2019年10月24日 | 嵌入式FAT16/32文件系统 全面了解

1. 总则

本文件系统完全兼容FAT16/FAT32文件系统总共两种格式，兼容长文件名，兼容文字编码GB2312/UNICODE汉字编码（文件名完全支持中文），实现了支持子目录，实现了支持文件的读取，写入，删除，创建等文件系统常用功能。总之，本文件系统代码全部使用C代码编写，可以移植去各种单片机平台上面实现文件系统模块。

2. 文件系统支持路径字符串的原则

1)  盘符原则

a)  盘符原则，盘符命名由C开始，到Z结束

2)  文件名原则(长文件名的长度不超过250字符的字节)

a)  文件名可是文件名与扩展名混合组成， 1)短文件名不要超过8个字节，长文件名不要超过250字节 2)扩展名一般不要超过3个字节

b)  文件名首字符不要为数字

c)  文件名的字符串大小写不作区分

3. 文件系统功能论据

1)该文件系统完全兼容FAT16/FAT32文件系统总共两种格式，兼容长文件名，兼容文字编码GB2312/UNICODE汉字编码（文件名完全支持中文），实现了支持子目录，实现了支持文件的读取，写入，删除，创建等文件系统常用功能。

2)本文件系统代码全部使用C代码编写，代码可以移植去各种单片机平台上面实现文件系统模块运行。在单片机上运行程序员要把磁盘虚拟驱动替换为SD卡或者磁盘驱动。

3)本文件系统代码实现了文件读写缓冲：文件内存缓冲越大，文件读写越快，其大小可以用编译宏EnableFileBuf，TotalFileBUFsQTYeachFCB，FileBUFSize来设置（在配置文件fat_cfg.h中）。

4. 文件系统源代码文件说明举例

1)  fat.c—文件系统代码

2)  fat.h—文件系统函数声明文件

3)  Fat_cfg.h—配置文件文件系统

4)  Types.h—文件系统数据类型重替换的文件

5)  Flash_management.c—磁盘虚拟驱动

6)  Time.c—RTC实时时钟的驱动文件，文件存储，修改，创建时间提供

5. 文件系统重要占用内存数据结构(仅供参考，实际情况请参考配置文件fat_cfg.h)

1)  分区数据结构—支持FAT16/FAT32

   structpartition_BPB{

   charpartition_id; //从C开始到Z结束

   char system_id;//分区类型  0C-FAT32,06-FAT16 ect..

   long relative_sector;//分区起始扇区号

   longtotal_sector;   //分区总扇区数

   intbytes_per_sector;//每扇区字节数

   charsector_per_cluster; //每簇扇区数

   int reservedsector;  //保留扇区数

   charnumbers_of_FAT;//FAT副本数

   intboot_entries;//根目录项数，供FAT12/16使用

   intsmall_sector; //小扇区簇

   charmedia_descriptor; //媒体描述符

   intsectors_per_FAT; //每FAT扇区数，供FAT12/16使用

   intsectors_per_track; //每道扇区数

   intnumber_of_head; //磁头数

   longhidden_sectors; //隐藏扇区数

   longlarge_sector;//总扇区数，包含FAT32总扇区数

   longsector_per_FAT32;//每FAT扇区数，供FAT32使用

   int extended flag;// 扩展标志，供FAT32使用

   intfile_system_version; //文件系统版本

   longroot_cluster_number;//根目录簇号

   intfile_system_information_sectornumber; //文件系统信息扇区号

   intcopy_of_boot_sector;//备份引导扇区

       char reserved[12];//保留，，供FAT32使用

       };

2)  文件数据结构—支持FAT16/FAT32

   struct file_{

   charfilename[256];//支持长文件名

   charfile_extention[3]; //文件扩展名

   charfile_attribute;//属性

   char reserved;

   charcreate_time_10ms;//创建时间的10毫秒位

   intfile_created_time;//文件创建时间

   intfile_created_date;//文件创建日期

   intlast_access_date;//文件最后访问日期

   intfirst_cluster_number_high2bytes; //文件首簇号高16位

   intrecent_modified_time;//文件最近修改时间

   intrecent_modified_data;//文件最近修改日期

   intfirst_cluster_number_low2bytes; //文件首簇号低16位

   longfile_length;//文件长度

3)   Core数据结构

   struct core_{

  current_folder[256];//存放当前目录

   charfile_openned_flag;//标记struct file_已打开

   }

6. 文件系统API函数

1.   自动格式化FAT16/32函数FAT16_filesystem_autoformat()—该函数由系统U盘启动时可调用并运行，它首先会读取U盘 0扇区MBR，判断MBR有效标记是否为0x55aa，如果MBR有效标记不为0x55aa，该函数将把U盘自动格式化为FAT16或FAT32文件系统；起用自动格式化处理，U盘上原有的数据被迫丢失，因此以安全层面考虑，建议不用此函数。

