基于stm32f103zet6的FAT16文件系統(tǒng)學(xué)習(xí)1（初識(shí)FAT16）

有了之前讀寫(xiě)block的基礎(chǔ)之后，準(zhǔn)備弄個(gè)文件系統(tǒng)，之前沒(méi)有接觸過(guò)這東西，所以有很多都暈暈的，但是看到fat的源代碼之后還是挺有信心的，因?yàn)橹耙恢边^(guò)uboot，所以這個(gè)文件當(dāng)然是小巫見(jiàn)大巫了。首先來(lái)分析一下對(duì)應(yīng)我的SD的FAT16的相關(guān)信息吧（暫且就這么稱吧，因?yàn)槲乙膊皇呛芰私猓?/p>

一、引導(dǎo)扇區(qū)段

拿比較簡(jiǎn)單的FAT16文件系統(tǒng)來(lái)分析，格式化為FAT16，然后使用Winhex軟件打開(kāi)我的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。先貼上一張圖

這上面可以發(fā)現(xiàn)很多有用的信息，首先我們了解一下基本知識(shí)，對(duì)于我的SD卡來(lái)說(shuō)，從上面的信息可以看出：

1、一個(gè)扇區(qū)定為512字節(jié)。

2、啟動(dòng)扇區(qū)為0扇區(qū)，同時(shí)這也是物理扇區(qū)0，但是，從上面可以看出，我的SD卡是沒(méi)有MBR（主引導(dǎo)記錄區(qū)）的，所以這個(gè)物理扇區(qū)0也就是我的DBR（系統(tǒng)引導(dǎo)扇區(qū)），也就是所謂的邏輯扇區(qū)0吧（這是我個(gè)人的理解）

補(bǔ)充一下：如果有MBR的，那么MBR為訪問(wèn)的第一個(gè)扇區(qū)，該扇區(qū)必須負(fù)責(zé)找到DBR

3、那么下面來(lái)分析一下這個(gè)DBR吧?？聪旅嬉粡埍?，就可以知道它的定義了。下面這張表實(shí)在網(wǎng)上找的，所以和我的SD卡描述的不一樣，我把我的SD描述的情況補(bǔ)充在后面。

自然從這個(gè)表上面我們可以獲取如下主要信息：

每扇區(qū)字節(jié)數(shù)：0x0200 = 512字節(jié)

每簇扇區(qū)數(shù)： 0x20 = 32扇區(qū)

保留扇區(qū)數(shù)： 1扇區(qū)

FAT表份數(shù)： 0x02 = 2份

根目錄項(xiàng)數(shù)： 0x0200 = 512，所以做多能存放的文件或者文件夾數(shù)目 = 512.

每個(gè)FAT表所占的扇區(qū)：0x00f3 = 243個(gè)扇區(qū)

FAT表所在的分區(qū)前面隱藏的扇區(qū)數(shù)：0x00 = 0，再次驗(yàn)證了我之前的猜測(cè)。沒(méi)有MBR的，只有DBR。

卡的容量（總的扇區(qū)數(shù)）： 0x1e5c00 =1989632 ,那么換算成M就是：1989632 * 512B = 971.5M

卡的ID： 0x980b5f1f

FilesysType ：0x31544146就是FAT16的ASCII碼。

可執(zhí)行代碼：從0x3c 開(kāi)始的 347和字節(jié)都是可執(zhí)行代碼。

繼續(xù)看表格。

DBR的偏移 0x5A開(kāi)始的數(shù)據(jù)為引導(dǎo)代碼。這是由偏移 0x00 開(kāi)始的跳轉(zhuǎn)指令所指向的。 所列出的偏移 0x00~0x02 的跳轉(zhuǎn)指令"EB 3c 90"清楚地指明了引導(dǎo)代碼的偏移位置。jump 3cH加上跳轉(zhuǎn)指令所需的位移量，即開(kāi)始于 0x3c。此段指令在不同的操作系統(tǒng)上和不同的引導(dǎo)方式上，其內(nèi)容也是不同的。從頭到尾梳理一遍，我們的FAT16文件系統(tǒng)框架就是這樣：

引導(dǎo)扇區(qū)段

字節(jié)位移字節(jié)長(zhǎng)度字段名稱

0x003跳轉(zhuǎn)指令

0x038OEMID

0x0b2BPB

0x2424擴(kuò)展BPB

0x3c448引導(dǎo)代碼

0x1fe4扇區(qū)結(jié)束標(biāo)識(shí)符

二、關(guān)于FAT表

1、FAT 表(File Allocation Table 文件分配表)，是 Microsoft 在 FAT 文件系統(tǒng)中用于磁盤(pán)數(shù)據(jù)(文件)索引和定位引進(jìn)的一種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。假如把磁盤(pán)比作一本書(shū)，F(xiàn)AT 表可以認(rèn)為相當(dāng)于書(shū)中的目錄，而文件就是各個(gè)章節(jié)的內(nèi)容。但FAT 表的表示方法卻與目錄有很大的不同。在 FAT 文件系統(tǒng)中，文件的存儲(chǔ)依照 FAT 表制定的簇鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行。同時(shí)，F(xiàn)AT 文件系統(tǒng)將組織數(shù)據(jù)時(shí)使用的目錄也抽象為文件，以簡(jiǎn)化對(duì)數(shù)據(jù)的管理。

