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SD卡FAT16文件系统的学习笔记

作者:时间:2016-07-18来源:网络收藏

  一、 读文件的流程

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201607/294155.htm

  读物理扇区0,得到引导扇(逻辑扇区0)的偏移地址。

  读引导扇的内容,得到文件系统基本配置信息。

  根据文件系统的基本配置信息计算FAT,FDT,数据簇的起始地址和大小。

  根据要读的文件名搜索FDT表,找到要读文件的起始数据簇编号,大小。

  根据文件的起始数据簇编号在FAT表中查找所有该文件占用的数据簇及数据簇访问的先后关系。

  读取该文件的起始数据簇的内容,及下一数据簇内容(有需要时)。

  二、 读取物理扇区0

  先读取的第一个扇区(512字节),即扇区0,然后该扇区最后部分的数据如下图所示

  

 

  正常的话,该扇区最后两个字节如上图所示为55 AA,如果不是则证明是读错了,或者该SD没有被格式化。

  该扇区有两个重要信息:

  一、 在0x1ca开始的四个字节9f c9 03 00,即0x3c99f=248223,代表该友248223个扇区,因为每个扇区有512字节,所以该容量为248223*512/1024/1024=121.2MByte

  二、在0x1c6开始的四个字节61 00 00 00,即0x61=97,它表示引导扇区在扇区97。那我们就接着读扇区97,获取SD卡里更详细的信息,这个扇区0就可以不用管了。

  三、 读取引导扇区

  以下是扇区97前64Byte的内容。因为97*512=0xc200,所以可以下图左边的偏移地址为c200

  

 

  首先第0x3到0xA的内容为ASCII码的“MSDOS5.0”,不是重要信息

  第0xb开始的两个字节00 02,即0x2000=512,代表每个扇区(sector)有512个字节(byte)

  接下来的04代表每个簇(cluster)有4个扇区

  接下来的04 00 即0x4代表有4-1个保留扇区,即是第一个FAT表所在扇区为引导扇区(97)+4=扇区101

  接下来的02 代表有两个FAT表

  接下来的00 02,即0x2000=512,代表FDT(目录区)有512登记项

  第0x16开始的两个字节f2 00,即0xf2=242,代表每个FAT表占242个扇区

  第0x36到0x3d代表的就是“ ”的ASCII码,说明这SD卡是的格式

  四、 文件系统的结构

  知道以上的信息之后我们就可以根据以上信息计算出FAT1,FAT2,FDT和数据簇的首地址和结束地址,但在计算之前,我有必要介绍一下整个FAT16文件系统的结构和各个区的含义与作用。

  

 

  五、 获取文件系统基本配置信息

  现在既然已经大概了解了引导扇,FAT1,FAT2,FDT和数据簇的作用,接下来就说一下怎么计算它们的起始地址和结束地址。我们用扇区来作为地址单位。

  我们首先定义两个结构体

  typedef struct

  {

  U16 BytesPerSector; //每个扇区多少字节

  U8 SectorsPerCluster; //每个簇有多少个扇区

  U16 ReserveSectors; //保留扇区数

  U8 FatTableNums; //有多少个FAT表

  U16 RootDirRegNums; //根目录允许的登记项数目

  U16 SectorsPerFat; //每个FAT表有多少个扇区

  U32 SectorNums; //总的扇区数

  U8 FileType[7]; //文件系统类型

  }FAT_PARA;

  typedef struct

  {

  U32 Logic; //引导扇(逻辑扇区0)对物理0扇区里的偏移地址

  U32 FAT1;

  U32 FAT2;

  U32 FDT;

  U32 Cluster; //数据簇的偏移地址

  }FAT_OFFSET;

  FAT_PARA SD_para; //声明两个结构体变量

  FAT_OFFSET SD_offset;

  由之前的知识可以知道,我们首先从物理扇区0知道SD_offset.Logic的地址,然后就可以找到引导扇.然后再在引导扇里找到SD_para里面所有变量的值。

  U8 buffer[512];

  Read_Single_Block(0, buffer);//把物理扇区0的512个字节的数据读到buffer里

  SD_offset.Logic = (* (U16 *) (buffer + 0x1c6)) + ((* (U16 *) (buffer + 0x1c8)) << 16); //得到引导扇的偏移地址

  Read_Single_Block(SD_offset.Logic, buffer) ; //读引导扇的数据

  //获取参数,以便计算各个区的偏移地址

  SD_para.BytesPerSector = (* (U8 *) (buffer + 0xb)) + ((* (U8 *) (buffer + 0xc)) << 8);

  SD_para.SectorsPerCluster = * (buffer + 0x0d);

  SD_para.ReserveSectors = * (U16 *) (buffer + 0x0e);

  SD_para.FatTableNums = * (buffer + 0x10);

  SD_para.RootDirRegNums = (* (U8 *) (buffer + 0x11)) + ((* (U8 *) (buffer + 0x12)) << 8);

  SD_para.SectorsPerFat = * (U16 *) (buffer + 0x16);

