| 1 | /** | 
|---|
| 2 | * \file    : boot_elf_loader.c | 
|---|
| 3 | * \date    : August 2012 | 
|---|
| 4 | * \author  : Cesar Fuguet | 
|---|
| 5 | * | 
|---|
| 6 | * This file defines an elf file loader which reads an executable elf file | 
|---|
| 7 | * starting at a sector passed as argument of a disk and copy the different | 
|---|
| 8 | * ELF program segments in the appropriate memory address using as information | 
|---|
| 9 | * the virtual address read from the elf file. | 
|---|
| 10 | */ | 
|---|
| 11 |  | 
|---|
| 12 | #include <boot_ioc.h> | 
|---|
| 13 | #include <elf-types.h> | 
|---|
| 14 | #include <boot_tty.h> | 
|---|
| 15 | #include <boot_utils.h> | 
|---|
| 16 | #include <defs.h> | 
|---|
| 17 |  | 
|---|
| 18 | #if (BOOT_DEBUG == 1) | 
|---|
| 19 | static char const * const init_state_str[] = { | 
|---|
| 20 | "ELF_HEADER_STATE", | 
|---|
| 21 | "ELF_PROGRAM_HEADER_STATE", | 
|---|
| 22 | "ELF_OFFSET_STATE", | 
|---|
| 23 | "ELF_SEGMENT_STATE", | 
|---|
| 24 | "ELF_END_STATE" | 
|---|
| 25 | }; | 
|---|
| 26 | #endif | 
|---|
| 27 |  | 
|---|
| 28 | unsigned char boot_elf_loader_buffer[512] __attribute__((aligned(CACHE_LINE_SIZE))); | 
|---|
| 29 |  | 
|---|
| 30 | void * boot_elf_loader(unsigned int lba) | 
|---|
| 31 | { | 
|---|
| 32 | /* | 
|---|
| 33 | * Temporary variables used by the boot loader | 
|---|
| 34 | */ | 
|---|
| 35 | Elf32_Ehdr      elf_header; | 
|---|
| 36 | Elf32_Phdr      elf_pht[PHDR_ARRAY_SIZE]; | 
|---|
| 37 |  | 
|---|
| 38 | unsigned char * buffer_ptr; | 
|---|
| 39 | Elf32_Ehdr    * elf_ehdr_ptr; | 
|---|
| 40 | Elf32_Phdr    * elf_phdr_ptr; | 
|---|
| 41 |  | 
|---|
| 42 | unsigned int nb_available; | 
|---|
| 43 | unsigned int nb_rest; | 
|---|
| 44 | unsigned int nb_read; | 
|---|
| 45 | unsigned int nb_block; | 
|---|
| 46 | unsigned int offset; | 
|---|
| 47 |  | 
|---|
| 48 | unsigned char * pseg_ptr; | 
|---|
| 49 | unsigned int pseg_start; | 
|---|
| 50 | unsigned int pseg_end; | 
|---|
| 51 | unsigned int pseg_remainder; | 
|---|
| 52 | unsigned int pseg; | 
|---|
| 53 |  | 
|---|
| 54 | /* | 
|---|
| 55 | * Loader state machine definition | 
|---|
| 56 | */ | 
|---|
| 57 | typedef enum | 
|---|
| 58 | { | 
|---|
| 59 | ELF_HEADER_STATE, | 
|---|
| 60 | ELF_PROGRAM_HEADER_STATE, | 
|---|
| 61 | ELF_OFFSET_STATE, | 
|---|
| 62 | ELF_SEGMENT_STATE, | 
|---|
| 63 | ELF_END_STATE | 
|---|
| 64 | } elf_loader_t; | 
|---|
| 65 |  | 
|---|
| 66 | elf_loader_t init_state; | 
|---|
| 67 | init_state = ELF_HEADER_STATE; | 
|---|