2、FAT16 文件系統(tǒng)從根目錄所占的 32 個(gè)扇區(qū)之后的第一個(gè)扇區(qū)開(kāi)始以簇為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，這之前仍以扇區(qū)為單位。對(duì)于根目錄之后的第一個(gè)簇，系統(tǒng)并不編號(hào)為第 0 簇或第 1 簇 (可能是留作關(guān)鍵字的原因吧)，而是編號(hào)為第 2簇，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)區(qū)順序上的第 1 個(gè)簇也是編號(hào)上的第 2 簇

3、FAT 文件系統(tǒng)之所以有 12，16，32 不同的版本之分，其根本在于 FAT 表用來(lái)記錄任意一簇鏈接的二進(jìn)制位數(shù)。以 FAT16 為例，每一簇在 FAT 表中占據(jù) 2字節(jié)(二進(jìn)制 16 位)。所以，F(xiàn)AT16 最大可以表示的簇號(hào)為 0xFFFF(十進(jìn)制的65535)，以 32K 為簇的大小的話，F(xiàn)AT32 可以管理的最大磁盤(pán)空間為：32KB×65535=2048MB,這就是為什么FAT16 不支持超過(guò) 2GB 分區(qū)的原因。

FAT表記錄了磁盤(pán)數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)鏈表，對(duì)于數(shù)據(jù)的讀取而言是極其重要的，以至于Microsoft為其開(kāi)發(fā)的FAT文件系統(tǒng)中的FAT表創(chuàng)建了一份備份，就是我們看到的FAT2。FAT2與FAT1的內(nèi)容通常是即時(shí)同步的，也就是說(shuō)如果通過(guò)正常的系統(tǒng)讀寫(xiě)對(duì)FAT1 做了更改，那么FAT2 也同樣被更新。如果從這個(gè)角度來(lái)看，系統(tǒng) 的這個(gè)功能在數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)是個(gè)天災(zāi)

4、FAT 表實(shí)際上是一個(gè)數(shù)據(jù)表，以 2 個(gè)字節(jié)為單位，我們暫將這個(gè)單位稱為FAT 記錄項(xiàng)，通常情況其第 1、2 個(gè)記錄項(xiàng)(前 4 個(gè)字節(jié))用作介質(zhì)描述。從第三個(gè)記錄項(xiàng)開(kāi)始記錄除根目錄外的其他文件及文件夾的簇鏈情況。根據(jù)簇的表現(xiàn)情況 FAT 用相應(yīng)的取值來(lái)描述，特殊情況如下：

5、下面開(kāi)始分析一個(gè)FAT表，我給SD裝入一個(gè)文件，名為BingGe.bin

6、如上圖，F(xiàn)AT表以"F8 FF FF FF" 開(kāi)頭，此2 字節(jié)為介質(zhì)描述單元，并不參與FAT表簇鏈關(guān)系?？梢钥闯鍪菢?biāo)識(shí)符和第一簇已被占用的意思。

它的第一個(gè)簇的地址是0x0002。這個(gè)地址從哪里得來(lái)的要看后面的內(nèi)容了，暫且就把它當(dāng)已知條件吧。這也就是說(shuō)，在SD卡的第2個(gè)簇里邊存放著dssd.bin的第1個(gè)16K數(shù)據(jù)，那么它的第二個(gè)16K放在哪里呢，我們要看FAT表，每2個(gè)簇對(duì)應(yīng)于FAT表中的第4，5個(gè)字節(jié)，里邊的內(nèi)容為0003接下來(lái)的第4、5字節(jié)表示 0x0003，這是第2簇，

第6、7字節(jié)表示0x0004，這是第3簇

。。。

。。。

可以發(fā)現(xiàn)總共是到0x000b結(jié)束的。

所以可以推斷出這個(gè)文件占用空間是9個(gè)簇，那么大小= （10*32*512） =163840（簇注意結(jié)束符才算最后一個(gè)簇），那么我們截張圖看一下，占用大小是多少

