数码相框毕业论文1(9)

重庆邮电大学本科毕业设计（论文）

空间，而是整个一簇。而对于大文件，要占用多个簇，这些簇并一定完整地存放在一个连续的区域，而往往会分成若干段，像链子一样存放，这种存储方式称为文件的链式存储。为了实现文件的链式存储，文件系统必须准确地记录哪些簇已经被文件占用，还必须为每个已经占用的簇指明存储后继内容的下一个簇的簇号，对文件的最后一簇，则要指名本簇无后继簇。这些都是由FAT表来保存的。

FAT表实际上是一个数据表，以2个字节为单位，我们将这个单位称为FAT记录项，一个记录项对应数据区的一个簇，用以记录簇的有关信息：诸如是否空，是否是坏簇，是否已经是某个文件的尾簇等。簇的使用情况不同，与之对应的记录项的取值就不同，见表4.2。

表4.2 FAT16记录项的取值含义 FAT1记录项的取值 0000 0002～FFEF FFF0～FFF6 FFF7 FFF8～FFFF 对应簇的使用情况 未分配的簇 已分配的簇，表项中存放的是 文件下一簇的簇号 系统保留 坏簇 文件结束簇 图4.4是一幅用winhex查看的实际的FATl6文件分配表。

图4.4 FAT16文件分配表

通常情况下前两个记录项（前4个字节）用作介质描述，从第2个记录项（从0计起）开始记录除根目录以外的其他文件及文件夹的簇链情况。相对偏移为0x4～0x5的是第2个记录项，它对应数据区的第二簇，后面的依次类推。第2个记录项取值为FFFF，表示存储在第2簇上的文件（目录）是个小文件，只占用1个簇便结束了。

第3个记录项取值为0x0004，表示第3簇是一个文件的首簇，接下来的数据存放在第4簇，同理，再接下来是第5簇、第6簇，第6个记录项取值为FFFF，表示这是文件的最后一簇。

综上，FAT表记录了磁盘数据文件的存储链表，它对于数据的读取而言是极其重要的。微软为其开发的FAT文件系统中的FAT表创建了一份备份，即

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FAT表2。FAT表2与FAT表1的内容通常是即时同步的，也就是说如果通过正常的系统读写对FAT表1做了更改，那么FAT表2也同样被更新。这样是为了安全起见，当一个FAT表因为一些原因而遭到破坏的时候，可以从另一个FAT表进行恢复。

（3）根目录区及目录项

根目录区，由若干“目录登记项”简称“目录项”组成。根目录下的所有文件及子目录都有一个与之对应的目录项。该目录项记录着每个文件、目录的起始簇号以及文件的大小和创建时间等属性。定位文件位置时，根据根目录中文件的起始簇号，结合FAT表就可以知道文件在磁盘中的具体位置和大小了。每一个目录项由32个字节组成，其定义如表4.3。

表4.3 FAT16目录项32个字节的定义

说明：

对于短文件名，系统将文件名分成两部分进行存储，即主文件名+扩展名。0x0偏移处的取值若为0x00H，表明目录项为空；若为0xE5H，表明目录项曾被使用，但对应的文件或文件夹己被删除。

0xB的属性字段：可以看作系统将0xB的一个字节分成8位，用其中的一位代表某种属性的有或无。这样，一个字节中的8位每位取不同的值就能反映各个属性的不同取值了。如00000101就表示这是个文件，属性是只读、系统。

0xlA～0xlB存放文件的首簇号，根据首簇号在FAT表中找到入口，然后

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再跟踪簇链直至簇尾，同时用0xlC～0xlF处字节判定有效性。就可以完全无误的读取文件了。

FAT文件系统的一个重要思想是把目录（文件夹）当作一个特殊的文件来处理，即普通子目录的寻址过程也是通过其父目录中的目录项来指定的，与数据文件（指非目录文件）不同的是目录项偏移0xB的第4位置1，而数据文件为0。

普通子目录的组织形式与根目录区相同，只是有两个特殊的目录项位于最前面，其文件名分别“．’’和“..”，起始地址分别指向当前目录和上级目录。

（4）数据区

FATl6文件系统从根目录之后开始以簇为单位进行数据的存储，所有子目录及文件都存储在数据区中。对于第一个簇，系统并不编号为第0簇或第1簇，而是编号为第2簇，也就是说数据区顺序上的第1簇其编号为2，与FAT记录项对应。

3、FATl6文件系统的读取过程

读取根目录下文件的流程图如图4.5所示，可分为以下几个步骤：

开始查找根目录文件存在Y文件的起始簇号N出错查找FAT表并按簇序找到所有簇读取簇文件读取完成

图4.5 读取文件流程图

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（1）读取BPB参数，为后面的工作做准备。（通常将DBR所在的扇区称为逻辑0扇区，后面提到的扇区号，都是相对于逻辑0扇区的偏移量。逻辑扇区与物理扇区之间的转换关系可以利用winhex查看，本设计中选用的SD卡，其物理扇区号=逻辑扇区号+249。）

程序中定义描述DBR的结构体为： typedef struct boot_sector{

_u8 BS_jmpBoot[3]; //跳转指令

char BS_OEMName[8]; //厂商标志和os版本号 _u8 BPB_BytePerSec[2]; //每扇区字节数 _u8 BPB_SecPerClus; //每簇扇区数 _u16 BPB_RsvdSecCnt; //保留扇区数 _u8 BPB_NumFATS; //FAT表的个数 _u8 BPB_RootEntCnt[2]; //根目录中的目录项数 _u8 BPB_TotSecl6[2]; //总扇区数

_u8 BPB_Media; //有关存储介质的信息 _u16 BPB_FATSzl6; //FAT表所占的扇区数 _u16 BPB_SecPerTrk; //每磁道扇区数 _u16 BPB_NumHeads; //磁头数

_u32 BPB_HiddSee; //该分区上引导扇区之前的扇区数 _u32 BPB_TotSec32; //如果TotSecl6为零，此域表示总扇区数 _u8 BS_drvNum; //物理驱动器号 _u8 BS_Reservedl; //保留

_u8 BS_BootSig; //扩展引导标记 _u8 BS_VolID[4]; //卷标序列号 char BS_Volab[11]; //磁盘卷标 char BS_FilSysType[9]; //文件系统类型 }boot_sector;

（2）根据要读取文件的文件名查找根目录，得到要读取文件的起始簇号等信息，如图4.6所示。

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开始将根目录数据块读入缓冲区顺序查找目录项目录项正常使用？Y读取文件名NN文件名是否匹配？Y查找成功

图4.6 查找根目录下文件流程图

在查找根目录之前，需要计算根目录的起始扇区。根据DBR中的参数信息，根目录的起始扇区= BPB_RsvdSecCnt+FATSzl6×NumFATS。

程序中定义描述目录项的结构体为： typedef struct direntry{ char name[8]; //文件名 char ext[3]; //扩展名 _u8 attr; //属性位 _u8 lcase[10]; //保留

_u16 time; //最近修改时间 _u16 date; //最近修改同期 _u16 start; //文件的首簇号 _u32 size; //文件大小 }dir_entry;

（3）根据起始簇号，查找FAT表，得到文件存储的簇链情况。 （4）根据簇号链接情况，依次读出数据。对于每一个簇，根据簇号先计算出簇的首地址，然后按顺序读取BPB_SecPerClus个扇区的数据。给一个合法的簇号N，该簇的第一个扇区号= (N-2)×BPB_SecPerClus+数据区的起始扇区；数据区的起始扇区=根目录的起始扇区+根目录所占的扇区；根目录所占

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