專利名稱：一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中加速加載elf文件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加載技術(shù)，尤其是在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中加速加載ELF文件的技術(shù)。
技術(shù)背景近年來，隨著信息技術(shù)的進步， 一種信息的獲取技術(shù)--傳感技術(shù)，也得到了 迅速的發(fā)展，從上世紀末開始，現(xiàn)場總線技術(shù)開始應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)，人們用 其組建智能化傳感器網(wǎng)絡(luò)，大量多功能傳感器被運用，近些年無線技術(shù)的進步， 人們將其運用在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，形成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)是新一代的傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有廣泛的應(yīng)用前途。它不僅在工業(yè)、 農(nóng)業(yè)、軍事、環(huán)境、醫(yī)療等傳統(tǒng)領(lǐng)域具有巨大的運用空間，在家用，保健，交 通等新興領(lǐng)域也展示出非凡的應(yīng)用價值。無線傳感網(wǎng)絡(luò)存在自身的特點節(jié)點資源有限，數(shù)量大，分布廣，系統(tǒng)動態(tài) 性強。往往通過電池來供電，因此低功耗成為無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的一個重要的 特性。根據(jù)其特點無限傳感網(wǎng)絡(luò)在其部署之后，需要能夠動態(tài)更新其節(jié)點上程 序，此過程稱為重編程。現(xiàn)有的很多操作系統(tǒng)通過基于模塊加載的方式，來實 現(xiàn)重編程的功能。模塊采用ELF文件來實現(xiàn)，用于模塊的ELF文件通常為可重 定位類型的ELF文件。因為可以根據(jù)加載位置，來重定位文件中引用符號的地 址，此類型文件可以被加載到任意的地址，操作系統(tǒng)可以在運行時實現(xiàn)模塊的 動態(tài)的連接、重定位和加載。模塊可以通過網(wǎng)絡(luò)或者EEPROM來獲取，通過模 塊加載機制，可以很容易的實現(xiàn)軟件的更新?；诳芍囟ㄎ坏腅LF文件的模塊 加載的過程，主要通過兩個階段，首先是動態(tài)連接的過程，動態(tài)連接的本質(zhì)， 就是對ELF文件的進行重定位和符號解析，此過程需要一些模塊的相關(guān)信息來 完成模塊的動態(tài)鏈接，比如模塊引用符號的相關(guān)信息；第二個階段為加載過程， 把模塊的各個段加載到指定的內(nèi)存地址。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出了一種可以加速加載ELF文件的方案，并且可以有效的減少加 載時需要的模塊信息，從而達到低功耗的要求。本發(fā)明針對的是Micaz平臺，采用在基站預(yù)加載ELF文件的方案來實現(xiàn)模 塊的加速加載。其具體步驟如下1)解析需要加載的ELF文件，獲得模塊有關(guān)加載的信息，包括ELF文件中數(shù)據(jù)段和代碼段的大?。?) 基站向一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包的內(nèi)容為需申請內(nèi)存空間的大小， 包括為數(shù)據(jù)段申請的數(shù)據(jù)內(nèi)存和為代碼段申請的程序內(nèi)存；3) 節(jié)點根據(jù)步驟2)的信息，申請指定大小的數(shù)據(jù)內(nèi)存空間和程序內(nèi)存空 間，返回申請到的空間的地址，并將地址通過無線通信發(fā)送到基站；4) 根據(jù)步驟3)申請的地址，在基站上對ELF模塊進行連接和預(yù)加載，根 據(jù)申請到的內(nèi)存空間地址修正ELF文件中引用的符號的地址信息，使其指向正 確的地址；5) 提取ELF文件中的數(shù)據(jù)段和代碼段，將這兩個段的內(nèi)容通過無線通信發(fā) 送到節(jié)點；6) 節(jié)點上接受完數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)段加載到步驟3)中申請的數(shù)據(jù)內(nèi)存地址， 將代碼段寫入程序flash上申請到的地址，然后跳轉(zhuǎn)到代碼段的入口地址，執(zhí)行 代碼。