基于System ACE的DSP文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1.5 System ACE的文件和目錄

　?。瓵CE是在目錄結(jié)構(gòu)的最底層。Xilinx的SystemACE軟件能夠?qū)⒈忍亓鬓D(zhuǎn)換為．ACE文件。1個(gè)．ACE文件代表特定設(shè)備鏈的比特流。

　?。甤ollection是目錄結(jié)構(gòu)中緊挨著．ACE的上一層，由8個(gè)．ACE組成。在System ACE環(huán)境下，同一．collection下的所有．ACE文件都可以處理。

　　在1個(gè)CF卡設(shè)備中有多個(gè)collection，但在任意一時(shí)問只能有1個(gè)被激活，至于哪一個(gè)被操作是通過xilinx．sys文件來決定的。xilinx．sys文件在ACE Flash設(shè)備的根目錄下。ACE控制器能夠解析xilinx．sys文件。若根目錄下面沒有xilinx．sys文件，則必須有1個(gè)．ACE文件來充當(dāng)此角色。

　　System ACE目錄結(jié)構(gòu)的分層設(shè)計(jì)使得它能夠維護(hù)多個(gè)版本或者是不同設(shè)計(jì)的collection。每一個(gè)collection目錄可以有1個(gè)或者多個(gè)不同的子目錄。每一個(gè)子目錄只能包含1個(gè)．ACE文件。

　　Sysrem ACE目錄結(jié)構(gòu)的規(guī)則如下：

　　◆Sysrem ACE配置文件必須放在CF卡設(shè)備的第1分區(qū)。

　　◆Sysrem ACE分區(qū)必須被格式化為FAT12或者FAT16格式。

　　◆xilinx．sys必須在根目錄下。當(dāng)xilinx．sys不存在時(shí)，根目錄下必須有1個(gè)．ACE來充當(dāng)此角色。

　　2 CF卡原理

　　CF(Compact Flash)卡是以閃存為存儲(chǔ)，具有容量大(512 MB)、功耗低和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛的應(yīng)用。CF卡讀寫的最小單位為1個(gè)扇區(qū)(512字節(jié))，讀寫操作是通過卡內(nèi)緩沖區(qū)進(jìn)行的，不支持直接讀寫存儲(chǔ)區(qū)域。

　　CF卡可以工作在3種模式：PC Card Memory(Memory模式)，PC Card I／O(I／O模式)和True IDE模式。PCCARD模式與PCMCIA標(biāo)準(zhǔn)兼容。TRUE IDE模式與ATA／ATAPI-4標(biāo)準(zhǔn)兼容。當(dāng)上電時(shí)，如果OE接地，則進(jìn)入True IDE模式，在此模式下只可以存取任務(wù)寄存器。另外2種模式需要通過設(shè)備結(jié)構(gòu)寄存器來選擇。

　　CF卡的操作方式與硬盤的操作方式相似。CF卡讀寫必須以扇區(qū)為單位，每個(gè)扇區(qū)為512字節(jié)，每次可以讀寫1個(gè)扇區(qū)或連續(xù)多個(gè)扇區(qū)。扇區(qū)的尋址方式有2種：邏輯尋址(LBA)和物理尋址(CHS)，它們之間的關(guān)系為：

　　LBA=(柱面號(hào)×磁頭數(shù)+磁頭號(hào))×扇區(qū)數(shù)+扇區(qū)數(shù)-1

　　尋址方式采用LBA(Logic Block Address)，該方式將全部扇區(qū)映射至1塊連續(xù)的地址空間中，這樣可以大大簡化編程的工作，同時(shí)避免了柱面、磁頭和扇區(qū)之間的換算，使尋址更方便。對(duì)CF卡的配置及各種操作，如讀寫、刪除、格式化等，都通過寫特殊功能寄存器完成。

　　3 文件系統(tǒng)的建立

　　3.1 文件系統(tǒng)的引入

　　100個(gè)數(shù)在文件系統(tǒng)中是如何存放的呢?在計(jì)算機(jī)中是以0／1二進(jìn)制的形式簡單地存放在存儲(chǔ)介質(zhì)中。如果不同的數(shù)多，如何處理?這就引出了文件系統(tǒng)。文件系統(tǒng)實(shí)際上就是對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。本文在CF卡上建立的文件系統(tǒng)是FAT16。FAT16是Microsoft較早推出的文件系統(tǒng)，具有高度兼容性，目前仍然廣泛應(yīng)用于個(gè)人電腦尤其是移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備中。

　　硬盤上的數(shù)據(jù)按照其不同的特點(diǎn)和作用大致可分為5部分：MBR(Main Boot Record，主引導(dǎo)扇)區(qū)，DBR(DosBoot Record，操作系統(tǒng)引導(dǎo)記錄)區(qū)，F(xiàn)AT(File AllocationTable，文件分配表)區(qū)，DIR(Directory，根目錄)區(qū)，DATA區(qū)。

　　MBR區(qū)位于整個(gè)硬盤的0柱面0磁頭1扇區(qū)(可以看作是硬盤的第1個(gè)扇區(qū))，bios在執(zhí)行自己固有的程序以后就會(huì)跳轉(zhuǎn)到mbr中的第1條指令，將系統(tǒng)的控制權(quán)交由mbr來執(zhí)行。在總共512字節(jié)的主引導(dǎo)記錄中，MBR的引導(dǎo)程序占了其中的前446字節(jié)(偏移0H～偏移1BDH)，隨后的64字節(jié)(偏移1BEH～偏移1FDH)為DPT(Disk Partition Table，硬盤分區(qū)表)，最后的2字節(jié)“55 AA”(偏移1FEH～偏移1FFH)是分區(qū)有效結(jié)束標(biāo)志。MBR不隨操作系統(tǒng)的不同而不同，即不同的操作系統(tǒng)可能會(huì)存在相同的MBR，即使不同，MBR也不會(huì)夾帶操作系統(tǒng)的性質(zhì)，具有公共引導(dǎo)的特性。