| 68 |  | 
|---|
| 69 | #if (BOOT_DEBUG == 1) | 
|---|
| 70 | elf_loader_t init_state_debug; | 
|---|
| 71 | init_state_debug = ELF_END_STATE; | 
|---|
| 72 | #endif | 
|---|
| 73 |  | 
|---|
| 74 | boot_puts("Starting boot_elf_loader function...\n\r"); | 
|---|
| 75 |  | 
|---|
| 76 | nb_block     = lba; | 
|---|
| 77 | nb_available = 0; | 
|---|
| 78 | nb_rest      = sizeof(Elf32_Ehdr); | 
|---|
| 79 | pseg         = 0; | 
|---|
| 80 | offset       = 0; | 
|---|
| 81 | elf_ehdr_ptr = (Elf32_Ehdr *) &elf_header; | 
|---|
| 82 | elf_phdr_ptr = (Elf32_Phdr *) &elf_pht[0]; | 
|---|
| 83 |  | 
|---|
| 84 | while(init_state != ELF_END_STATE) | 
|---|
| 85 | { | 
|---|
| 86 | if (nb_available == 0 ) | 
|---|
| 87 | { | 
|---|
| 88 | buffer_ptr = &boot_elf_loader_buffer[0]; | 
|---|
| 89 |  | 
|---|
| 90 | if (boot_ioc_read(nb_block , buffer_ptr, 1)) | 
|---|
| 91 | { | 
|---|
| 92 | boot_puts ( | 
|---|
| 93 | "ERROR: " | 
|---|
| 94 | "boot_ioc_read() failed" | 
|---|
| 95 | "\n" | 
|---|
| 96 | ); | 
|---|
| 97 |  | 
|---|
| 98 | boot_exit(); | 
|---|
| 99 | } | 
|---|
| 100 |  | 
|---|
| 101 | nb_block    += 1; | 
|---|
| 102 | nb_available = 512; | 
|---|
| 103 | } | 
|---|
| 104 |  | 
|---|
| 105 | nb_read  = (nb_rest <= nb_available) ? nb_rest : nb_available; | 
|---|
| 106 | offset  +=  nb_read; | 
|---|
| 107 |  | 
|---|
| 108 | #if (BOOT_DEBUG == 1) | 
|---|
| 109 | if (init_state != init_state_debug) | 
|---|
| 110 | { | 
|---|
| 111 | boot_puts("\ninit_state = "); | 
|---|
| 112 | boot_puts(init_state_str[init_state]); | 
|---|
| 113 | boot_puts("\n"); | 
|---|
| 114 | init_state_debug = init_state; | 
|---|
| 115 | } | 
|---|
| 116 | #endif | 
|---|
| 117 |  | 
|---|
| 118 | switch(init_state) | 
|---|
| 119 | { | 
|---|
| 120 | /* | 
|---|
| 121 | * Reading ELF executable header | 
|---|
| 122 | */ | 
|---|
| 123 | case ELF_HEADER_STATE: | 
|---|
| 124 | memcpy(elf_ehdr_ptr, buffer_ptr, nb_read); | 
|---|
| 125 |  | 
|---|
| 126 | nb_rest -= nb_read; | 
|---|
| 127 |  | 
|---|
| 128 | if(nb_rest == 0) | 
|---|
| 129 | { | 
|---|
| 130 | nb_rest = elf_ehdr_ptr->e_phnum * elf_ehdr_ptr->e_phentsize; | 
|---|
| 131 |  | 
|---|
| 132 | /* | 
|---|
| 133 | * Verification of ELF Magic Number | 
|---|
| 134 | */ | 
|---|
| 135 | if ( (elf_ehdr_ptr->e_ident[EI_MAG0] != ELFMAG0) || | 
|---|
| 136 | (elf_ehdr_ptr->e_ident[EI_MAG1] != ELFMAG1) || | 
|---|
| 137 | (elf_ehdr_ptr->e_ident[EI_MAG2] != ELFMAG2) || | 
|---|
| 138 | (elf_ehdr_ptr->e_ident[EI_MAG3] != ELFMAG3) ) | 
|---|
| 139 | { | 
