1. 适用范围

本文档介绍了在Shell命令行执行内核模块内函数实现原理。

在VxWorks中，系统自带有在Shell命令行直接执行驱动、应用内函数的功能，此功能完善了驱动开发工程师、应用开发工程师的开发、调试的手段。为了让这类工程师能快速适应SylixOS，据此开发了类似的功能模块，目前第一版支持在Shell命令行执行内核模块内的函数。

2. SylixOS内核模块动态加载原理

2.1 SylixOS中的ELF文件

SylixOS中的ELF文件主要有三种：

- obj文件：一个源文件编译完成后，编译器将源文件内所有函数的指令块拼接形成TEXT节，将数据块拼接行成DATA节，同样还会根据需要生成其它节（如符号表、重定位表）。这些节拼接在一起形成obj文件。

- 内核模块文件：内核模块文件是多个obj文件组合形成的一个大文件，它将多个obj文件生成的TEXT节、DATA节、符号表、重定位表各自拼接为更大的TEXT节、DATA节、符号表和重定位表。

- 位置无关ELF文件： SylixOS的应用程序和动态库都使用位置无关ELF文件格式，它支持代码段共享和写时拷贝。

2.2 内核模块的ELF文件格式

内核模块包括ELF头、程序头表（也可以没有）和段节头表。

2.2.1 ELF头

ELF头描述了整个文件的基本属性，比如ELF文件版本，目标机器型号，程序入口地址等，如下所示。

typedef struct elf32_hdr {        unsigned char        e_ident[EI_NIDENT];         /*标示该文件为可执行的object文件     */    Elf32_Half          e_type;                     /*标示object文件的类型             */    Elf32_Half          e_machine;                  /*指出该object需要的体系结构        */    Elf32_Word          e_version;                  /*确定object的文件版本             */    Elf32_Addr          e_entry;                    /*是系统第一个传输控制的虚拟地址      */    Elf32_Off           e_phoff;                    /*保持了程序头表在文件中的偏移量      */    Elf32_Off           e_shoff;                    /*保持着段节头表在文件中的偏移量      */    Elf32_Word          e_flags;                    /*保存着相关文件的处理器标志         */    Elf32_Half          e_ehsize;                   /*保存着ELF头大小                  */    Elf32_Half          e_phentsize;                /*一个程序头的大小                  */    Elf32_Half          e_phnum;                    /*程序头表的个数                    */    Elf32_Half          e_shentsize;                /*一个段节头的大小                  */    Elf32_Half          e_shnum;                    /*段节头表中的段节头数目             */    Elf32_Half          e_shstrndx;                 /*段节名字符表相关入口的段节头表索引   */} Elf32_Ehdr;

2.2.2 ELF文件头校验

SylixOS中使用insmod命令或modulereg命令加载内核模块时，首先会读取ELF文件的文件头，并校验ELF文件头的有效性。

在SylixOS中，ELF文件头的e_ident数值应固定为0x7f、‘E’、‘L’、‘F’四个字节；e_machine会根据arm、PowerPC、x86等不同架构为不同数值，以此来区分该ELF文件是否是架构适配的文件。

2.2.3 获取内核模块版本

SylixOS的ELF文件中都包含有“__sylixos_version”符号，该符号数值为一个字符串，字符串的内容为ELF内核模块版本。SylixOS将该版本与内核版本进行比较，确定ELF文件与SylixOS版本是否兼容。

2.3 ELF文件加载

SylixOS会根据ELF文件头中的e_type数值对ELF文件进行不同种类的加载操作。ET_REL为可重定位文件，内核模块属于可重定位文件；ET_EXEC和ET_DYN为可执行文件，应用程序、动态库属于可执行文件。

根据e_shentsize和s_shnum可以计算出整个ELF段节头表的大小，根据e_shoff可以获取ELF段节头表的偏移地址，由此将整个段节头表读入内存。

根据每个段节头表中的每个段节头的信息可以获取每个段的类型、大小、存储地址，由此将每个段的内容读入内存。

2.3.1 段节头

段节头表中的每一个段节头都有如下所示的结构。

typedef struct {    Elf32_Word      sh_name;                        /* 段名称，值为段头字符表的索引   */    Elf32_Word      sh_type;                        /* 段类型                     */    Elf32_Word      sh_flags;                       /* 段属性                     */    Elf32_Addr      sh_addr;                        /* 段在内存中的位置             */    Elf32_Off       sh_offset;                      /* 段字节偏移量(从文件开始计数)   */    Elf32_Word      sh_size;                        /* 段的字节大小                 */    Elf32_Word      sh_link;                        /* 段报头表的索引连接            */    Elf32_Word      sh_info;                        /* 保存额外信息                 */    Elf32_Word      sh_addralign;                   /* 段地址对齐的约束              */    Elf32_Word      sh_entsize;                     /* 段中每个入口的字节大小         */} Elf32_Shdr;

2.3.2 加载各个段

首先为符号表、重定位段、字符串表申请内存，然后将这些段读入内存。

符号表的sh_type为SHT_SYMTAB，重定位节的sh_type为SHT_RELA（带加数的重定位项）和SHT_REL（不带加数的重定位项），字符串表的sh_type为SHT_STRTAB。

其次为数据段、代码段申请内存，并将数据段和代码段读入内存。

2.3.3 重定位操作

在处理目标文件时，链接器会遍历所有的重定位条目，碰到外部引用时，链接器会找到外部引用函数的确切地址，并且把它写回到指令操作数所占用的地址单元。像这样的操作，称之为重定位操作。对于每个需要重定位的代码段或数据段，都会有一个相应的重定位表。

SylixOS加载内核模块时，会对重定位节进行重定位处理，本文对重定位暂不做具体分析。

2.4 导出符号表

2.4.1 符号表

typedef struct elf32_sym {   Elf32_Word          st_name;                        /* 符号名                        */   Elf32_Addr          st_value;                       /* 符号相应的值                   */   Elf32_Word          st_size;                        /* 符号占用的字节大小              */       unsigned char       st_info;                        /* 符号类型和绑定信息              */       unsigned char       st_other;                       /* 目前为0                       */   Elf32_Half          st_shndx;                       /* 符号所在的段                   */} Elf32_Sym;