基于FAT32文件系统嵌入式软件的实现

　　引言

　　近几年来，随着闪烁存储技术的进步，由于Flash闪烁存储体系具有容量大和功耗低等优点，被广泛用于数码相机、媒体播放器和PDA等各种数码产品中。当前各种流行的嵌入式操作系统虽然功能完备，但在许多具体的应用中，仍需要编写特定的系统控制软件。数码产品中一个必要的软件模块就是对一种或多种文件系统的支持。FAT32文件系统被Windows和Linux等当前流行的PC操作系统广泛支持，这也是许多数码产品选择FAT32的原因。本文介绍了FAT32文件系统结构和基于DSP TMS320LF2407A为硬件平台支持 FAT32文件系统结构的嵌入式软件实现。

　　FAT32文件系统结构简介

　　单FAT32分区的磁盘或闪烁存储器(以下没有特殊情况均指单FAT32分区情况)由主引导区(MBR)、系统引导区、文件分配表FAT1、文件分配表备份FAT2、文件根目录FDT和文件数据区组成，它们在磁盘上是顺序分布的，如图1所示。

图1  FAT32文件系统的实现机制

　　主引导区从物理第一扇区开始，记录了第一磁盘分区的入口和剩余磁盘分区的入口信息、第一分区的文件系统格式、起始扇区号和大小。接下来就是FAT32文件系统的引导区，存放着BPB参数和系统引导程序，如图1左上方表格所示。然后是文件分配表及其备份FAT1和FAT2，用于管理和分配文件区的磁盘空间，其位置和大小由系统引导区中的参数计算可得。簇是FAT表给文件分配磁盘空间的最小单位，每个簇在FAT表中占有一个登记项，簇的编号与FAT登记项的编号一一对应。FAT表从第2个表项开始分配给文件，最开始两个表项即序号为0和1的表项为保留表项值为：0FFFFFF8和FFFFFFFF。其它的表项则以链表的形式存放下一个在逻辑上连续的簇号值，结束用0FFFFFFF标记表示不再有后续的表项，用00000000表示该簇没有被使用，FAT管理磁盘空间的工作机理如图1所示。磁盘空间的最后的部分为根目录和文件区，根目录FDT、普通文件目录和文件具体内容由FAT表统一管理，与FAT16文件系统为根目录划出专用的磁盘空间不同，这也是FAT32与FAT16的最大区别之一。在系统引导区第一扇区偏移量为2Ch处存放着根目录的入口簇号，根据FAT32系统信息可计算出根目录的具体位置，一般根目录的入口簇号为00000002。FAT32文件系统的文件登记表格式请参考图1，限于篇幅这里不介绍超长文件名。

　　另外，对于支持ATA协议标准块存储设备有物理寻址(CHS)和逻辑寻址(LBA)两种方式。在物理寻址方式下，存储空间通过磁头(Head)、柱面(Cylinder)和扇区(Sector)三个参数组织起来的，每一组H/C/S参数唯一确定存储载体中的一个扇区，通常一个扇区拥有512个字节的数据空间。逻辑寻址方式下，按照连续的逻辑扇区编号进行寻址，使用28个数据位来表示逻辑扇区的地址。下面给出物理寻址方式与逻辑寻址方式的对应关系，设NS为每磁道扇区数，NH为磁头数，C、H、S分别表示磁盘的柱面、磁头和扇区编号，LBA表示逻辑扇区号，Div为整除计算，mod为求余计算，则：LBA＝NH×NS×C+NS×H+S－1；C＝(LBA div NS)div NH；H＝(LBA div NS)mod NH；S＝(LBA mod NS)+1。了解了FAT32文件系统的结构，就可以获取相关文件系统参数(参见图1)，对文件进行管理，包括一下几个方面：

　　系统引导扇区开始的逻辑扇区号，由主分区第一扇区即物理第一扇区偏移量1C6h处获得。

　　计算文件分配表及备份FAT1和FAT2的位置和大小：FAT1的起始逻辑扇区号＝保留扇区的大小＋系统引导扇区开始的逻辑扇区号；FAT2的逻辑扇区号＝FAT1的逻辑扇区号＋每个FAT所占的扇区数。

　　根据根目录的起始簇号计算根目录的位置：根目录的起始逻辑扇区号＝FAT2的逻辑扇区号＋每个FAT所占的扇区数＋(根目录的起始簇号－2)×每簇扇区数。这也是根据簇号计算逻辑扇区号的公式。

　　TMS320LF2407A简介及资源配置

　　TMS320LF2407A采用高性能静态CMOS技术，25ns指令周期，速度为40MIPS，低电压3.3V设计；总寻址范围192K字，其中包括64K 程序空间, 64K 数据空间, 64K I/O空间；片内程序空间集成32K字Flash；数据空间集成2.5K字RAM，包括544字DARAM，2K字SARAM；两个事件管理模块EVA、EVB，分别提供两个16bit全局计数器，8个脉冲宽度可调调制通道PWM，三个外部事件的定时采样捕获单元；同步的16通道高性能10bit ADC，转换速率为500ns；串行异步通信接口(SCI)、串行同步外设接口(SPI)、CAN总线2.0接口。由于TMS320LF2407A集成了多种数据传输接口，并且片内集成ADC模块，可被广泛用于控制、接口转换以及数据采集等领域。