基于A(yíng)RM和SD卡的嵌入式文件系統研究與設計

SD卡操作函數接口層

本層目的是為FAT16文件系統層提供所需的SD卡操作函數，主要包括：SD_Initialize()-初始化SD卡；SD_GetCardInfo()-獲得SD卡信息；SD_CalTimeout()-計算讀/寫(xiě)/擦超時(shí)時(shí)間；SD_ReadBlock()-讀單塊數據；SD_ReadMultiBlock()-讀多個(gè)塊數據；SD_WriteBlock()-向SD卡中寫(xiě)入一個(gè)塊；SD_Write MultiBlock()-向SD卡寫(xiě)入多塊數據；SD_EraseBlock()-擦除SD卡中的塊。以單塊數據寫(xiě)為例說(shuō)明，當SD卡接收到單塊寫(xiě)命令CMD24后，卡將發(fā)送給主機一個(gè)應答令牌，并且等待主機發(fā)送一個(gè)發(fā)送數據塊來(lái)，當應答R1為0時(shí)，說(shuō)明可以發(fā)送數據，塊大小設置為512字節，卡對每個(gè)數據塊返回1字節長(cháng)的應答令牌，當其低5位為00101時(shí)，數據塊被正確寫(xiě)入SD卡。數據塊之后附有CRC校驗，如果校驗失敗，則所傳輸的數據會(huì )被丟掉，數據傳輸被終止。

FAT16文件系統層

文件系統層向應用層提供了對文件和目錄進(jìn)行操作的API接口函數。要使寫(xiě)入SD卡的數據在裝有Windows或Linux操作系統的上位機中得到正確訪(fǎng)問(wèn)，需要在SD卡上創(chuàng )建它們支持的文件系統，考慮到文件系統在嵌入式設備上實(shí)現的方便性和SD卡的應用規模，選擇了建立FAT16文件系統。

FAT16文件系統的結構

文件系統由4部分組成：系統記錄區(System Record Region)，FAT表區(FAT Region)，文件登記表區(File Register Table Region)，數據區(Data Region)。

1. 系統記錄區通常包含4塊內容：BIOS參數記錄塊BPB(BIOS Parameter Block)，磁盤(pán)標志記錄表，分區引導記錄代碼區和結束標志0x55AA。BPB表從扇區字節位移0x0b開(kāi)始,占25字節。

2. FAT16的文件系統中有兩份完全相同的文件分配表FAT1和FAT2，每份FAT表占用空間的大小可從BPB表中查得。文件在磁盤(pán)上以簇為單位存儲,但是同一個(gè)文件的數據并不一定完整地存放在磁盤(pán)的一個(gè)連續的區域內，往往會(huì )分成若干簇，FAT表就是記錄文件存儲中簇與簇之間連接信息的，這就是文件的鏈式存儲。FAT16文件系統采用16位字長(cháng)的分配表，最多可以管理216個(gè)基本存儲單元。

3. 文件目錄表FDT固定占32個(gè)扇區，每個(gè)扇區可以容納16個(gè)登記項，每個(gè)登記項長(cháng)32字節，記錄了每個(gè)文件的代號、長(cháng)度、屬性、目錄、生成和最后修改的時(shí)間以及文件的存儲鏈在文件分配表中的入口。

4. 數據區用來(lái)存放文件數據，占用大部分磁盤(pán)空間，本系統定義其1塊為512字節。

FAT16文件系統的實(shí)現

FAT16文件系統向應用層提供的接口有：FormatFAT16()，將卡格式化為FAT16文件系統格式；FreeCluster()，查找自由簇；CreateFile()，創(chuàng )建文件；OpenFile()，打開(kāi)文件；WriteFile()，寫(xiě)文件；ReadFile()，讀文件；CloseFile()，關(guān)閉打開(kāi)文件；DelFile()，刪除文件。其中創(chuàng )建、讀寫(xiě)和刪除文件是應用程序使用的主要函數接口，下面對其詳細介紹。

1.文件的創(chuàng )建
在SD卡上創(chuàng )建文件或目錄的過(guò)程就是在文件目錄表FDT中申請登記項的過(guò)程，流程圖如圖4所示。登記項中包括文件名、文件長(cháng)度和起始簇號等內容。

2.文件的讀/寫(xiě)
SD卡上文件都是以簇為單位存取的。讀SD卡上的文件，首先要根據文件名查找到該文件的目錄登記項，根據目錄登記項中的起始簇號既可找到文件在數據區中第1簇的內容，又可在FAT表中找到第2個(gè)簇號，根據第2個(gè)簇號又能找到第2簇的內容和FAT 表中的第3個(gè)簇號，以此類(lèi)推，可讀取到全部文件數據。向SD卡寫(xiě)文件，要保證FAT1和FAT2中內容的一致性，即對兩塊都要進(jìn)行同樣的寫(xiě)操作。

3.文件的刪除
刪除文件時(shí)，不涉及數據區的操作，只須在文件的目錄登記項上作一個(gè)刪除標記，并把文件在FAT表中所占用的簇標記為“空簇”。

應用程序層

該層直接使用文件系統層的接口A(yíng)PI函數完成對檢測到數據的操作，而不需要考慮使用函數的細節問(wèn)題以及底層硬件的相關(guān)問(wèn)題。

結語(yǔ)

本設計作為汽車(chē)性能記錄議的數據存儲部分，采用大容量、小體積、性?xún)r(jià)比高的存儲介質(zhì)SD卡來(lái)存儲長(cháng)時(shí)間段的檢測數據，裁減了FAT16實(shí)現了嵌入式文件系統，上位機可方便的對記錄數據進(jìn)行綜合分析和備份。該嵌入式文件系統的分層結構使得只需對底層驅動(dòng)進(jìn)行簡(jiǎn)單修改就可移植到CF卡、閃存等其它的存儲介質(zhì)上?！?p>