配置文件；

5)根据DWARF格式梳理枚举类型的成员及匹配的信息到配置文件；

6)整理ELF文件的头信息到配置文件。

本发明的实质性效果：本发明所涉及通用上位机的符号查找与解析程序在得到ELF文件后利用上述OBJDUMP工具解析ELF文件得到TXT文件，执行本发明所涉及的Readelf.exe即可实现全局变量、函数的查找，自动记录为配置文件，很大程度的减少了程序员的工作量；上位机使用时只需要调用本发明所涉及的Readelf.dll解析程序即可完成对下位机所有变量的监控，通用性强。

附图说明

图1为本发明的一种Readelf.exe流程图。

图2为本发明的一种Readelf.dll流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

实施例：

针对ELF文件调试信息的通用上位机符号查找与解析方法，分为获取符号和与上位机实时同步解析符号数据。获取符号部分的技术方案为：通过现有开源交叉编译工具链的OBJDUMP(-g)工具对DWARF格式的ELF文件调试信息部分进行解析，得到ELF文件调试信息部分所包含的所有变量信息、函数信息，利用DWARF格式的规定解析整理得到的.debug_info部分的信息，进而得到全局符号及其类型信息(包括符号名、符号类型、起始地址、起始偏移及大小、位域)、函数及函数类型信息生成上位机的配置文件(.csv)，此部分封装为Readelf.exe，配置文件内容包含序号、符号层级、兄弟项ID、名称、类型、编码方式、类型大小、位域的大小、位域的起始偏移地址、枚举表、ELF头信息等。

与上位机实时同步解析符号数据的技术方案为：通过加载上位机的配置文件(由Readelf.exe生成)内容到变量矩阵，根据上位机显示需求通过查找变量矩阵传递给上位机所需显示的符号，根据上位机传入的符号数据解析需求，通过查找变量矩阵中包含的变量信息相应解析数据并将解析结果以JSON格式的字符串返回给上位机，根据上位机传入的符号数据更改需求，通过查找变量矩阵中包含的变量信息相应编码数据并将编码结果以JSON格式的字符串返回给上位机。此部分封装为Readelf.dll。

其中，Readelf.exe使用包括：

(1)调用GNU编译工具链OBJDUMP解析ELF文件到TXT文件中；

(2)使用CMD命令调用Readelf.exe并传入ELF和TXT文件的路径，运行完成即可生成配置文件，配置文件内容包含序号、符号层级、符号兄弟项ID、符号名称、符号类型、符号编码方式、符号的类型大小、符号地址、位域的大小、位域的起始偏移地址、枚举表以及ELF头信息

1)初始化：

a.上位机调用所述Readelf.dll并传入Readelf.exe生成的配置文件地址；

b.Readelf.dll读取上述配置文件生成变量矩阵并将文件级(*.c)的符号返回；

2)获取符号：

c.上位机调用所述Readelf.dll获取指定文件级(*.c)的符号展开；

d.所述Readelf.dll查找变量矩阵返回所有变量级变量符号；

重复步骤c-d即可获取所有变量符号；

3)读取符号值：

e.上位机调用所述Readelf.dll获取指定变量地址；

f.所述Readelf.dll根据变量矩阵返回指定变量起始地址和长度；

g.上位机通过基于ISO15765多帧传输协议的专有地址读写协议读取下位机指定地址指定长度的数据并调用所述Readelf.dll文件同时传递读取的数据及地址、长度；

