基于MCF51QE128的SD卡文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)區(qū)主要存放文件數(shù)據(jù)，為了有效利用存儲(chǔ)空間，一般以簇為單位，簇的大小通常是2的，n次冪個(gè)扇區(qū)。FAT格式化后，簇的大小就確定下來(lái)了，可通過(guò)讀取分區(qū)引導(dǎo)記錄獲得。例如，讀取圖3中Ox000000E9扇區(qū)，由偏移量OxOD處1字節(jié)數(shù)據(jù)0x10=16可知，SD卡的1個(gè)簇占16個(gè)扇區(qū)。
如果將SD卡的存儲(chǔ)空間想象成一本書，那么要閱讀一篇文章，首先應(yīng)該打開目錄找到文章的頁(yè)碼，然后根據(jù)頁(yè)碼翻到文章所在的地方。類比到FATl6文件系統(tǒng)，F(xiàn)AT表和根目錄就像書的目錄，簇號(hào)類似于書的頁(yè)碼，而數(shù)據(jù)區(qū)存放的就是文章的具體內(nèi)容。
以打開文件為例，文件的存儲(chǔ)原則可以這樣描述：首先在根目錄中查找文件名，如有匹配，就找到了文件的開始簇號(hào)，好比知道了文章的頁(yè)碼。但文件的存儲(chǔ)和書不同，書的內(nèi)容一般是連續(xù)的，而文件在存儲(chǔ)后是可以隨意修改的(例如添加或刪除)，因而在存儲(chǔ)空間上可能不連續(xù)，這樣就無(wú)法僅通過(guò)開始簇號(hào)找到整個(gè)文件。那么怎樣才能完整找到這些不連續(xù)的數(shù)據(jù)呢?答案就是FAT表。FAT表以“0xF8FF FFFF”作為開始標(biāo)志，以2字節(jié)為單位存放文件簇號(hào)。FAT表實(shí)質(zhì)是一個(gè)二維鏈表，如圖4所示。

FAT表上面的數(shù)字是這2個(gè)字節(jié)在表中的位置序號(hào)，同時(shí)也代表文件的簇號(hào)，與數(shù)據(jù)區(qū)的簇號(hào)對(duì)應(yīng)，類似目錄的頁(yè)碼。通常SD卡上第一個(gè)文件的開始簇號(hào)為2。若文件長(zhǎng)度小于1簇，則其開始簇號(hào)所對(duì)應(yīng)的2字節(jié)值為FFFF。若文件長(zhǎng)度大于1簇，則其開始簇號(hào)所對(duì)應(yīng)2字節(jié)中存放的是文件所在的下一個(gè)簇號(hào)，由所得簇號(hào)再查找其對(duì)應(yīng)的2字節(jié)，可找到文件接下來(lái)的簇號(hào)。依此類推，直到最后所得簇號(hào)對(duì)應(yīng)的2字節(jié)值為FFFF，即為文件的結(jié)束簇號(hào)。根據(jù)上述原則，由FAT表和根目錄就可以確定文件在數(shù)據(jù)區(qū)的存儲(chǔ)簇號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)文件數(shù)據(jù)的管理。

2 FATl6文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
文件系統(tǒng)的基本功能包括：文件的創(chuàng)建、打開和讀寫。這里假定已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了MCF51QEl28微控制器和SD卡的硬件接口和底層通信，具體細(xì)節(jié)參考文獻(xiàn)。
2．1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
為了便于對(duì)主引導(dǎo)記錄、分區(qū)引導(dǎo)記錄、FAT表、根目錄和數(shù)據(jù)區(qū)中的相關(guān)信息進(jìn)行記錄和處理，定義了FATl6_t和FILE_t兩個(gè)結(jié)構(gòu)體類型。數(shù)據(jù)類型byte、word和dword分別對(duì)應(yīng)于8位、16位和32位數(shù)據(jù)。
FATl6_t結(jié)構(gòu)體類型用于記錄主引導(dǎo)記錄和第1分區(qū)引導(dǎo)扇區(qū)信息，部分定義如下：

FILE_t結(jié)構(gòu)體類型用于記錄每個(gè)文件項(xiàng)信息，部分定義如下：

2．2 FATl6初始化
FATl6的初始化主要是讀取主引導(dǎo)記錄和第1分區(qū)引導(dǎo)扇區(qū)信息，并保存到FATl6_t類型變量中。初始化流程如圖5所示。

FATl6初始化子程序中調(diào)用了底層SD卡讀數(shù)據(jù)塊函數(shù)SD_ReadBlock。其函數(shù)聲明為byte SD_ReadBlock(dword sector，byte*buffer)，用于讀入地址為sector扇區(qū)中的數(shù)據(jù)，暫存入buffer中。預(yù)編譯函數(shù)from_BE_32和from_BE_16分別實(shí)現(xiàn)由高位向低位讀取4字節(jié)和2字節(jié)數(shù)據(jù)。