一、嵌入式之FAT32文件系统(1)

参考文件

FAT32文件系统有几个基本的几个概念:

先拿一个真实的4G SD卡分析数据：

使用winhex物理方式查看，截一部分图:

全称Master Boot Record，即主引导记录。

主引导记录分为两个部分，一个部分是前446字节，另外一个部分是后64字节。

前446个字节，一般取值为0，不过有的时候也会有其他的设置值。

这部分也叫DPT，全称Disk Partition Table，即磁盘分区表。

磁盘分区表有4个区，每个区有16字节，总体是64字节。因此，MBR字节数为512字节，刚好是一个扇区的数量。

DPT的4个部分，每一个部分的16字节含义如下表:

00 82 03 00 0B E6 DC CA 00 20 00 00 00 E0 ED 00(16进制)

这里，就贴出来上面截图的数据内容。(我们使用的是小字节序)

0x00 ：

通常的取值。

0x82：

开始磁头神尘芦。

0x03 0x00 ：

实际为0x0003，按照2进制编码为0000 0000 0000 0011。

那么开始扇区为:0。

开始柱面为:3。

0x0B ：

分区类型兄敬，为Win95 FAT32类型。

0xE6 ：

结束磁头为230。

0xDC 0xCA：

实际为0xCADC，按照2进制编码为1101 1100 1100 1010。

那么结束扇区为:55。

结束柱面为:220。

0x00 0x20 0x00 0x00 ：

实际为：0x00002000，也就是8192，为分区的开始扇区地址。那么我们后面就可以从这里去找DBR。

0x00 0xE0 0xED 0x00 :

实际为:0x00EDE000，也就是15589376，为分区的总扇区数。

从这里其实可以算出SD卡的容量。

也就是：

分区大小：15589376x512 = 7981760512。这个值大约是7.612G。

从物理0地址到起始地址:8192*512 = 4194304

那么总容量为:7981760512+4194304 = 7985954816。

该部分包括一个叫BPB的内容。

先截出DBR部分的实际SD卡上的内容：

在WinHex下使用逻辑磁盘打开FAT32文件系统的存储介质来看，偏移位置与表示的含义有如下表所示:

25字节的分区块(BPB):

扩展分区BPB:

按照定义，将实际的图 MBR.png分析如下：

从偏移为0x0BH地址开始：

00 02 10 96 04 02 00 00 00 00 F8 00 00 3F 00 FF 00 00 20 00 00 00 E0 ED 00 B5 1D 00 00

00 02 :

即0x0200，表示扇区字节数，也就是512字节。

10:

即0x10，每簇扇区数为16。也就是16 512=8 1024=8K。

96 04：

即0x0496，保留扇区数为1174。

02：

即0x02，FAT表份数为2。

00 00：

即0x0000，为保留。

00 00：

即0x0000，为保留。

F8：

即为本地硬盘。

00 00：

即0x0000，为保留。

3F 00：

即0x003F，即每磁道扇区数为63。

FF 00：

即0x00FF，即磁头数为255。

00 20 00 00：

即0x00002000，即隐藏扇区数为8192。

00 E0 ED 00：

即0x00EDE000，即磁盘总扇区数为15589376。

B5 1D 00 00 ：

即0x001DB5，即FAT表占用扇区数为7605。

好了，根据这些游带内容，可以计算出两个参数：

FAT1的开始扇区 = 分区开始扇区+ 保留扇区=8192+1174 = 9366。

FAT2的开始扇区 = FAT1的开始扇区+FAT表占用的大小 = 9366 + 7605 = 16971。

首目录簇 = FAT1的开始扇区+FAT的表份数 x FAT表占用的大小=9366+2*7605 = 24576。

继续追踪，找到首目录簇中的已经新建的文件。

现在，先解析粘贴出来的每个部分的内容的含义。

具体内容下面的FAT中会说。

a.txt部分的解析：

41 20 20 20 20 20 20 20 54 58 54 20 18 8B 2A 90

96 4A A1 4A 00 00 0F 8C A1 4A 03 00 10 00 00 00

41 20 20 20 20 20 20 20：

表示文件名:“A TXT”

20 ：

表示的是文件的属性。归档。

18：

为系统保留。

8B：

创建时间的10ms位。也就是1390ms。

2A 90：

也就是0x902A，换成2进制为1001 0000 0010 1010 。表示的是创建时间。

细分如下:

则时间值为:

时:0x12 = 18，

分:0x1 = 1，

秒:0xAx 2s + 1390ms= 10x 2s + (1390ms) = 21s，

所以创建时间为18:01:21。

96 4A：

也就是0x4A96，换成2进制为0100 1010 1001 0110，表示的是创建日期。

细分如下:

则日期值为:

