基于MCF51QE128的SD卡文件系統(tǒng)設(shè)計

數(shù)據(jù)區(qū)主要存放文件數(shù)據(jù)，為了有效利用存儲空間，一般以簇為單位，簇的大小通常是2的，n次冪個扇區(qū)。FAT格式化后，簇的大小就確定下來了，可通過讀取分區(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個簇占16個扇區(qū)。
如果將SD卡的存儲空間想象成一本書，那么要閱讀一篇文章，首先應(yīng)該打開目錄找到文章的頁碼，然后根據(jù)頁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，簇號類似于書的頁碼，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，好比知道了文章的頁碼。但文件的存儲和書不同，書的內(nèi)容一般是連續(xù)的，而文件在存儲后是可以隨意修改的(例如添加或刪除)，因而在存儲空間上可能不連續(xù)，這樣就無法僅通過開始簇號找到整個文件。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。FAT表實質(zhì)是一個二維鏈表，如圖4所示。

FAT表上面的數(shù)字是這2個字節(jié)在表中的位置序號，同時也代表文件的簇號，與數(shù)據(jù)區(qū)的簇號對應(yīng)，類似目錄的頁碼。通常SD卡上第一個文件的開始簇號為2。若文件長度小于1簇，則其開始簇號所對應(yīng)的2字節(jié)值為FFFF。若文件長度大于1簇，則其開始簇號所對應(yīng)2字節(jié)中存放的是文件所在的下一個簇號，由所得簇號再查找其對應(yīng)的2字節(jié)，可找到文件接下來的簇號。依此類推，直到最后所得簇號對應(yīng)的2字節(jié)值為FFFF，即為文件的結(jié)束簇號。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)的存儲簇號，從而實現(xiàn)文件數(shù)據(jù)的管理。

2 FATl6文件系統(tǒng)設(shè)計
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)實現(xiàn)了MCF51QEl28微控制器和SD卡的硬件接口和底層通信，具體細節(jié)參考文獻。
2．1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
為了便于對主引導(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)信息進行記錄和處理，定義了FATl6_t和FILE_t兩個結(jié)構(gòu)體類型。數(shù)據(jù)類型byte、word和dword分別對應(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文件項信息，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分別實現(xiàn)由高位向低位讀取4字節(jié)和2字節(jié)數(shù)據(jù)。