|---|
| 140 | boot_puts( | 
|---|
| 141 | "ERROR: " | 
|---|
| 142 | "Input file does not use ELF format" | 
|---|
| 143 | "\n" | 
|---|
| 144 | ); | 
|---|
| 145 |  | 
|---|
| 146 | boot_exit(); | 
|---|
| 147 | } | 
|---|
| 148 |  | 
|---|
| 149 | /* | 
|---|
| 150 | * Verification of Program Headers table size. It must be | 
|---|
| 151 | * smaller than the work size allocated for the | 
|---|
| 152 | * elf_pht[PHDR_ARRAY_SIZE] array | 
|---|
| 153 | */ | 
|---|
| 154 | if (elf_ehdr_ptr->e_phnum > PHDR_ARRAY_SIZE) | 
|---|
| 155 | { | 
|---|
| 156 | boot_puts( | 
|---|
| 157 | "ERROR: " | 
|---|
| 158 | "ELF PHDR table size is bigger than the allocated" | 
|---|
| 159 | "work space" | 
|---|
| 160 | "\n" | 
|---|
| 161 | ); | 
|---|
| 162 |  | 
|---|
| 163 | boot_exit(); | 
|---|
| 164 | } | 
|---|
| 165 |  | 
|---|
| 166 | init_state = ELF_PROGRAM_HEADER_STATE; | 
|---|
| 167 | } | 
|---|
| 168 |  | 
|---|
| 169 | break; | 
|---|
| 170 |  | 
|---|
| 171 | /* | 
|---|
| 172 | * Reading ELF program headers | 
|---|
| 173 | */ | 
|---|
| 174 | case ELF_PROGRAM_HEADER_STATE: | 
|---|
| 175 | memcpy(elf_phdr_ptr, buffer_ptr, nb_read); | 
|---|
| 176 |  | 
|---|
| 177 | elf_phdr_ptr = | 
|---|
| 178 | (Elf32_Phdr *)((unsigned char *) elf_phdr_ptr + nb_read); | 
|---|
| 179 |  | 
|---|
| 180 | nb_rest -= nb_read; | 
|---|
| 181 |  | 
|---|
| 182 | if(nb_rest == 0) | 
|---|
| 183 | { | 
|---|
| 184 | elf_phdr_ptr = (Elf32_Phdr *) &elf_pht[0]; | 
|---|
| 185 |  | 
|---|
| 186 | /* | 
|---|
| 187 | * Search the first not NULL segment in the ELF file | 
|---|
| 188 | */ | 
|---|
| 189 | for (pseg = 0; pseg < elf_ehdr_ptr->e_phnum; pseg++) | 
|---|
| 190 | { | 
|---|
| 191 | if(elf_phdr_ptr[pseg].p_type == PT_LOAD) | 
|---|
| 192 | { | 
|---|
| 193 | #if (BOOT_DEBUG == 1) | 
|---|
| 194 | boot_puts("loadable segment found:\n"); | 
|---|
| 195 | boot_print_elf_phdr(&elf_phdr_ptr[pseg]); | 
|---|
| 196 | #endif | 
|---|
| 197 | if (elf_phdr_ptr[pseg].p_offset < offset) | 
|---|
| 198 | { | 
|---|
| 199 | /* | 
|---|
| 200 | * Case where the segment to load includes the | 
|---|
| 201 | * elf and program headers | 
|---|
| 202 | */ | 
|---|
| 203 | nb_rest = elf_phdr_ptr[pseg].p_filesz - offset; | 
|---|
| 204 | init_state = ELF_SEGMENT_STATE; | 
|---|
| 205 | } | 
|---|
| 206 | else | 
|---|
| 207 | { | 
|---|
| 208 | /* | 
|---|
| 209 | * Segment to load is further away in ELF file | 
|---|
| 210 | */ | 
|---|
| 211 | nb_rest = elf_phdr_ptr[pseg].p_offset - offset; | 
|---|
