引言

    MCF51QEl28微控制器是FREESCALE公司生产的8位／32位兼容的低功耗微处理器。工作电压的典型值是3．6V，与SD卡的工作电压兼容，可直接与SD卡连接而无需电平转换电路。SD卡因为其体积小、功耗低、容量大且成本低，目前被广泛应用于各类嵌入式数据采集系统中。本文针对此类应用，通过实测512MB SD卡数据，以实例的形式深入解析了FATl6文件系统的存储原则，并给出了实现方案。

    1 FATl6文件系统

    SD卡格式化为FAT文件系统时，一般只采用1个分区，以便于存储空间的管理。FATl6主要由图1所示的6个阴影部分组成。通常情况下，每扇区的大小为512字节。

    1. 1 主引导记录

    MBR(Master Boot Record，主引导记录)总是位于存储卡的起始位置，即扇区O。图2是主引导记录的详细信息。由于只有1个分区，所以由偏移量0x1BE可找到第1分区的入口，接着由偏移量0x08找到第1分区的相对起始扇区，即第1分区引导记录所在的扇区。以512 MB SD卡为例，读取图2中地址OxlC6～OxlC9处的4个字节数据(由高位向低位读取)，即Ox000000E9。可知，第1分区引导记录位于SD卡的第0xE9个扇区。

    1．2 分区引导记录

    分区BR(Boot Record，引导记录)位于分区的第O扇区。它由跳转代码，OEM(Original Eqtlipment Manufacturer，原始设备制造商)，BPB(BIOS Parameter BLOCk，BIOS参数块)，扩展BPB，引导代码和结束标志(Ox55 AA)组成。图3重点列出了分区引导记录中BPB的各项参数。读图3中Ox000000E9扇区，由偏移量0x0B处2字节数据Ox0200=512可知，SD卡每扇区的字节数为512。类似地，可得到其他相关参数。

   1．3 FAT表和文件存储原则

    FATl6文件系统主要通过FAT表(FATl和FAT2)、根目录和数据区实现对文件的存储管理。FAT表记录了数据文件的存储链表，对数据的读取极为重要，通常都会有一个或多个备份。这里，FAT2就是对FATl的备份，必须随着FATl即时同步更新。根目录一般以32字节为单位来存放文件记录。

    数据区主要存放文件数据，为了有效利用存储空间，一般以簇为单位，簇的大小通常是2的，n次幂个扇区。FAT格式化后，簇的大小就确定下来了，可通过读取分区引导记录获得。例如，读取图3中Ox000000E9扇区，由偏移量OxOD处1字节数据0x10=16可知，SD卡的1个簇占16个扇区。

    如果将SD卡的存储空间想象成一本书，那么要阅读一篇文章，首先应该打开目录找到文章的页码，然后根据页码翻到文章所在的地方。类比到FATl6文件系统，FAT表和根目录就像书的目录，簇号类似于书的页码，而数据区存放的就是文章的具体内容。

    以打开文件为例，文件的存储原则可以这样描述：首先在根目录中查找文件名，如有匹配，就找到了文件的开始簇号，好比知道了文章的页码。但文件的存储和书不同，书的内容一般是连续的，而文件在存储后是可以随意修改的(例如添加或删除)，因而在存储空间上可能不连续，这样就无法仅通过开始簇号找到整个文件。那么怎样才能完整找到这些不连续的数据呢?答案就是FAT表。FAT表以“0xF8FF FFFF”作为开始标志，以2字节为单位存放文件簇号。FAT表实质是一个二维链表，如图4所示。

   FAT表上面的数字是这2个字节在表中的位置序号，同时也代表文件的簇号，与数据区的簇号对应，类似目录的页码。通常SD卡上第一个文件的开始簇号为2。若文件长度小于1簇，则其开始簇号所对应的2字节值为FFFF。若文件长度大于1簇，则其开始簇号所对应2字节中存放的是文件所在的下一个簇号，由所得簇号再查找其对应的2字节，可找到文件接下来的簇号。依此类推，直到最后所得簇号对应的2字节值为FFFF，即为文件的结束簇号。根据上述原则，由FAT表和根目录就可以确定文件在数据区的存储簇号，从而实现文件数据的管理。

 

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