基于MCF51QE128的SD卡文件系统设计

数据区主要存放文件数据，为了有效利用存储空间，一般以簇为单位，簇的大小通常是2的，n次幂个扇区。FAT格式化后，簇的大小就确定下来了，可通过读取分区引导记录获得。例如，读取图3中Ox000000E9扇区，由偏移量OxOD处1字节数据0x10=16可知，SD卡的1个簇占16个扇区。
如果将SD卡的存储空间想象成一本书，那么要阅读一篇文章，首先应该打开目录找到文章的页码，然后根据页码翻到文章所在的地方。类比到FATl6文件系统，FAT表和根目录就像书的目录，簇号类似于书的页码，而数据区存放的就是文章的具体内容。
以打开文件为例，文件的存储原则可以这样描述：首先在根目录中查找文件名，如有匹配，就找到了文件的开始簇号，好比知道了文章的页码。但文件的存储和书不同，书的内容一般是连续的，而文件在存储后是可以随意修改的(例如添加或删除)，因而在存储空间上可能不连续，这样就无法仅通过开始簇号找到整个文件。那么怎样才能完整找到这些不连续的数据呢?答案就是FAT表。FAT表以“0xF8FF FFFF”作为开始标志，以2字节为单位存放文件簇号。FAT表实质是一个二维链表，如图4所示。

FAT表上面的数字是这2个字节在表中的位置序号，同时也代表文件的簇号，与数据区的簇号对应，类似目录的页码。通常SD卡上第一个文件的开始簇号为2。若文件长度小于1簇，则其开始簇号所对应的2字节值为FFFF。若文件长度大于1簇，则其开始簇号所对应2字节中存放的是文件所在的下一个簇号，由所得簇号再查找其对应的2字节，可找到文件接下来的簇号。依此类推，直到最后所得簇号对应的2字节值为FFFF，即为文件的结束簇号。根据上述原则，由FAT表和根目录就可以确定文件在数据区的存储簇号，从而实现文件数据的管理。

2 FATl6文件系统设计
文件系统的基本功能包括：文件的创建、打开和读写。这里假定已经实现了MCF51QEl28微控制器和SD卡的硬件接口和底层通信，具体细节参考文献。
2．1 数据结构
为了便于对主引导记录、分区引导记录、FAT表、根目录和数据区中的相关信息进行记录和处理，定义了FATl6_t和FILE_t两个结构体类型。数据类型byte、word和dword分别对应于8位、16位和32位数据。
FATl6_t结构体类型用于记录主引导记录和第1分区引导扇区信息，部分定义如下：

FILE_t结构体类型用于记录每个文件项信息，部分定义如下：

2．2 FATl6初始化
FATl6的初始化主要是读取主引导记录和第1分区引导扇区信息，并保存到FATl6_t类型变量中。初始化流程如图5所示。

FATl6初始化子程序中调用了底层SD卡读数据块函数SD_ReadBlock。其函数声明为byte SD_ReadBlock(dword sector，byte*buffer)，用于读入地址为sector扇区中的数据，暂存入buffer中。预编译函数from_BE_32和from_BE_16分别实现由高位向低位读取4字节和2字节数据。