  SD_para.SectorNums = * (U32 *) (buffer + 0x20);

  for(i = 0; i < 6; i++)

  SD_para.FileType[i] = *(buffer+0x36+i);

  SD_para.FileType[6] = 0;

  六、 计算各重要区域的大小与起始地址

  //计算各个区的偏移地址

  //FAT1地址=引导扇地址+保留扇区数,大小为SD_para.SectorsPerFat

  SD_offset.FAT1 = SD_offset.Logic + SD_para.ReserveSectors;

  //如果存在两个FAT表,一般不是1就是2

  if (SD_para.FatTableNums == 2)

  //FAT2地址=FAT1地址+ SD_para.SectorsPerFat

  SD_offset.FAT2 = SD_offset.FAT1 + SD_para.SectorsPerFat;

  else SD_offset.FAT2 = 0;

  //FDT地址=FAT1+FAT表数*FAT表大小

  SD_offset.FDT=SD_offset.FAT1+SD_para.FatTableNums*SD_para.SectorsPerFat;

  //因为数据簇2紧跟在FDT后,所以数据簇0易求得

  SD_offset.Cluster = SD_offset.FDT + 32 - 2 * SD_para.SectorsPerCluster;

  七、 FDT与FAT表的简单介绍

  读取文件之前要先详细了解一下FDT,和FAT表的内容

  一个FDT表占32个扇区,共有512个文件登记信息,所以每个文件登记信息的大小为32*512/512=32Byte

  每个文件登记信息如下图所示

 

  对于我们来说,这个文件记录信息最重要的就是最后六个字节

  最后四个字节代表文件大小,由文件大小可以推算出该文件占用多少个数据簇

  第0x1a到0x1b个字节道标文件开始的首簇号,知道文件的首簇号我们就可以查看FAT表的相应信息,就可得到该文件所占用的所有数据簇的簇号。

  以下是FAT表的结构

  

 

  上表中,06、07单元映射了磁盘3号簇区。有之前的介绍中可以知道,我这张SD卡1个簇包含4个扇区。也就是说在写数据时,只有写完了3号簇的4个扇后,将FAT表的06,07单元填写04,00;才可继续在04号簇上写数据。如果数据写完后还没有写满3号簇,则在FAT表的06,07单元填写FF,FF.

  也就是说在FAT表中记录着每个数据簇的状态,且每个数据簇的状态占用两个字节。如果这两个字节等于0xffff,则代表该数据簇以被占用,且文件在该数据簇中结束。如果这两个字节等于0x0001~0xfffe,则代表该数据簇已被占用,且该文件没有结束,而该文件存放的下一数据簇的簇号就等于这两个字节的大小。

  八、 读取一个文件

  下面以我的SD卡为例子,向大家介绍读写SD的FAT文件系统的文件(最好先安装一个叫做winhex的软件)。

  首先我的SD卡存放着这样一个文件

  

 

  要打开我这个名为lqz.txt的文件的,我们先查找FDT表中关于lqz.txt这个文件的登记信息。

  因为之前已经知道了FDT的首地址是第585扇区,我们来到585扇区,开始搜索LQZ.TXT(必须先转换成大写字母)

  最后在地址为0x4a310(也就是第0x4a310/512=593扇区)的地方搜索到LQZ.TXT的文件登记信息,在最后四个字节得知该文件大小为0x00002c89=11401Byte,占用11401/512/4=6个数据簇,从倒数第5,6个字节可以知道文件的首簇号为0x2fe4,然后在FAT表根据文件的首簇号查找接下来文件占用的五个数据簇簇号,数据簇0x2fe4在FAT的登记位置=FAT地址+0xfe4*2=0xca00+0x2fe4*2=0x129c8,我们来到0x129c8这个地址

  数据簇0x2fe4的信息就存放在0x129c8,和0x129c9这个字节里,从上图可以看出这两个字节等于0x46F4,也就是说LQZ.TXT存放的下一个数据簇的簇号为0x46F4,由于该文件占用6个数据簇,所以我们必须继续查找剩下的4个数据簇的簇号。我们继续查找簇号为0x46f4的数据簇在FAT表的信息,地址为0xca00+0x46f4*2=0x157e8

  由上图可以下一数据簇的簇号为0x46f5。然后按照上诉方法查找剩余三个簇号分别为0x46f6,0x46f7,0x46f8,最后在0x46f8对应的地方存放着0xffff,代表文件到此结束。

  经过上诉步骤我们知道我lqz.txt文件依次存放在0x2fe4,0x46f4,0x46f5,0x46f6,0x46f7,0x46f8这6个数据簇,接下来我们就读取这6个数据簇的内容即可。

  比如说:数据簇0x2fe4的地址=数据簇0地址+0x2fe4*4*512=0x4c200+0x2fe4*4*512=0x183e200,0x183e200/512=49649,也就是在物理扇区49649~49652这个四个扇区都是数据簇0x2fe4的内容。



关键词: FAT16 SD卡

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