顯然占用空間也是163840，完全和我們計(jì)算的一樣。那么，我們繼續(xù)跟蹤一下，既然文件是按照簇為單位進(jìn)行存儲(chǔ)的，那么我們的一個(gè)簇是16KB，暫且不管第2個(gè)簇是什么內(nèi)容。因?yàn)槲覀兾募械膬?nèi)容是從第2簇開(kāi)始的，第2簇存放的是0003，數(shù)據(jù)0003表示接下來(lái)的簇是第3簇，以此類推，可以知道第9簇里面的內(nèi)容是000b，接下來(lái)是第b簇也就是結(jié)束簇，至此完成FAT表的初步分析。

三、有關(guān)根目錄

根目錄區(qū)里面放的東西就是根目錄下所見(jiàn)的東西，根據(jù)對(duì)引導(dǎo)扇區(qū)的分析，我們可以找到根目錄區(qū)在第448扇區(qū)內(nèi)，如何知道的呢？看一張圖示表

紅色箭頭部分，表示保留扇區(qū)，這里我的SD卡是由兩個(gè)保留扇區(qū)的。所以我們的根文件目錄扇區(qū) = （FAT*2）+保留+引導(dǎo)扇區(qū) = 446+1+1 = 448扇區(qū)，從0開(kāi)始，也就是第447扇區(qū)。那么我們的根文件目錄就是第448扇區(qū)了。其實(shí)，當(dāng)我們了解了整個(gè)結(jié)構(gòu)之后，就能夠通過(guò)winhex來(lái)，整體把握這個(gè)FAT的結(jié)構(gòu)了。

1、開(kāi)始貼上根目錄里面的內(nèi)容

FAT16和FAT32每個(gè)文件名都占32個(gè)字節(jié)，這里放的是短文件名。但FAT16的根目錄區(qū)只有32個(gè)扇區(qū)，計(jì)算一下，每個(gè)扇區(qū)512字節(jié)，共32個(gè)扇區(qū)，而每個(gè)文件要占用32個(gè)字節(jié)，很顯然，根目錄只能放512個(gè)文件了。我們對(duì)照這下面的這個(gè)表格來(lái)提取信息

就看最前面的32字節(jié)吧，它表示了一個(gè)文件(或文件夾)，現(xiàn)在對(duì)它分析一下。前11個(gè)字節(jié)是文件名。從后面的ASCII表中可以看出，它就是我寫(xiě)進(jìn)去的那個(gè)名為BingGe.bin。至于為什么會(huì)出現(xiàn)那個(gè)A，我也不得而知了。第0x0B個(gè)字節(jié)內(nèi)容為0x20，可以知道它的屬性為存檔，這與我們從windows中觀察到的它的屬性是一致的。

0x18~0x19 中的日期=(年份-1980)*512+月份*32+日。得出的結(jié)果換
算成 16 進(jìn)制填入即可。也就是：0x18 字節(jié) 0~4 位是日期數(shù)；0x18 字節(jié) 5~7 位
和 0x19 字節(jié) 0 位是月份；0x19 字節(jié)的 1~7 位為年號(hào)，原定義中 0~119 分別代
表 1980~2099，目前高版本的Windows允許取 0~127，即年號(hào)最大可以到 2107
年。

那么我看看我們的修改日期：3f 89 = 0011111 1100 01001，那么日期為9 ，月份為12月，年份為31+1980 = 2011年，所以修改日期應(yīng)該為2011.12.9，再看看我們的文件

果然是沒(méi)有錯(cuò)的。接著看目錄是怎樣訪問(wèn)的。

可以看到我們的一個(gè)文件夾地址是0x0c那么，跳轉(zhuǎn)到這個(gè)簇去看一看就行了。

前面那個(gè)項(xiàng)，一個(gè)是2E，一個(gè)是2E 2E，它倒底是何方神圣，對(duì)照ASCII表，它就是一個(gè)小點(diǎn)“.”。這個(gè)小點(diǎn)什么意思，那第二項(xiàng)就是“..”，有沒(méi)有什么啟發(fā)？——DOS!那個(gè)
古老的操作系統(tǒng)是怎么訪問(wèn)文件夾的？cd ..就是返回上一層目錄。難道是它……？沒(méi)錯(cuò)!就是它，一個(gè)點(diǎn)代表當(dāng)前目錄，兩個(gè)點(diǎn)代表上級(jí)目錄。哈哈?？匆幌庐?dāng)前目錄那一項(xiàng)，看一下它的地址，000A，就是這個(gè)目錄。而..對(duì)應(yīng)的那一項(xiàng)，分析一下地址。00 00，也就是根目錄。所以就可以利用這里找到上一級(jí)目錄，于是就可以實(shí)現(xiàn)一級(jí)一級(jí)目錄的訪問(wèn)了。到這里根目錄也就初步分析完畢了。接下來(lái)準(zhǔn)備開(kāi)始進(jìn)行初步的移植文件系統(tǒng)了。