PE/COFF header of UEFI image

參考網站：
Microsoft pe-format
Wiki Portable_Executable
osdev COFF
XPE Viewer

UEFI image都是遵循微軟所定義的 PE/COFF格式，PE/COFF的格式可以參考維基百科的這張 圖：

CC BY 4.0, Link

使用 EDK2的 CpuDxe.efi來觀察一下：

可以看到一開始的 0x40個 Byte，是 DOS Header，起始的開頭為＂MZ＂(0x4D 0x5A)，在 EDK2 structure定義如下：

///

/// PE images can start with an optional DOS header, so if an image is run

/// under DOS it can print an error message.

///

typedef struct {

  UINT16    e_magic;    ///< Magic number.

  UINT16    e_cblp;     ///< Bytes on last page of file.

  UINT16    e_cp;       ///< Pages in file.

  UINT16    e_crlc;     ///< Relocations.

  UINT16    e_cparhdr;  ///< Size of header in paragraphs.

  UINT16    e_minalloc; ///< Minimum extra paragraphs needed.

  UINT16    e_maxalloc; ///< Maximum extra paragraphs needed.

  UINT16    e_ss;       ///< Initial (relative) SS value.

  UINT16    e_sp;       ///< Initial SP value.

  UINT16    e_csum;     ///< Checksum.

  UINT16    e_ip;       ///< Initial IP value.

  UINT16    e_cs;       ///< Initial (relative) CS value.

  UINT16    e_lfarlc;   ///< File address of relocation table.

  UINT16    e_ovno;     ///< Overlay number.

  UINT16    e_res[4];   ///< Reserved words.

  UINT16    e_oemid;    ///< OEM identifier (for e_oeminfo).

  UINT16    e_oeminfo;  ///< OEM information; e_oemid specific.

  UINT16    e_res2[10]; ///< Reserved words.

  UINT32    e_lfanew;   ///< File address of new exe header.

} EFI_IMAGE_DOS_HEADER;

而 0x3C則定義了PE Signature的位置，長度為 4 Bytes。以 CpuDxe.efi來說，是在 0x000000B8的位置。可從 0x000000B8的位置看到＂PE\0\0＂(0x50 0x45 0x00 0x00)的 PE Signature。

而從 0x40到 0xb7的這段空間稱為 DOS Stub，以前為了與 DOS相容而遺留下的產物，現在則直 接全部都填上 0x00。

在 PE Signature之後是 COFF File Header，在 EDK2中的定義如下：

///

/// COFF File Header (Object and Image).

///

typedef struct {

  UINT16    Machine;

  UINT16    NumberOfSections;

  UINT32    TimeDateStamp;

  UINT32    PointerToSymbolTable;

  UINT32    NumberOfSymbols;

  UINT16    SizeOfOptionalHeader;

  UINT16    Characteristics;

} EFI_IMAGE_FILE_HEADER;

COFF File Header長度為 20 Bytes，將其獨立拿出來看：

Offset	Size	Field	Value	Description
0	2	Machine	0x8664	代表 x64系統使用。
2	2	NumberOfSections	0x0006	Section Table 的數量。
4	4	TimeDateStamp	0x0
8	4	PointerToSymbolTable	0x0
12	4	NumberOfSymbols	0x0
16	2	SizeOfOptionalHeader	0x00F0	Optional Header的 size。
18	2	Characteristics	0x2022	IMAGE_FILE_EXECUTABLE_IMAGE + IMAGE_FILE_LARGE_ADDRESS_AWARE + IMAGE_FILE_DLL

緊接下來則是 Optional Header，其長度可以從 COFF File Header得知為 0xF0。

其分成 3個部分，Standard Fields、Windows Specific Fields和 Data Directories。

Standard Fields

Offset	Size	Field	Value	Description
0	2	Magic	0x020B	PE32+格式。
2	1	MajorLinkerVersion	0x0E
3	1	MinorLinkerVersion	0x1D
4	4	SizeOfCode	0x0000BAE0	code section的 size。
8	4	SizeOfInitializedData	0x00001AE0	initialized data section的 size。
12	4	SizeOfUninitializedData	0x0	uninitialized data section的 size。
16	4	AddressOfEntryPoint	0x00001268	entry point對ImageBase的相對位址。
20	4	BaseOfCode	0x000002C0	code section對ImageBase的相對位址。

Windows Specific Fields (PE32+)

Offset	Size	Field	Value	Description
24	8	ImageBase	0x0
32	4	SectionAlignment	0x00000020	section在記憶體中為 32 Bytes alignment。
36	4	FileAlignment	0x00000020	section中的raw data為 32 Bytes alignment。
40	2	MajorOperatingSystemVersion	0x0
42	2	MinorOperatingSystemVersion	0x0
44	2	MajorImageVersion	0x0
46	2	MinorImageVersion	0x0
48	2	MajorSubsystemVersion	0x0
50	2	MinorSubsystemVersion	0x0
52	4	Win32VersionValue	0x0
56	4	SizeOfImage	0x0000DC40	Image的 size，包含所有 headers。 CpuDxe.efi的 size就是0xDC40。
60	4	SizeOfHeaders	0x000002C0	DOS stub、PE Header和 section headers的 size總和。
64	4	CheckSum	0x0
68	2	Subsystem	0x000B	代表為 IMAGE_SUBSYSTEM_EFI_BOOT_SERVICE_ DRIVER。
70	2	DLL Characteristics	0x0
72	8	SizeOfStackReserve	0x0
80	8	SizeOfStackCommit	0x0
88	8	SizeOfHeapReserve	0x0
96	8	SizeOfHeapCommit	0x0
104	4	LoaderFlags	0x0
108	4	NumberOfRvaAndSizes	0x00000010	Data Directories的數量。

Data Directories (PE32+)

Offset	Size	Field	Value	Description
112	8	Export Table	0x0
120	8	Import Table	0x0
128	8	Resource Table	0x0
136	8	Exception Table	0x0
144	8	Certificate Table	0x0
152	8	Base Relocation Table	0x0000DBC0
160	8	Debug	0x0
168	8	Architecture	0x0
176	8	Global Ptr	0x0
184	8	TLS Table	0x0
192	8	Load Config Table	0x0
200	8	Bound Import	0x0
208	8	IAT	0x0
216	8	Delay Import Descriptor	0x0
224	8	CLR Runtime Header	0x0
232	8	Reserved	0x0

Optional Header的下個部份則為 Section Headers，其數量可以從 COFF File Header的
NumberOfSections讀出。

Section Header

Offset	Size	Field	Description
0	8	Name	8 Bytes的 ASCII字串，代表此 section的名字。
8	4	VirtualSize	此section在記憶體中的 size，如果大於 SizeOfRawData 則後面會填上 0x0。
12	4	VirtualAddress	此 section在記憶體中相對於 ImageBase的起始位址。
16	4	SizeOfRawData	initialized date的 size。
20	4	PointerToRawData	section raw data的 offset。
24	4	PointerToRelocations	Relocation table的 offset。
28	4	PointerToLinenumbers	Line Number table的 offset。
32	2	NumberOfRelocations	Relocatione table的數量。
34	2	NumberOfLinenumbers	Line Number table的數量。
36	4	Characteristics	32 Bits flag。

CpuDxe.efi可以使用 xpeviewer讀出 6個 sections：

Section Name	Content
.text	Executable code
.rodata	Read-only initialized data
.data	Initialized data
.xdata	Exception information
.reloc	Image relocations