h.所述Readelf.dll根据数据的地址和长度查找变量矩阵，按查找到的相关信息解析数据并将解析完的数据以指定JSON格式的字符串返回上位机；

重复步骤e-h即可获取所有变量信息；

4)更改符号值：

i.上位机调用Readelf.dll并传递要修改的变量名及修改后的内容、长度；

j.Readelf.dll根据要修改的变量名和长度查找变量矩阵，按查找到的中的信息编码修改后的内容并返回上位机；

k.上位机通过基于ISO15765多帧传输协议的专有地址读写协议修改下位机指定地址指定长度的数据；

重复步骤i-k即可修改所有变量信息。

Readelf.exe实现步骤，如图1所示：

1)利用交叉编译工具链OBJDUMP解析ELF文件的调试信息部分到TXT文件；

2)验证ELF文件有效性；

3)读取并识别TXT文件debug_info段的内容；

4)根据DWARF格式梳理全局符号及其类型信息到配置文件；

5)根据DWARF格式梳理枚举类型的成员及匹配的信息到配置文件；

6)整理ELF文件的头信息到配置文件。

Readelf.dll包含多个接口函数，具体调用流程如图2所示：

1.调用初始化函数Readelf_Init()；传入要配置文件地址”cfg.csy文件目录\文件名.csy”；

2.调用符号展开函数Readelf_Add()；传入字符串包含：FILENAME、VARNAME；返回展开的一级符号名及展开属性；

3.调用获取变量地址函数Readelf_GetAddr()；传入需要获取属性的变量名及属性名；返回所需的属性名；

4.调用数据解析函数Readelf_DataDecode()；传入要解析的变量名及所对应的数据”；返回解析完成的变量名及其值；

5.调用数据编码函数Readelf_DataEncode()；传入修改的变量名的修改的数据；返回下位机能接收的数据及所对应的地址。

6.调用释放DLL函数Readelf_Free()。

其中，本发明中提及的DWARF是ELF最常用的调试信息格式，DWARF debug_info信息.debug_info部分是DWARF的核心，它提供了有关程序中存在的类型，函数，变量等信息。ELF(Executable and Linkable Format)是一种目标文件格式，用于定义不同类型目标文件以什么样的格式，都放了些什么东西，主要用于linux平台，windows下是PE/COFF格式。Objdump是gcc工具，用来查看编译后目标文件的组成，-g意为debug，包含debug信息，如函数名，结构体定义等。IDE集成开发环境(Integrated Development Environment)是用于提供程序开发环境的应用程序，一般包括代码编辑器、编译器、调试器和图形用户界面等工具。集成了代码编写功能、分析功能、编译功能、调试功能等一体化的开发软件服务套。所有具备这一特性的软件或者软件套(组)都可以叫集成开发环境。CMD是command的缩写.即命令提示符(CMD)，是在OS/2，Windows CE与Windows NT平台为基础的操作系统(包括Windows2000和XP中，Vista中，和Server 2003)下的“MS-DOS方式”。中文版Windows XP中的命令提示符进一步提高了与DOS下操作命令的兼容性，可以在命令提示符窗口中调用文件。DLL(Dynamic Link Library)文件为动态链接库文件，又称“应用程序拓展”，是软件文件类型。在Windows中，许多应用程序并不是一个完整的可执行文件，它们被分割成一些相对独立的动态链接库，即DLL文件，放置于系统中。符号包含变量和函数，在DWARF中变量和函数统称为符号。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (4)

1.针对ELF文件调试信息的通用上位机符号查找与解析方法，其特征在于，包括：

(1)通过现有开源交叉编译工具链的OBJDUMP工具对DWARF格式的ELF文件调试信息部分进行解析，得到ELF文件调试信息部分所包含的变量信息和函数信息；

利用DWARF格式的规定解析整理得到的.debug_info部分的信息，进而得到变量及变量类型信息、函数及函数类型信息生成上位机的配置文件，此部分封装为Readelf.exe；

所述变量类型信息包括名称、类型、起始地址、位域的大小以及位域的起始偏移地址；所述函数类型信息包括函数名、返回值类型、各形参及其类型以及起始地址。

(2)通过加载所述配置文件内容到变量矩阵，根据上位机显示需求通过查找变量矩阵传递给上位机所需显示的符号，根据上位机传入的符号数据解析需求，通过查找变量矩阵中包含的符号信息相应解析数据并将解析结果以JSON格式的字符串返回给上位机，根据上位机传入的符号数据更改需求，通过查找变量矩阵中包含的符号信息相应编码数据并将编码结果以JSON格式的字符串返回给上位机；此部分封装为Readelf.dll。

2.根据权利要求1所述的针对ELF文件调试信息的通用上位机符号查找与解析方法，其特征在于，所述Readelf.exe的使用包括：

(1)调用GNU编译工具链OBJDUMP解析ELF文件到TXT文件中；

(2)使用CMD命令调用Readelf.exe并传入ELF和TXT文件的路径，运行完成即可生成配置文件，配置文件内容包含序号、符号层级、符号兄弟项ID、符号名称、符号类型、符号编码方式、符号的类型大小、符号地址、位域的大小、位域的起始偏移地址、枚举表以及ELF头信息。

3.根据权利要求1所述的针对ELF文件调试信息的通用上位机符号查找与解析方法，其特征在于，所述Readelf.dll的使用包括：

1)初始化：

a.上位机调用所述Readelf.dll并传入Readelf.exe生成的配置文件地址；

b.Readelf.dll读取上述配置文件生成变量矩阵并将文件级*.c的符号返回；

2)获取符号：

c.上位机调用所述Readelf.dll获取指定文件级*.c的符号展开；

d.所述Readelf.dll查找变量矩阵返回所有变量级变量符号；

重复步骤c-d即可获取所有变量符号；

3)读取符号值：

e.上位机调用所述Readelf.dll获取指定变量地址；

f.所述Readelf.dll根据变量矩阵返回指定变量起始地址和长度；

g.上位机通过基于ISO15765多帧传输协议的专有地址读写协议读取下位机指定地址指定长度的数据并调用所述Readelf.dll文件同时传递读取的数据及地址、长度；

h.所述Readelf.dll根据数据的地址和长度查找变量矩阵，按查找到的相关信息解析数据并将解析完的数据以指定JSON格式的字符串返回上位机；

重复步骤e-h即可获取所有变量信息；

4)更改符号值：

i.上位机调用Readelf.dll并传递要修改的变量名及修改后的内容、长度；

j.Readelf.dll根据要修改的变量名和长度查找变量矩阵，按查找到的中的信息编码修改后的内容并返回上位机；

k.上位机通过基于ISO15765多帧传输协议的专有地址读写协议修改下位机指定地址指定长度的数据；

重复步骤i-k即可修改所有变量信息。

4.根据权利要求1所述的针对ELF文件调试信息的通用上位机符号查找与解析方法，其特征在于，所述Readelf.exe的实现步骤包括：

1)利用交叉编译工具链OBJDUMP解析ELF文件的调试信息部分到TXT文件；

2)验证ELF文件有效性；

3)读取并识别TXT文件debug_info段的内容；

4)根据DWARF格式梳理全局符号及其类型信息到配置文件；

5)根据DWARF格式梳理枚举类型的成员及匹配的信息到配置文件；

6)整理ELF文件的头信息到配置文件。