2.FAT文件系统初始化必须函数char FAT_filesystem_initialiation()—该函数是在U盘启动时调用，是文件系统初始化必须调用的函数，它将U盘中默认的几个分区的信息读入struct partition_BPB中，并初始化struct CORE。

3.建立文件函数u8 create_file(u8 * filename)—该函数调用可在u盘上建立一个文件，文件名和路径通过参数char *filename指定；

4.目录建立函数u8 create_floder(u8 * foldername)—该函数调用可在u盘上建立一个目录，目录名和路径通过参数char *foldername指定；

5.重命名文件函数u8 rename_file(u8 * oldfilename,u8 * newfilename)—该函数用于U盘上的一个文件重命名，原文件由参数u8 * oldfilename指定，新文件名由参数u8* newfilename指定；

6.打开文件函数u8 open_file(u8 * filename)—该函数用于在U盘上的打开一个文件，文件名通过参数u8 * filename指定，打开文件成功，返回值为文件操作句柄FCBsn(FCB sequential number)，或0xff—打开文件错误，在打开错误情况下，建议先使用close_file关闭一个打开的文件后再执行打开文件。

7.关闭文件函数u8 close_file(u8 FCBsn)—该函数调用关闭一个已打开的文件，并释放文件占用的文件句柄，文件句柄由FCBsn指定。

8.改变当前目录函数u8cd_folder(u8 * foldername,u8 mode)—该函数用于改变文件系统的当前目录，目录改变至由参数u8 * foldername指定。函数并有两种的模式各为：1）参数mode= 0:--进入目录；2）参数mode=1--返回上层目录。

9.文件读写位置定位函数u8 f_seek(u8FCBsn, s32 offset, u8 origin)—该函数用于文件读写当前位置的设定定位；FCBsn –是需要操作文件的文件打开句柄；offset--相对origin起始外位置偏移量；origin 指定位置移动的起始外位置，其起始外位置共有三个： SEEK_SET(0) 文件开始位置SEEK_CUR(1) 文件当前位置SEEK_END(2) 文件结束位置。

10.文件读取函数u16 read_file(u8 FCBsn,8* buffer, u16length)—该函数用于打开的文件当前位置去读取一个指定的长度的一串数据，读取数据将存放在缓冲区buffer内，读取数据长度可由参数u16 length指定，缓冲区的首地址可由参数u8 * buffer指定，该函数返回是读取成功的总共字节数；

11.文件写入函数u16 write_file(u8 FCBsn,u8* buffer, u16length)- 该函数实现将缓冲区buffer内的指定长度的数据去写入一个打开文件的当前位置，，写入数据长度由参数u16length指定，缓冲区首地址由参数char* buffer指定，函数返回值为成功写入的数据字节数；

12.目录遍历函数u8 folder_enumeration(u8 *return_string,u8mode,u8 *ATTR)—该函数用于遍历u盘当前目录下所有的文件和目录，调用一次将返回一个文件或目录，同时定义了二种遍历模式，mode(0)-调用后将复位到目录的第一个文件或目录重新开始，mode(1)-继续上一次遍历目录项，遍历模式由参数charmode传递，遍历返回的文件项目录名存储于缓冲区中，其首地址由参数u8*return_string指定，返回文件目录项的类型由u8*ATTR传递，其值是返回文件或目录directoryentry的attribute字段；

13.U盘整盘遍历函数u8disk_enumeration(u8 disk_,u8 *return_string,u8 mode,u8* ATTR)—该函数可以用于遍历指定U盘整盘下所有的文件与目录，一次调用返回一个文件或目录，同时定义了二种遍历模式，mode(0)-调用后将复位到目录的第一个文件或目录重新开始遍历，mode(1)-继续上一次遍历的目录项，被枚举磁盘ID（ID编号由0开始，到Maximum_Disks – 1）由参数u8 disk_指定，遍历的模式由参数charmode指定，遍历返回的文件或目录名存储于缓冲区中，其首地址由参数u8 *return_string指定，返回文件目录项的类型由u8 *ATTR传递，其值是返回文件或目录directory entry的attribute字段； 文件系统遍历算法使用专利的《深度优先算法》。