| 212 | init_state = ELF_OFFSET_STATE; | 
|---|
| 213 | } | 
|---|
| 214 | break; | 
|---|
| 215 | } | 
|---|
| 216 | } | 
|---|
| 217 |  | 
|---|
| 218 | if (pseg == elf_ehdr_ptr->e_phnum) | 
|---|
| 219 | { | 
|---|
| 220 | boot_puts( | 
|---|
| 221 | "ERROR: " | 
|---|
| 222 | "No PT_LOAD found" | 
|---|
| 223 | "\n" | 
|---|
| 224 | ); | 
|---|
| 225 | boot_exit(); | 
|---|
| 226 | } | 
|---|
| 227 |  | 
|---|
| 228 | } | 
|---|
| 229 |  | 
|---|
| 230 | break; | 
|---|
| 231 |  | 
|---|
| 232 | /* | 
|---|
| 233 | * Go to the offset of the first not null program segment in the | 
|---|
| 234 | * ELF file | 
|---|
| 235 | * | 
|---|
| 236 | * TODO: | 
|---|
| 237 | * No need to read from the disk the useless bytes. Try to compute | 
|---|
| 238 | * the next usefull lba | 
|---|
| 239 | */ | 
|---|
| 240 | case ELF_OFFSET_STATE: | 
|---|
| 241 | nb_rest -= nb_read; | 
|---|
| 242 |  | 
|---|
| 243 | if (nb_rest == 0) | 
|---|
| 244 | { | 
|---|
| 245 | nb_rest    = elf_phdr_ptr[pseg].p_filesz; | 
|---|
| 246 | init_state = ELF_SEGMENT_STATE; | 
|---|
| 247 | } | 
|---|
| 248 |  | 
|---|
| 249 | break; | 
|---|
| 250 |  | 
|---|
| 251 | /* | 
|---|
| 252 | * Reading ELF segments | 
|---|
| 253 | * | 
|---|
| 254 | * TODO: | 
|---|
| 255 | * Do not pass by block buffer but write directly in target memory | 
|---|
| 256 | * address | 
|---|
| 257 | */ | 
|---|
| 258 | case ELF_SEGMENT_STATE: | 
|---|
| 259 | /* | 
|---|
| 260 | * Verify that loadable segment does not conflict with | 
|---|
| 261 | * pre-loader memory space | 
|---|
| 262 | */ | 
|---|
| 263 | pseg_start = elf_phdr_ptr[pseg].p_vaddr; | 
|---|
| 264 |  | 
|---|
| 265 | pseg_end   = elf_phdr_ptr[pseg].p_vaddr + | 
|---|
| 266 | elf_phdr_ptr[pseg].p_memsz; | 
|---|
| 267 |  | 
|---|
| 268 | if ((pseg_start >= 0xBFC00000 && pseg_start <= 0xBFC10000) || | 
|---|
| 269 | (pseg_end   >= 0xBFC00000 && pseg_end   <= 0xBFC10000) || | 
|---|
| 270 | (pseg_start <  0xBFC00000 && pseg_end   >  0xBFC10000)) | 
|---|
| 271 | { | 
|---|
| 272 | boot_puts( | 
|---|
| 273 | "ERROR: " | 
|---|
| 274 | "Program segment conflits with pre-loader memory space" | 
|---|
| 275 | "\n" | 
|---|
| 276 | ); | 
|---|
| 277 | boot_exit(); | 
|---|
| 278 | } | 
|---|
| 279 |  | 
|---|
| 280 | /* | 
|---|
| 281 | * Copy the ELF segment data in memory using the | 
|---|
| 282 | * virtual address obtained from the ELF file | 
|---|
| 283 | */ | 
|---|
| 284 | pseg_ptr = (unsigned char *) | 
|---|
| 285 | elf_phdr_ptr[pseg].p_vaddr  + | 
|---|
