基于ARM系統(tǒng)硬盤接口的使用和文件管理系統(tǒng)

　　3　邏輯映射層控制標(biāo)準(zhǔn)及實現(xiàn)

　　3.1　關(guān)于FAT 標(biāo)準(zhǔn)

　　由于希望ARM 系統(tǒng)對硬盤的讀寫操作能與主流操作系統(tǒng)共享， 該部分軟件是根據(jù)與W indow s 相兼容的FA T 標(biāo)準(zhǔn)進行編制。用戶也可以根據(jù)實際情況， 把該設(shè)計思路推廣到如L inux 下的EX2 等其它工作平臺。

　　FA T 標(biāo)準(zhǔn)對硬盤邏輯結(jié)構(gòu)作了劃分， 主要有分區(qū)表、BPB 表、FA T 表、數(shù)據(jù)區(qū)等幾部分。在硬盤格式化和分區(qū)后， 會在0 柱面0 磁頭1 扇區(qū)建立分區(qū)表， 此表記載了硬盤在各分區(qū)起始和結(jié)束所使用的磁頭、柱面、扇區(qū)號。對于每個分區(qū)， 邏輯0 扇區(qū)存放了一個BPB 表， 該表儲存了整個文件系統(tǒng)關(guān)鍵的數(shù)據(jù)， 包括文件系統(tǒng)的類型， 每個扇區(qū)的字節(jié)數(shù)（Byte2PerSec ） ， 每簇的扇區(qū)數(shù)（SecPerClu s） ， 保留扇區(qū)數(shù)（R svdSecCn t） ， FA T 表數(shù)目（N umFA T s） ， 根目錄起始簇（Roo tClu s） ， 以及盤符和卷標(biāo)等。其中簇（Clu STer） 是文件系統(tǒng)在效率原則下管理的最小單位， FA T 32 標(biāo)準(zhǔn)意味著每簇有8 扇區(qū)， 簇內(nèi)存貯單元采用32 位二進制數(shù)。文件系統(tǒng)類型還可以使用FA T 12 和FA T 16 標(biāo)準(zhǔn)， 表示簇內(nèi)存貯單元分別采用12 位和16 位二進制數(shù)。在格式化硬盤時， 依據(jù)硬盤簇的數(shù)目判斷選用哪種文件系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)， 若簇數(shù)小于4085 則是FA T 12， 若在4085 和65525 之間則是FA T 16， 大于65525 則是FA T 32。由于本文所述的系統(tǒng)使用大容量硬盤， 因而采用FA T 32 文件系統(tǒng)。

　　在原理上， FA T 32 和其它兩種方式是相同的， 完全可以移植過去。保留扇區(qū)是為BPB 表以后擴展保留一段區(qū)間， 暫且未被使用。

　　3.2　關(guān)于FAT 表

　　FA T 表實質(zhì)上是一系列存放著數(shù)據(jù)的鏈接表。

　　對于FA T 32 來說， 每四個字節(jié)（32b it） 對應(yīng)硬盤數(shù)據(jù)區(qū)上的一個簇， 它們的數(shù)值是當(dāng)前文件下一個簇的指針。如果這四個字節(jié)大于0x0FFFFFF8， 則表示當(dāng)前文件在該簇內(nèi)結(jié)束。若是0x00 則表示該簇是空的， 沒有存放數(shù)據(jù)， 而0xFFFFFF7 表示這個簇已經(jīng)損壞。采用這種方法， 在存取數(shù)據(jù)時只需沿著鏈接表尋址就行了， 不需按順序存取， 也不會因刪除文件造成磁盤碎片。FA T 表的大小是根據(jù)磁盤容量也就是簇的數(shù)量來決定， 不同磁盤FA T 表的大小不同。

　　出于可靠性考慮， FA T 表一般都要冗余它的備份，冗余數(shù)量由BPB 表的N umFA T s 來定， 通常為2。

　　這樣在突然斷電等意外情況下， 可以根據(jù)備份的FA T 表進行修復(fù)。

　　3.3　硬盤數(shù)據(jù)區(qū)

　　FA T 表之后是硬盤的數(shù)據(jù)區(qū)， 其開始是根目錄（ROO T D irecto ry） ， 此處存放了FA T 表根目錄下的文件與子目錄。存放格式有兩種， 一種是長文件名， 一種是短文件名（標(biāo)準(zhǔn)的813 格式） ， 通過數(shù)據(jù)中的特征位能分辨出來。長文件名和短文件名格式見參考文獻， 它包含了文件的名字、屬性、大小、起始簇數(shù)、建立及寫操作的時間。實際上子目錄的信息也被當(dāng)作一個文件存儲在根目錄區(qū)， 只是它的屬性為目錄， 大小為0。同樣， 子目錄起始簇內(nèi)存放了該目錄下文件和子目錄的信息表。依據(jù)這些信息， 可以在FA T 表找到該文件的鏈接表， 執(zhí)行對整個文件相應(yīng)操作。

　　3.4　資源共享的實現(xiàn)

　　對于不同的文字平臺， 為能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享， 采用UN ICODE 來存儲文件名。在長文件名中， 每個字符都是用16b it s 的UN ICODE 來表示的， 而在短文件名中， 采用用戶自定義的類型， 例如在簡體中文W indow s 下， 采用A SC？ 碼和GB2312 碼。通過U 2N ICODE 與其它碼表對比查找程序， 用戶可以在自己期望的文字平臺上進行操作。

　　圖3 是讀取一個文件的流程， 寫文件的方法和讀文件相類似， 只要注意在目錄里建立文件時， 先把數(shù)據(jù)寫入空白簇后再把FA T 表更新， 其中包括更新備份部分。

　　4　結(jié)束語

　　筆者通過U SB 接口使用S3C44B0X 中ARM 7TDM I 微處理器對20GB 以上的硬盤進行接口連接及控制， 用FA T 32 文件系統(tǒng)對硬盤進行數(shù)據(jù)管理， 多個大容量硬盤除了在ARM 系統(tǒng)能正常工作外， 在W IN 98/2000/XP 操作系統(tǒng)支持下的PC機上， 均能實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享。基于ARM 系統(tǒng)大容量硬盤管理與控制系統(tǒng)， 目前正被使用到遠程電力網(wǎng)數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)之中， 為嵌入式系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)存儲提供一種新的設(shè)計思路。