MMC卡的文件系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法
關(guān)鍵詞 MMC／SD卡 FAT單片機(jī) 文件系統(tǒng)
引 言
多媒體卡MMC(MultiMedia Card)是由美國SanDisk公司和德國Simens公司于1997年共同開發(fā)推出的一種多功能存儲(chǔ)卡。內(nèi)置控制電路，可以使用在手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、MP3、PDA等多種數(shù)字設(shè)備上，可反復(fù)記錄30萬次?，F(xiàn)在市場上的主流容量有128 MB～2 GB。
文中首先介紹單片機(jī)對(duì)SPI協(xié)議下的MMC卡的底層讀寫操作，然后分析MMC卡文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，最后詳細(xì)說明MMC卡文件的創(chuàng)建、讀寫、刪除等操作。該方法可應(yīng)用到與Windows有交互的嵌入式系統(tǒng)中，便于文件的統(tǒng)一管理。
1 單片機(jī)與MMC卡的接口
1.1 單片機(jī)與MMC卡的接口電路
接口電路采用的是Philips公司的增強(qiáng)型LPC93x系列單片機(jī)。它除了比普通的8051有更快的指令執(zhí)行周期外，還提供多種在片的硬件接口功能，如UART、SPI、I2C等，因此用LPC93x的SPI接口實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與MMC卡的互連。
MMC卡有7個(gè)引腳，支持兩種串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，即MMC(Multimedia Card)模式和SPI(Serial PeripheralInterface)模式。在SPI模式中，通過4條信號(hào)線完成數(shù)據(jù)的傳輸。這4條信號(hào)線分別是時(shí)鐘SPICLK、數(shù)據(jù)輸入MISO、數(shù)據(jù)輸出MOSI和片選SS#。
LPC93x單片機(jī)與MMC卡的接口電路如圖l所示。
1.2 MMC卡底層讀寫原理
MMC卡讀寫操作都是基于命令的，通過向MMC卡發(fā)送樞直的命令并讀取樞直的響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)MMC卡的控制。在對(duì)MMC卡讀寫之前，首先要進(jìn)行初始化操作。這是確保MMC卡能在SPI模式下進(jìn)行正常數(shù)據(jù)讀寫的前提。需要注意的是，在發(fā)送使MMC卡空閑命令CMD0之前至少等待74個(gè)時(shí)鐘，確保MMC卡進(jìn)入SPI模式。
初始化完戚之后，如果使用默認(rèn)的塊讀寫長度(512字節(jié))，就可進(jìn)行MMC卡的讀寫。當(dāng)然，也可用CMD16來設(shè)置。MMC卡的塊讀取長度，可以是1～512字節(jié)之間的任意值。但是對(duì)MMC的寫過程則要求塊長度必須為512字節(jié)。無論是MMC卡的讀還是寫，都要求在讀寫命令發(fā)送后有數(shù)據(jù)起始令牌FEH，數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束之后有2個(gè)字節(jié)的循環(huán)冗余編碼CRC(Cyclic Redundancy Codes)。
2 MMC卡文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析
要使寫入MMC卡的數(shù)據(jù)在Windows下訪問，需要在MMC卡上創(chuàng)建Windows支持的FATl6文件系統(tǒng)。MMC卡上的FATl6文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包含分區(qū)引導(dǎo)記錄、文件分配表、文件目錄表以及數(shù)據(jù)區(qū)4個(gè)部分。
分區(qū)引導(dǎo)記錄通常包含4塊內(nèi)容；
①BIOS參數(shù)記錄塊BPB(BIPS Parameter Block)；
②磁盤標(biāo)志記錄表；
③分區(qū)引導(dǎo)記錄代碼區(qū)；
④結(jié)束標(biāo)志55AA。
BPB表從扇區(qū)字節(jié)位移0bH開始，共占25字節(jié)。表1是從MMC卡的首扇區(qū)中讀出的BPB表的內(nèi)容。
在分區(qū)引導(dǎo)記錄之后是FAT(File Allocation Table，文件分配表)區(qū)。FATl6的文件系統(tǒng)中有兩份完全相同的文件分配表FATl和FAT2，每份FAT表占用空間的大小可從BPB表中查得。
