Flash盤(pán)的FAT結(jié)構(gòu)分析

Flash 盤(pán)的FAT 結(jié)構(gòu)
Flash 硬盤(pán)與普通的磁頭、柱面式介質(zhì)不一樣。在開(kāi)發(fā)U 盤(pán)的過(guò)程中，使用Flash 作為存儲(chǔ)介質(zhì)。它有其特定的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
以16M 的三星K9F2808U0A-YCB0 Flash 為例，它有1024 個(gè)Block，每個(gè)Block 有32個(gè)Page，每個(gè)Page 有512+16＝528 個(gè)字節(jié)。

Flash 的結(jié)構(gòu)
Flash 的讀寫(xiě)有其自身特點(diǎn)：1）必須以Page 為單位進(jìn)行讀寫(xiě)；2）寫(xiě)之前必須先擦除原
有內(nèi)容；3）擦除操作必須對(duì)Block 進(jìn)行，即一次至少擦除一個(gè)Block 的內(nèi)容。
針對(duì)這種情況，將Flash 的一個(gè)Page 定為1 個(gè)扇區(qū)，將其2 個(gè)Block，64 個(gè)扇區(qū)定為
一個(gè)簇，這樣，簇的容量剛好為512＊64＝32K，滿(mǎn)足FAT16 對(duì)簇大小的要求。
FAT 分配空間的時(shí)候，是按簇來(lái)分配的，但是其給出的地址卻是LBA（Logical Block
Address），即它只給出一個(gè)扇區(qū)號(hào)，比如對(duì)此Flash 而言，若給出LBA 為0x40，實(shí)代表簇1
的扇區(qū)1。因此需要將Logical Block Address 轉(zhuǎn)換為物理地址，這樣，才可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存
取操作。根據(jù)我們定義的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換公式為：
Flash 的Block ＝ Logical Block Address／0x20
Flash 的Page ＝ Logical Block Address %0x20
實(shí)際上，如果定義每個(gè)簇為32 個(gè)扇區(qū)是最好的，因?yàn)檫@樣物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)剛好一
致。但是這也無(wú)防，因?yàn)椴还躄ogical Block Address 給出什么值，只要按上述公式，總可以
得到物理上正確的Block 和Page，再使用Flash 的讀寫(xiě)命令讀取對(duì)應(yīng)的Block 和Page 就可
以了，讀的問(wèn)題復(fù)雜一些，在后面介紹。
因此簇和扇區(qū)的概念只是在BPB 中給出存儲(chǔ)介質(zhì)信息的時(shí)候告之系統(tǒng)就可以了，我們
只要做好LBA 與物理地址間的轉(zhuǎn)換就可以了。
由于做為U 盤(pán)的Flash 不要求啟動(dòng)，因此可以沒(méi)有MBR 區(qū)，只包含DBR、FAT、DIR
和DATA 四個(gè)區(qū)。
因此，F(xiàn)lash 的前兩個(gè)Block 的內(nèi)容如下：

LBA Block／Page 長(zhǎng)度 內(nèi)容說(shuō)明
0 0,0 512 字節(jié) MBR＝BPB＋Excutable Code+55AA（查看內(nèi)容）
1~2 0,1~0,2 1024 字FAT 區(qū)（第一份FAT）

???????????????????? ? 節(jié)

3~4 0,3~0,4? 1024字節(jié)? FAT 區(qū)備份（第二份FAT）
5~39H??????????????????????????目錄區(qū)(在BPB 中調(diào)整目錄項(xiàng)數(shù)，使其剛好占盡本簇)
40H~???????????????????????????? 數(shù)據(jù)區(qū)（因目錄區(qū)占盡一個(gè)簇，故數(shù)據(jù)區(qū)始于新簇首扇）

當(dāng)Host 發(fā)出READ 命令后，F(xiàn)lash 讀寫(xiě)操作即告開(kāi)始，Host 首先讀取MBR，得到有關(guān)存儲(chǔ)介質(zhì)的有關(guān)信息，諸如扇區(qū)長(zhǎng)度、每簇扇區(qū)數(shù)以及總扇區(qū)數(shù)等內(nèi)容，以便知道此盤(pán)有多大。如果讀取正確，會(huì)接著讀取文件分配表，借以在PC 機(jī)上的可移動(dòng)盤(pán)符中顯示文件目錄，并可以復(fù)制、刪除或是創(chuàng)建文件。系統(tǒng)自動(dòng)將這些命令都轉(zhuǎn)換成Read 或Write 兩種命令，通過(guò)USB 的READ 或WRITE 命令塊描述符來(lái)從Flash 中相應(yīng)扇區(qū)讀取數(shù)據(jù)，或是將特定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)寫(xiě)入Flash 相應(yīng)簇中。

Flash 的讀寫(xiě)
針對(duì)Flash 讀寫(xiě)的特點(diǎn)，特別是其可隨機(jī)讀，但無(wú)法隨機(jī)寫(xiě)的問(wèn)題，需要通過(guò)設(shè)置緩沖
區(qū)來(lái)解決。在與USB Host 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的過(guò)程中，最小的單位是扇區(qū)：512 字節(jié)。由于Flash
在寫(xiě)之前必須先擦除，而一擦又必須擦一個(gè)Block，因此在擦除某Block 之前必須保存同一
個(gè)Block 中有關(guān)扇區(qū)的數(shù)據(jù)。因此，如果每收到一個(gè)扇區(qū)的內(nèi)容就進(jìn)行一次擦、保存、寫(xiě)的
操作，系統(tǒng)任務(wù)將十分繁重，無(wú)法及時(shí)響應(yīng)USB Host 端的請(qǐng)求。
因此，在系統(tǒng)中設(shè)置32K 的緩沖區(qū)（ARM7 系統(tǒng)具有2M SDRAM，因此內(nèi)存足夠，如果在8051 平臺(tái)上，則需要另外想辦法），每完成一次數(shù)據(jù)傳輸后，記下本次要寫(xiě)的開(kāi)始扇區(qū)和總扇區(qū)數(shù)，將本次要寫(xiě)的數(shù)據(jù)所涉及的扇區(qū)以外的數(shù)據(jù)從Flash 中讀出來(lái)，存放在緩沖區(qū)中對(duì)應(yīng)位置，然后擦除一個(gè)Block，再將緩沖區(qū)中內(nèi)容一次全部重新寫(xiě)入Flash。