基于ARM系统硬盘接口的使用和文件管理

对硬盘内部数据的操作需要了解它的物理存储方式。磁头、柱面和扇区是硬盘的基本结构, 而扇区是对硬盘读写的最小单位。硬盘内部的寻址方式有两种, 一种是物理寻址的CHS 方式, 另一种是逻辑寻址的LBA 方式。物理寻址CHS 方式是通过柱面、磁头和扇区号来确定唯一的存储单位, 较为繁琐。而逻辑寻址方式是采用线性映射方法, 从物理结构到逻辑块编号的映射关系如下:

　　LBA = (柱面编号×磁头数+ 磁头号) ×扇区数+ 扇区编号- 1

　　采用这种方法, 主机不用知道硬盘的物理结构, 就能直接对目标扇区进行寻址。

　　根据前面的阐述, 编制I/O 控制层的控制程序, 可对IDE 控制寄器进行查询、设置和逻辑寻址,实现对指定扇区的读写。图2 是读一个扇区数据的流程图, 写扇区的方法和它类似, 区别只是在于传送指令和数据流动方向不同。此外, 在检测状态寄存器的时候, 最好加上超时判断, 防止程序陷入死循环。

　　3　逻辑映射层控制标准及实现

　　3.1　关于FAT 标准

　　由于希望ARM 系统对硬盘的读写操作能与主流操作系统共享, 该部分软件是根据与W indow s 相兼容的FA T 标准进行编制。用户也可以根据实际情况, 把该设计思路推广到如L inux 下的EX2 等其它工作平台。

　　FA T 标准对硬盘逻辑结构作了划分, 主要有分区表、BPB 表、FA T 表、数据区等几部分。在硬盘格式化和分区后, 会在0 柱面0 磁头1 扇区建立分区表, 此表记载了硬盘在各分区起始和结束所使用的磁头、柱面、扇区号。对于每个分区, 逻辑0 扇区存放了一个BPB 表, 该表储存了整个文件系统关键的数据, 包括文件系统的类型, 每个扇区的字节数(Byte2PerSec ) , 每簇的扇区数(SecPerClu s) , 保留扇区数(R svdSecCn t) , FA T 表数目(N umFA T s) , 根目录起始簇(Roo tClu s) , 以及盘符和卷标等。其中簇(Clu STer) 是文件系统在效率原则下管理的最小单位, FA T 32 标准意味着每簇有8 扇区, 簇内存贮单元采用32 位二进制数。文件系统类型还可以使用FA T 12 和FA T 16 标准, 表示簇内存贮单元分别采用12 位和16 位二进制数。在格式化硬盘时, 依据硬盘簇的数目判断选用哪种文件系统标准, 若簇数小于4085 则是FA T 12, 若在4085 和65525 之间则是FA T 16, 大于65525 则是FA T 32。由于本文所述的系统使用大容量硬盘, 因而采用FA T 32 文件系统。

　　在原理上, FA T 32 和其它两种方式是相同的, 完全可以移植过去。保留扇区是为BPB 表以后扩展保留一段区间, 暂且未被使用。