所述的在基站上對ELF模塊進行連接和預(yù)加載，根據(jù)申請到的內(nèi)存的空間 地址，就可以修正ELF文件中與這些地址相關(guān)的符號的地址，使其指向?qū)⒁?節(jié)點上加載的正確的地址。所述的提取ELF文件中的數(shù)據(jù)段和代碼段，將這兩個段的內(nèi)容通過無線通 信發(fā)送到節(jié)點，因為ELF文件經(jīng)過在基站的預(yù)加載，其包含的地址信息都是正 確的，因此只需要傳送數(shù)據(jù)段和代碼段就可以了，而不必發(fā)送整個ELF文件。所述的節(jié)點上需要完成的加載過程只包括將數(shù)據(jù)段加載到步驟3)中申請的 數(shù)據(jù)內(nèi)存地址，將代碼段寫入程序flash上申請到的地址。本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有有益的效果是-首先可以減少數(shù)據(jù)的傳輸，因為預(yù)先在基站上完成了模塊的連接過程，因 此在傳輸模塊的過程中不需要傳送ELF文件的重定位信息和符號信息，其次在 節(jié)點端可以簡化模塊的加載過程，加速模塊加載過程，因為連接過程和預(yù)加載 過程由節(jié)點端轉(zhuǎn)移到了基站，基站發(fā)送的到節(jié)點的二進制鏡像已經(jīng)是修正好地 址的可執(zhí)行文件，因此在節(jié)點上只需要把鏡像寫入申請好的內(nèi)存位置就可以了， 省去了重定位的過程。


附圖是本發(fā)明方法的流程示意圖。
具體實施方式
基于AVR的體系結(jié)構(gòu)，編譯一個需要發(fā)布的模塊的代碼，生成可重定位的4ELF文件格式，通過avr-gcc的"-c"選項可以實現(xiàn)這一過程，如附圖所示1) 首先在基站段按照ELF的文件格式解析這個ELF文件，獲取此ELF 文件中數(shù)據(jù)段和代碼段的信息，其中數(shù)據(jù)段包括.data， .bss段，代碼段包括.text 段，信息主要包括這些段在文件中的位置偏移量，和這些段的大小，同時獲取 重定位段的信息，即".rela.text"段的信息，為后面的重定位過程做準備；2) 根據(jù)1)中獲取的數(shù)據(jù)段和代碼段的信息，向節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包，申請 內(nèi)存空間，數(shù)據(jù)包內(nèi)容為需要申請內(nèi)存的大小，Micaz屬于哈佛體系結(jié)構(gòu)，其數(shù) 據(jù)和指令時分開存儲的，所以數(shù)據(jù)包內(nèi)容需要包含數(shù)據(jù)內(nèi)存和程序內(nèi)存的大小。 在RAM中申請指定大小的內(nèi)存空間，這個大小為.data段和.bss段大小的總和， 在程序Flash上申請指定大小的程序內(nèi)存空間，這個大小為.text段的大小，將申 請到的空間的地址，通過無線通信，發(fā)送到基站；3) 節(jié)點端根據(jù)收到的數(shù)據(jù)包，為ELF文件申請內(nèi)存空間，在RAM中申 請指定大小的內(nèi)存空間，這個大小為.data段和.bss段大小的總和，在程序Flash 上申請指定大小的程序內(nèi)存空間，這個大小為.text段的大小，將申請到的空間 的地址，通過無線通信，發(fā)送到基站；4) 基站根據(jù)接收到的內(nèi)存地址，此內(nèi)存地址即為ELF文件的加載的內(nèi)存 位置，在基站段對ELF文件進行連接和預(yù)加載。這個過程主要是ELF文件的重 定位的一個過程，由于可重定位的ELF文件中，沒有加載地址的信息，所以其 中引用到的數(shù)據(jù)段和內(nèi)存段的一些符號，其地址信息都是空的，需要根據(jù)3)中 申請的內(nèi)存地址，把這些空的地址信息修正為正確的地址，根據(jù)l)中所得到的 重定位段的信息，重定位段是有重定位數(shù)據(jù)組成的，每條重定位信息，包括了 需要重定位的地址，與這條重定位關(guān)聯(lián)的符號的信息和重定位類型。根據(jù)重定 位信息，定位到文件需要重定位的地方，然后獲取重定位關(guān)聯(lián)的符號的信息， 找到這個符號需要加載的內(nèi)存地址，將此地址寫入，這樣這條指令中的地址信 息則是正確的地址信息了；5) 重定位完成后，提取鏈接后的ELF文件中的.data段，.bss段，.text 段，封裝成數(shù)據(jù)包，并發(fā)送到節(jié)點端；6) 節(jié)點接受數(shù)據(jù)包，并將.data和.bss的內(nèi)容寫到步驟3)中申請的RAM 地址，并將.bss段內(nèi)容初始化為O，將.text段內(nèi)容寫入步驟3)申請的程序Flash 地址，然后跳轉(zhuǎn)到.text的入口開始執(zhí)行此模塊。