文件在磁盤上以簇為單位存儲(chǔ)，但是同一個(gè)文件的數(shù)據(jù)并不一定完整地存放在磁盤的一個(gè)連續(xù)的區(qū)域內(nèi)，往往會(huì)分成若干簇，F(xiàn)AT表就是記錄文件存儲(chǔ)中簇與簇之問連接信息的，這就是文件的鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)。FATl6以2個(gè)字節(jié)(即16位)表示1個(gè)簇，起始2個(gè)字為F8FFH、FFFFH，后面的FFFFH表示終止，0000H表示未使用。
緊接在FAT表之后的是文件目錄表FDT，固定占32個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)可以容納16個(gè)登記項(xiàng)，每個(gè)登記項(xiàng)的長度是32字節(jié)。
文件目錄表之后就是數(shù)據(jù)區(qū)DATA，用來存放文件數(shù)據(jù)，占用大部分的磁盤空間。
3 MMC卡文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
單片機(jī)對(duì)MMC底層的讀寫，按照FATl6的格式對(duì)MMC卡上數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，就可在MMC卡上創(chuàng)建文件、讀寫文件和刪除文件等，從而實(shí)現(xiàn)文件的管理。
3.1 文件(或目錄)的創(chuàng)建
在MMC卡上創(chuàng)建文件(或目錄)的過程就是在文件目錄表FDT中申請(qǐng)登記項(xiàng)的過程。登記項(xiàng)中包括文件名、文件長度和起始簇號(hào)等內(nèi)容。為此定義了如下結(jié)構(gòu)：
文件名一般占用8字節(jié)，長的文件名需要用resetx,ed[]數(shù)組。文件名的首字節(jié)又表明該文件的狀態(tài)，00H表示該目錄項(xiàng)未使用，E5H表示該文件(或目錄)已被刪除。創(chuàng)建目錄時(shí)，屬性值設(shè)置為10H(表示子目錄)，文件長度為O。
3.2 文件的讀寫
MMC卡上文件都是以簇為單位存取的。當(dāng)讀取MMC卡上的文件時(shí)，首先要根據(jù)文件名查找到該文件的目錄登記項(xiàng)。根據(jù)目錄登記項(xiàng)中的起始簇號(hào)既可找到文件在數(shù)據(jù)區(qū)DATA中第1簇的內(nèi)容，又可在FAT表中找到第2個(gè)簇號(hào)。根據(jù)第2個(gè)簇號(hào)又能找到第2簇的內(nèi)容和FAT表中的第3個(gè)簇號(hào)。這樣，就可以根據(jù)FAT表中的簇號(hào)讀取到全部文件數(shù)據(jù)。寫文件時(shí)要保證FATl和FAT2中內(nèi)容的一致性，即對(duì)兩塊都要進(jìn)行同樣的寫操作。對(duì)于FATl6，可以由下面的公式計(jì)算出數(shù)據(jù)起始邏輯扇區(qū)號(hào)：
起始邏輯扇區(qū)一隱藏扇區(qū)數(shù)+l+2*每FAT扇區(qū)數(shù)+FDT扇區(qū)數(shù)+(起始簇號(hào)-2)*每簇扇區(qū)數(shù)從表l可知，MMC卡上隱藏的扇區(qū)數(shù)為0，每個(gè)FAT占用243個(gè)扇區(qū)，F(xiàn)DT固定占用32個(gè)扇區(qū)。寫文件的相關(guān)代碼如下(設(shè)文件長度小于512字節(jié))：
3.3 文件的刪除
文件的刪除也是對(duì)MMC卡上文件管理的一個(gè)重要方面。刪除文件時(shí)，并不涉及數(shù)據(jù)區(qū)的操作，只須在文件的目錄登記項(xiàng)上作一個(gè)刪除標(biāo)記，并把文件在FAT表中所占用的簇標(biāo)記為“空簇”。刪除文件的代碼如下：
4 小結(jié)
通過對(duì)SPI模式下MMC卡讀寫和文件系統(tǒng)的研究，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對(duì)MMC卡FATl6文件的管理，包括文件的創(chuàng)建、讀寫、刪除等操作。該方法為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了一種非易失性存儲(chǔ)器的解決方案，采集到的數(shù)據(jù)會(huì)以標(biāo)準(zhǔn)文件的格式記錄到MMC卡上，數(shù)據(jù)文件可在Windows下用讀卡器讀取，在保證高性價(jià)比的同時(shí)，又方便了數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析、處理。通過在長時(shí)間心電圖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用，證明了該方法的可行性。該方案也可應(yīng)用到諸如MP3等與Windows有交互的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備中，便于文件的統(tǒng)一管理。
系統(tǒng)采用SPI接口，占用較少的I／O資源。由于SD卡也支持SPI模式，故文中的MMC卡也可以用SD卡替代。
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