基于μcosII的嵌入式文件系统的设计与实现

　　1  前言

　　近年来随着数码相机、扫描仪、摄像手机等数码设备的兴起，数字照片成为人们生活中不可缺少的一部分。数码相框作为一种新兴的显示媒介，以它大容量的存储相片的能力，良好的显示效果和多样的功能正越来越迅速的走进千家万户。

　　随着国家广电总局推行电视数字化的进程，数字电视全面铺开。本项目的开发正是基于这两种考虑，开发了一种将数码相框和数字电视相融合的产品。

　　在这个产品的开发过程中，一个关键性的问题就是为MB86H20B数字电视平台扩展外部存储的功能。本文中提到的基于μcosII的嵌入式文件系统的解决方案较好的解决了这一问题。

　　2  嵌入式文件系统硬件连接图

　　ISP1160与MB86H20B（简称20B）之间的硬件连接图如图1，ISP的异步传输端口与20B上的UPI（Universal Peripheral InteRFace）接口相连，这是一种可以配置模式和时序的接口。在此采用了IDE模式，按照ISP1160的时序要求对其进行了配置。ISP1160在20B上仅仅映射2个IO地址，一个为数据端口，一个为命令端口，由A0的高低电平区分[3]。

图1  Decoder与USB Host Controller连接原理图

　　ISP1160上的INT引脚连接到20B外部中断引脚IRQ1。当中断发生时，20B进入中断服务程序，读取ISP1160状态寄存器。这就构成了ISP1160到20B的数据反馈通路。

　　3  在U盘上构建FAT32文件系统

　　FAT32文件系统由三部分构成， 这三部分在逻辑盘上的结构如图2[1]所示。

图2  FAT32文件系统结构示意图

　　DBR（DOS Boot Record）包含BIOS参数块和DOS引导程序。在BIOS参数块中包含了每簇扇区数，保留扇区数，隐含扇区数，每FAT扇区数，根目录FDT在DATA区的起始位置等重要信息。

　　DATA区是从U盘根目录FDT（FAT Directory Table）开始的，在根目录下用户可以再创建不同的子目录或文件，根目录以及各个子目录都有自己的FDT ，FDT 定义了文件名、文件大小以及文件存放的起始簇号。通过各子目录和文件的FDT构成的树形文件索引结构完成对文件的定位。

　　物理设备的最小存储单位是Sector（扇区），在DATA区中最小的存储单位是Cluster（簇），在U盘的flash上一般由8个Section构成一个Cluster。

　　由于一个文件往往在DATA区上占用多个簇，FAT32文件系统采用簇链的方式索引一个文件所占用的簇链。FAT（File Allocate Table）记录了DATA区哪些簇被使用，当前簇的后继簇簇号[1]。 

　　4  FAT文件系统的实现

　　本文件系统的实现，可以分为USB协议栈和FAT32文件系统为主的四大部分[4]。层次结构关系如图3所示。

图3  软件结构模型

　　4.1  协议层的实现

　　大容量类设备都可能使用 RBC、SFF-8020i/MMC-2、QIC-157、UFI、SFF-8070i和 SCSI 等 6个命令集。严格来说，大容量类主机端的驱动都应全部支持以上指令集，但实际上常见的大容量设备都使用 SCSI 和 UFI 指令集。SCSI 和 UFI 指令集中常用的命令在大容量类协议中都可兼容。

　　U盘的整个文件系统在主机软件的协议层抽象为UFI（USB Floppy Interface）设备，通过含有UFI指令的命令块（Command Block）与U盘通信[5]。这层完成的功能有将文件系统中的操作翻译为UFI指令，UFI指令打包成命令块及其对应的逆向操作。

表1  传输层API函数实现

　　4.2  传输层的实现

　　传输处理层用于处理命令块，包括主机传输命令块到大容量类设备、主机与大容量设备之间的数据传输和主机接收命令块处理状态。大容量类设备传输协议分为Bulk-Only协议和 CBI-Only协议。该层为命令层提供了命令块处理函数的统一接口，使命令层不需理会当前大容量类设备的传输协议。

　　传输层接收由协议层包装好的命令块，根据已注册的Mass Storage Class设备的信息，采用单批量（Bulk Only）传输模式从批量输出端点（Bulk Data Out Endpoint）传输出去。类似，也可以从批量输入端点（Bulk Data In Endpoint）接收数据，向上传递到协议层解析。