| 286 | elf_phdr_ptr[pseg].p_filesz - | 
|---|
| 287 | nb_rest; | 
|---|
| 288 |  | 
|---|
| 289 | memcpy(pseg_ptr, buffer_ptr, nb_read); | 
|---|
| 290 |  | 
|---|
| 291 | nb_rest -= nb_read; | 
|---|
| 292 |  | 
|---|
| 293 | if (nb_rest == 0) | 
|---|
| 294 | { | 
|---|
| 295 | /* | 
|---|
| 296 | * Fill remaining bytes with zeros (filesz < memsz) | 
|---|
| 297 | */ | 
|---|
| 298 | pseg_remainder = | 
|---|
| 299 | elf_phdr_ptr[pseg].p_memsz  - | 
|---|
| 300 | elf_phdr_ptr[pseg].p_filesz ; | 
|---|
| 301 |  | 
|---|
| 302 | pseg_ptr = (unsigned char *) | 
|---|
| 303 | elf_phdr_ptr[pseg].p_vaddr  + | 
|---|
| 304 | elf_phdr_ptr[pseg].p_filesz ; | 
|---|
| 305 |  | 
|---|
| 306 | memset(pseg_ptr, 0, pseg_remainder); | 
|---|
| 307 |  | 
|---|
| 308 | boot_puts("Copied segment at address "); | 
|---|
| 309 | boot_putx(elf_phdr_ptr[pseg].p_vaddr); | 
|---|
| 310 | boot_puts("\n"); | 
|---|
| 311 |  | 
|---|
| 312 | /* | 
|---|
| 313 | * Search the next first not NULL segment in the ELF file | 
|---|
| 314 | */ | 
|---|
| 315 | for (pseg += 1; pseg < elf_ehdr_ptr->e_phnum; pseg++) | 
|---|
| 316 | { | 
|---|
| 317 | if(elf_phdr_ptr[pseg].p_type == PT_LOAD) | 
|---|
| 318 | { | 
|---|
| 319 | #if (BOOT_DEBUG == 1) | 
|---|
| 320 | boot_puts("loadable segment found:\n"); | 
|---|
| 321 | boot_print_elf_phdr(&elf_phdr_ptr[pseg]); | 
|---|
| 322 | #endif | 
|---|
| 323 | nb_rest = elf_phdr_ptr[pseg].p_offset - offset; | 
|---|
| 324 | break; | 
|---|
| 325 | } | 
|---|
| 326 | } | 
|---|
| 327 |  | 
|---|
| 328 | /* | 
|---|
| 329 | * Program loading finished | 
|---|
| 330 | */ | 
|---|
| 331 | if(pseg == elf_ehdr_ptr->e_phnum) | 
|---|
| 332 | { | 
|---|
| 333 | init_state = ELF_END_STATE; | 
|---|
| 334 | break; | 
|---|
| 335 | } | 
|---|
| 336 |  | 
|---|
| 337 | init_state = ELF_OFFSET_STATE; | 
|---|
| 338 | } | 
|---|
| 339 | break; | 
|---|
| 340 |  | 
|---|
| 341 | default: | 
|---|
| 342 | break; | 
|---|
| 343 | } | 
|---|
| 344 |  | 
|---|
| 345 | buffer_ptr   += nb_read; | 
|---|
| 346 | nb_available -= nb_read; | 
|---|
| 347 | } | 
|---|
| 348 |  | 
|---|
| 349 | boot_puts ( | 
|---|
| 350 | "Finishing boot_elf_loader function.\n" | 
|---|
| 351 | "Entry point address: " | 
|---|
| 352 | ); | 
|---|
| 353 |  | 
|---|
| 354 | boot_putx(elf_ehdr_ptr->e_entry); | 
|---|
| 355 | boot_puts("\n"); | 
|---|
| 356 |  | 
|---|
| 357 | return ((void *) elf_ehdr_ptr->e_entry); | 
|---|
| 358 | } | 
|---|
| 359 |  | 
|---|
| 360 | // vim: tabstop=4 : softtabstop=4 : shiftwidth=4 : expandtab | 
|---|