年:1980+0x25 = 2017，

月:0x4 = 4，

日:0x16= 22，

所以，创建日期为2017年4月22日。

A1 4A：

也就是0x4AA1，换成2进制为0100 1010 1010 0001，表示的是最后访问日期。

则日期为：

年:1980+0x25 = 2017，

月:0x5 = 5，

日:0x1= 1，

所以，最后访问日期为2017年5月1日。

00 00：

起始簇高16位。

0F 8C：

也就是0x8C0F，换成2进制为1000 1100 0000 1111，表示的是最近修改时间。

时:0x11 = 17，

分:0x20 = 32，

秒:0xf x 2 = 30s，

所以最近修改时间为17:32:30。

A1 4A：

也就是0x4AA1，换成2进制为0100 1010 1010 0001，表示的是最近修改日期。

则日期为：

年:1980+0x25 = 2017，

月:0x5 = 5，

日:0x1= 1，

所以，最近修改日期为2017年5月1日。

03 00：

即0x0003，表示起始簇低16位，也就是说，起始簇高位与起始簇低位相或，得到0x00000003，起始簇为3。

10 00 00 00：

即0x00000010，表示文件数据长度，也就是16字节。

分析完a.txt，b.txt也一样分析即可。

从而可以得到的是，a.txt的内容位置在:(3-2)*16+24576 = 24592上。

后使用winhex进行验证，确认是正确的。

文件分配表(FAT)，是FAT文件系统中用于磁盘数据索引和定位而引进的一种链式结构。在FAT文件系统中，文件的存储依照FAT表制定的簇链式数据结构来进行。同时，FAT文件系统将组织数据时使用的目录也抽象为文件，以简化对数据的管理。

如DBR所述，偏移0EH处存储了保留扇区的个数，而保留扇区数指的就是当前分区内DBR到FAT表之间的所有扇区的个数（包括DBR但不包括FAT表）。据此，可以定位FAT表所在的起始偏移位置了。

如DBR所述，偏移24H处存储了保留扇区的个数，知道FAT2是紧邻FAT1的。那么FAT2表的位置为:FAT1的起始偏移地址+FAT1的大小。

FAT表由一系列大小相等的FAT表项组成，它有如下特性：

在FAT32文件系统中，根目录的位置不再硬性地固定，可以存储在分区内可寻址的任意簇内，不过通常根目录是最早建立的(格式化就生成了)目录表。所以，我们看到的情况基本上都是根目录首簇紧邻FAT2，占簇区顺序上的第1个簇（即2号簇）。同时，FAT32文件系统将根目录当做普通的数据文件来看，所有没有了目录项数的限制，在需要的时候可以分配空簇，存储更多的目录项。

对于短文件名格式的目录项：

注意:*表示此字段在段文件目录项中，不可取值0FH。若取值为0FH，目录段为长文件名目录段。

0BH字段取值如下:

FAT32的一个重要的特点是完全支持长文件名。长文件名依然是记录在目录项中的。为了低版本的OS或程序能正确读取长文件名文件，系统自动为所有长文件名文件创建了一个对应的短文件名，使对应数据既可以用长文件名寻址，也可以用短文件名寻址。不支持长文件名的OS或程序会忽略它认为不合法的长文件名字段，而支持长文件名的OS或程序则会以长文件名为显式项来记录和编辑，并隐藏起短文件名。

长文件名的实现有赖于目录项第12字节属性字节，当此字节的值为0FH时，支持长文件名的系统会将其当做长文件名的依据，而只支持短文件名的系统会认为是异常而忽略掉。系统将长文件名以13个字符为单位进行切割，每一组占据一个目录项。所以可能一个文件需要多个目录项，这时长文件名的各个目录项按倒序排列在目录表中，以防与其他文件名混淆。

长文件名中的字符采用unicode形式编码，每个字符占据2字节的空间。其目录项定义如:

FatFs是一个通用的文件系统模块，用于在小型嵌入式系统中实现FAT文件系统。 FatFs 的编写遵循ANSI C，因此不依赖于硬件平台。它可和尘含以嵌入到便宜的微控制器中，如 8051, PIC, AVR, SH, Z80, H8, ARM 等等，不需要做任何修改。

FAT12, FAT16 与 FAT32.多个卷(物理驱动器与分区).两种分区规则： FDISK 与 Super-floppy.多种配置选项:长文件名支持。可选的编码页，包括DBCS（译者：DBCS为双位元组字元系统 Double Byte Char Systems )多任务支持只读唤笑，最小化API，缓冲区配置等兄敏等应用程序接口

定义：

在嵌入式系统中使用的文件系统称为嵌入式文件系统。由三部分组成：与嵌入式文件管理有关的软件、被管理的嵌入式文件以及实施嵌入式文件管理所需的数据结构。其中嵌入式文件是嵌入式文件系统中的核心，它是用户数据信息的存放形式，借此实现嵌入式系统的功能。

嵌入式文件功能：

提供用户对文件 *** 作的命令。

提供用户共享文件的机制。

管理文件的存储介质。

提供文件的存取控制机制，保障文件及文件系统的安全性。

提供文件及文件系统的备份和恢复功能。

提供对文件的加密和解密功能。

嵌入式文件乱销系统比较简单，主要提供文件存储、检索和更新等功能，一般不提供保护和加密等安全机制。它以系统调用和命令方式提供文件的各种 *** 作，主要有：

设置、修改对文件和目录的存取权限。

提供建立、修改、改变和删除目录等服务。

提供创建、打开、读写、关闭和撤销文件等服务。

此外嵌入式文件系统还具有以下特点：

兼容性。嵌入式文件系统通常支持几种标准的文件系统，如FAT32、JFFS2、YAFFS等。

实时文件系统。除支持标准的文件系统外，为提高实时性，有些嵌入式文件系统还支持自定义的实时文件系统，这些文件系统一般采用连续的方式存储文件。

可裁剪、可配置。根据嵌入式系统的要求选择所需的文件系统，选择所需的存储介质，配置可同时打开的最大文件数等。

支持多种存储设备。嵌入式系统的外存形式多样了，嵌入伍袭式文件系统需方便的挂接不同存储设备的驱动程序，具有灵活的设备哗橘游管理能力。同时根据不同外部存储器的特点，嵌入式文件系统还需要考虑其性能、寿命等因素，发挥不同外存的优势，提高存储设备的可靠性和使用寿命。

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