　　DBR(Dos Boot Record，操作系統(tǒng)引導(dǎo)記錄)區(qū)通常占用分區(qū)的第0扇區(qū)，共512字節(jié)(特殊情況下也要占用其他保留扇區(qū)，這里先說第0扇)。在這512字節(jié)中，其實(shí)又是由跳轉(zhuǎn)指令、廠商標(biāo)志和操作系統(tǒng)版本號(hào)、BPB(BIOS Parameter Block)、擴(kuò)展BPB、os引導(dǎo)程序、結(jié)束標(biāo)志幾部分組成。

　　FAT表是用FAT16來記錄磁盤數(shù)據(jù)區(qū)簇鏈結(jié)構(gòu)的。如前面的例子，F(xiàn)AT將磁盤空間按一定數(shù)目的扇區(qū)為單位進(jìn)行劃分，這樣的單位稱為簇。通常情況下，每扇區(qū)512字節(jié)的原則是不變的。簇的大小一般是2n(n為整數(shù))個(gè)扇區(qū)的大小，像512 B、1 KB、2 KB、4 KB、8 KB、16 KB、32 KB、64 KB。實(shí)際中通常不超過32 KB。之所以簇為單位而不以扇區(qū)為單位進(jìn)行磁盤的分配，是因?yàn)楫?dāng)分區(qū)容量較大時(shí)，采用大小為512位的扇區(qū)管理會(huì)增加FAT表的項(xiàng)數(shù)，對(duì)大文件存取增加消耗，文件系統(tǒng)效率不高。

　　DIR(Directory)是根目錄區(qū)，緊接著第二FAT表(即備份的FAT表)之后，記錄著根目錄下每個(gè)文件(目錄)的起始單元、文件的屬性等。定位文件位置時(shí)，操作系統(tǒng)根據(jù)DIR中的起始單元，結(jié)合FAT表就可以知道文件在硬盤中的具體位置和大小了。

　　數(shù)據(jù)區(qū)是真正意義上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的地方，位于DIR區(qū)之后，占據(jù)硬盤上的大部分?jǐn)?shù)據(jù)空間。

　　3.2 FAT16文件系統(tǒng)存儲(chǔ)原理

　　在FAT文件系統(tǒng)中，文件的存儲(chǔ)依照FAT表制定的簇鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來進(jìn)行。同時(shí)，F(xiàn)AT文件系統(tǒng)將組織數(shù)據(jù)時(shí)使用的目錄也抽象為文件，以簡化對(duì)數(shù)據(jù)的管理。格式化FAT16分區(qū)時(shí)，格式化程序根據(jù)分區(qū)的大小確定簇的大小，然后根據(jù)保留扇區(qū)的數(shù)目、根目錄的扇區(qū)數(shù)目、數(shù)據(jù)區(qū)可分的簇?cái)?shù)與FAT表本身所占空間來確定FAT表所需的扇區(qū)數(shù)目，之后將計(jì)算結(jié)果寫入DBR的相關(guān)位置。FAT16 DBR參數(shù)的偏移0x11處記錄了根目錄所占扇區(qū)的數(shù)目。偏移0x16記錄了FAT表所占扇區(qū)的數(shù)據(jù)。偏移0x10記錄了FAT表的副本數(shù)目。系統(tǒng)在得到這幾項(xiàng)參數(shù)以后，就可以確定數(shù)據(jù)區(qū)的開始扇區(qū)偏移了。FAT16文件系統(tǒng)從根目錄所占的32個(gè)扇區(qū)之后的第1個(gè)扇區(qū)開始以簇為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，這之前仍以扇區(qū)為單位。對(duì)于根目錄之后的第1個(gè)簇，系統(tǒng)并不編號(hào)為第0簇或第1簇，而是編號(hào)為第2簇，也就是說數(shù)據(jù)區(qū)順序上的第1個(gè)簇也是編號(hào)上的第2簇。FAT文件系統(tǒng)之所以有12、16、32不同的版本之分，其根本在于FAT表用來記錄任意一簇鏈接的二進(jìn)制位數(shù)。以FAT16為例，每一簇在FAT表中占據(jù)2字節(jié)(二進(jìn)制16位)。所以，F(xiàn)AT16最大可以表示的簇號(hào)為0xFFFF(十進(jìn)制的65535)，以32 KB為簇的大小的話，F(xiàn)AT32可以管理的最大磁盤空間為：32 KB×65 535=2 048 MB，這就是為什么FAT16不支持超過2 GB分區(qū)的原因。FAT表實(shí)際上是1個(gè)數(shù)據(jù)表，以2字節(jié)為單位，我們暫將這個(gè)單位稱為FAT記錄項(xiàng)，通常情況其第1、2個(gè)記錄項(xiàng)(前4個(gè)字節(jié))用作介質(zhì)描述。從第3個(gè)記錄項(xiàng)開始記錄除根目錄外的其他文件及文件夾的簇鏈情況。