14.删除文件函数-- u8 delete_file(u8 *filename)—该函数用于删除U盘上的一个文件，删除的文件名通过参数char*filename指定。

15.删除目录函数-- u8 delete_folder(u8 * foldername)—该函数用于删除u盘上的一个目录，删除目录名通过参数u8 *foldername指定，被删除目录必须是空的目录；

16.  文件查找函数—u8 find_file(u8 * filename,u8 mode, u8* folder_name )—查找文件函数支持2种模式：1）mode = 0：当前目录下查找；2）mode=1：在U盘内查找；查找文件名通过参数char * filename指定，查找模式通过参数u8 mode指定，查找成功后文件名加上其所在目录的完整路径名的字符串通过参数folder_name返回。

17.查询分区容量和剩余容量函数—u8 volume_inquiry(u8 partition_id,u32 *volume_capacity, u32 *volume_free_space);—该函数用来查询可指定分区分区容量和剩余空间，分区号请通过参数u8partition_id指定，查询结果的分区容量将存入在参数u32 *volume_capacity，查询结果的剩余容量将存入在参数u32 *volume_free_space。

7. 例程

1)使用volume_inquiry()，获取分区容量和分区剩余容量

volume_inquiry('c',&cc,&bb);

printf("Volume C Capacity: %ldn",cc);

printf("Volume C FreeSpace: %ldn",bb);

2)在当前目录{C:\}之下建立目录：CREATE_FOLDER_TEST

create_floder("CREATE_FOLDER_TEST");

3)在目录CREATE_FOLDER_TEST之下建立文件：created_file.txt

create_file("C:\CREATE_FOLDER_TEST\created_file.txt");  

4)进入目录d:\CREATE_FOLDER_TEST，并打印目录d:\CREATE_FOLDER_TEST的所有文件！

cd_folder("d:\CREATE_FOLDER_TEST",0);

  mode = 0;

while(folder_enumeration(buf,mode,&ATTR) == SUCC)

  {

    printf("nreaded entry=%s Attr = %x",buf,ATTR);

     mode = 1;

  }

5)返回根目录，并打印根目录下的所有文件

cd_folder(" ",1);

  mode = 0;

while(folder_enumeration(buf,mode,&ATTR) == SUCC)

  {

    printf("nreaded entry=%s Attr = %x",buf,ATTR);

     mode = 1;

  }

6)DISK0 被 拷贝至DISK1

  mode = 0;  //设置disk_enumeration列举mode(0)-复位至第一个文件项或目录项开始枚举

  while(disk_enumeration(0,buf,mode,&ATTR)== SUCC)       //枚举一个目录项或目录项

  {

     printf("nreaded entry=%s Attr =%x",buf,ATTR);  //打印被枚举的一个目录项或目录项

     if(mode == 0)

       mode = 1;//设置disk_enumeration列举mode(1)- 继续上一枚举后的目录项或目录项

      if(ATTR & ATTR_DIRECTORY)

      {

       buf[0]++;                                          //盘符由C加1，成为D

       create_floder(buf);                            //建一个disk_enumeration的目录

       continue;

      }

      else                                                           //复制文件

     { HANDLE1 = open_file(buf);                                      //打开文件

       buf[0]++;                                          //盘符由C加1，成为D

       create_file(buf);                                    //在DISK1上建立文件，

      }

     if (HANDLE1 != FAIL)

     {HANDLE2 = open_file(buf);                          //打开DISK1上建立的文件

       do{                                                           //复制文件

        cc = read_file(HANDLE1,buf+400,50000);                            //读文件

         printf("nreaded chars = %ld",cc);                   //打印读文件读取的字节数

        write_file(HANDLE2,buf+400,cc);          //将读取的字节写去DISK1上的文件

         if(cc != 50000)                            //检查读取的字节数，确认文件尾

         {

          close_file(HANDLE1);                           //文件复制结束，关闭文件

          close_file(HANDLE2);

           break;  

         }

      }while(1);

     }

    else

     {

      printf("Openfile failed!");

     }

  }

     {

      printf("Openfile failed!");