单片机实现FAT32文件系统：创建、读取与SD卡操作详解
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更新于2024-07-31
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FAT32文件系统是一种广泛应用于嵌入式设备，如手机、MP3、MP4等的文件管理系统，其成功之处在于提供了一种跨平台的文件组织方式，使得数据管理更为便捷。本文主要关注FAT32在单片机系统中特别是SD卡上的实现，通过一个实际操作示例来解析其存储机制。
首先，FAT32文件系统由多个区域组成，其中关键的是DBR（DOS Boot Record，即DOS引导记录区）。DBR是系统启动时的第一个结构，包含BPB（Block Parameter Block，块参数块），这是DBR的核心部分，位于第12~90字节。理解BPB至关重要，它包含了磁盘的基本配置信息，如每扇区的字节数、簇大小等。
当在一张格式化为FAT32的SD卡上创建一个文本文件，如输入20个字符，实际上涉及到了DBR、FAT（File Allocation Table，文件分配表）和数据区的交互。DBR包含了磁盘基本参数，而FAT则是用来记录每个文件和目录的位置，便于快速找到数据。数据区则是实际存放文件的地方。
在单片机系统中实现文件读取时，首先要正确解析DBR中的信息，例如通过紫色字段的两个字节得知每个扇区有512个字节。接着，根据BPB的指示，可以计算出文件所在的簇和扇区位置，然后通过访问FAT获取文件的实际物理地址，最后读取并输出文件内容至调试终端。
整个过程涉及的步骤包括：
1. 在Windows环境中格式化SD卡并创建文本文件。
2. 单片机读取并解析DBR，获取扇区大小和簇信息。
3. 使用FAT查找文件的物理位置。
4. 从数据区读取文件内容。
5. 将文件内容显示在调试终端上。
通过这个实例，读者不仅能了解FAT32文件系统的工作原理，还能学习如何在实际应用中操作和利用这种系统，特别是在资源有限的嵌入式设备上。这种技能对于开发需要与外部设备交互或者数据共享的单片机项目来说，具有很高的实用价值。
unsigned char BPB_FATSz32[4]; //一个 FAT 表扇区数 offset:36
unsigned char BPB_ExtFlags[2]; //FAT32 特有 offset:40
unsigned char BPB_FSVer[2]; //FAT32 特有 offset:42
unsigned char BPB_RootClus[4]; //根目录簇号 offset:44
unsigned char FSInfo[2]; //保留扇区 FSINFO 扇区数 offset:48
unsigned char BPB_BkBootSec[2]; //通常为 6 offset:50
unsigned char BPB_Reserved[12]; //扩展用 offset:52
unsigned char BS_DrvNum[1]; // offset:64
unsigned char BS_Reserved1[1]; // offset:65
unsigned char BS_BootSig[1]; // offset:66
unsigned char BS_VolID[4]; // offset:67
unsigned char BS_FilSysType[11]; // offset:71
unsigned char BS_FilSysType1[8]; //"FAT32 " offset:82
};
在程序中我们采用以上的结构体指针对扇区数据指针进行转化，就可以直接读取数据中的某一字段，如要读取
BPB_BytesPerSec，可以这样来作：
((struct FAT32_DBR *)pSector)-> BPB_BytesPerSec
用如上语句就可以得到这一字段的首地址。
心细的读者可能会发现读回来的字节拼在一起，与实际的数据并不吻合。例如 BPB_BytesPerSec 读出来的内容是“00
02”，在程序中我们把 00 作为 int 型变量的高字节，把 02 作为其低字节，那么这个变量的值为 2，而实际的 SD 卡里的
扇区大小为 512 个字节，这 512 与 2 之间相去甚远。是什么造成这种现象的呢？
这就是大端模式与小端模式在作怪。上面我们合成 int 型变量的方法（00 为高字节，02 为低字节）为小端模式。而如
果我们改用大端模式来进行合成的话，结果就会不同：将 02 作高字节，而把 00 作低字节，变量值就成了 0x0200（十
进制的 512），这样就和实际数据吻合了。可见 FAT32 中字节的排布是采用小端模式的。在我们程序中需要将它转
为大端模式的表达方式。在笔者的程序有这样一个函数 lb2bb，专门垃圾将小端模式转为大端模式，程序如下：
unsigned long lb2bb(unsigned char *dat,unsigned char len) //小端转为大端
{
unsigned long temp=0;
unsigned long fact=1;
unsigned char i=0;
for(i=0;i<len;i++)
{
temp+=dat[i]*fact;
fact*=256;
}
return temp;
}
这样就可以从 BPB 中读出关于磁盘的各种参数信息，为我们后面的工作作准备。而这个从 BPB 中读取参数装入到参
数表中以备后用的过程就是 FAT32 的初始化了。具体的实现如下：
先定义用来装入从 BPB 中读取的参数的结构：
struct FAT32_Init_Arg
{
unsigned char BPB_Sector_No; //BPB 所在扇区号
unsigned long Total_Size; //磁盘的总容量
unsigned long FirstDirClust; //根目录的开始簇
unsigned long FirstDataSector; //文件数据开始扇区号
unsigned int BytesPerSector; //每个扇区的字节数
FAT study project,,,xpstudio2008
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