權(quán)利要求
1. 一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中加速加載ELF文件的方法，其特征在于該方法的步驟如下1)解析需要加載的ELF文件，獲得模塊有關(guān)加載的信息，包括ELF文件中數(shù)據(jù)段和代碼段的大??；2)基站向一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包的內(nèi)容為需申請內(nèi)存空間的大小，包括為數(shù)據(jù)段申請的數(shù)據(jù)內(nèi)存和為代碼段申請的程序內(nèi)存；3)節(jié)點根據(jù)步驟2)的信息，申請指定大小的數(shù)據(jù)內(nèi)存空間和程序內(nèi)存空間，返回申請到的空間的地址，并將地址通過無線通信發(fā)送到基站；4)根據(jù)步驟3)申請的地址，在基站上對ELF模塊進行連接和預(yù)加載，根據(jù)申請到的內(nèi)存空間地址修正ELF文件中引用的符號的地址信息，使其指向正確的地址；5)提取ELF文件中的數(shù)據(jù)段和代碼段，將這兩個段的內(nèi)容通過無線通信發(fā)送到節(jié)點；6)節(jié)點上接受完數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)段加載到步驟3)中申請的數(shù)據(jù)內(nèi)存地址，將代碼段寫入程序flash上申請到的地址，然后跳轉(zhuǎn)到代碼段的入口地址，執(zhí)行代碼。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中加速加載ELF文件的方法， 其特征在于所述的在基站上對ELF模塊進行連接和預(yù)加載，根據(jù)申請到的內(nèi) 存的空間地址，就可以修正ELF文件中與這些地址相關(guān)的符號的地址，使其指 向?qū)⒁诠?jié)點上加載的正確的地址。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中加速加載ELF文件的方法， 其特征在于所述的提取ELF文件中的數(shù)據(jù)段和代碼段，將這兩個段的內(nèi)容通 過無線通信發(fā)送到節(jié)點，因為ELF文件經(jīng)過在基站的預(yù)加載，其包含的地址信 息都是正確的，因此只需要傳送數(shù)據(jù)段和代碼段就可以了，而不必發(fā)送整個ELF 文件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中加速加載ELF文件的方法， 其特征在于所述的節(jié)點上需要完成的加載過程只包括將數(shù)據(jù)段加載到步驟3) 中申請
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中加速加載ELF文件的方法。本發(fā)明方法通過預(yù)先獲得節(jié)點端的內(nèi)存地址信息，在基站上預(yù)加載ELF文件，并修正文件中所引用的符號的地址信息，因此可以減少數(shù)據(jù)的傳輸，因為預(yù)先在基站上完成了模塊的連接過程，因此在傳輸模塊的過程中不需要傳送ELF文件的重定位信息和符號信息，其次在節(jié)點端可以簡化模塊的加載過程，加速模塊加載過程，因為連接過程和預(yù)加載過程由節(jié)點端轉(zhuǎn)移到了基站，基站發(fā)送的到節(jié)點的二進制鏡像已經(jīng)是修正好地址的可執(zhí)行文件，因此在節(jié)點上只需要把鏡像寫入申請好的內(nèi)存位置就可以了，省去了重定位的過程。
文檔編號H04Q7/22GK101277265SQ20081006157
公開日2008年10月1日 申請日期2008年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月7日
發(fā)明者卜佳俊, 孟碩培, 瑋 董, 純 陳 申請人:浙江大學(xué)