一款适用于单片机的国产嵌入式文件系统

今天我想向大家介绍一款专为单片机设计的嵌入式文件系统——znFAT。

这个文件系统是由嵌入式领域的专家于振南开发的，并且已经在 gitee 上进行了开源分享。

你可以通过访问以下 gitee 仓库地址来获取更多关于这个文件系统的信息（请复制链接到浏览器中打开）：

https://gitee.com/dbembed/znfat

一、介绍

znFAT 并非一个标新立异的东西，它绝大部分与现行的微软 FAT32 文件系统高度兼容。这意味着，它可实现与Windows、Linux等主流操作系统之间的文件无界互通。

znFAT 因其独特的嵌入式应用背景与功能需求，在设计与实现上都引入了大量的创新思想与技术，其中所流露出来的各种开发技巧，对于广大工程师更是一笔巨大的精神与知识财富。

代码目录文件：

其中 znFAT.c 与 znFAT.h 是 znFAT 的主体。前者是对各种功能函数的具体实现，后者对相关数据结构、宏进行定义。

• mytype.h 对数据类型进行重定义；
• deviceio.c 通过一些底层函数接口与存储设备扇区读写驱动进行对接；
• congfig.h 可以对 znFAT 进行相关的配置。

相关的头文件是 znFAT 在实现过程中要使用的一些代码资源，比如汉字码表、功能扇区模板数据等。

二、关键代码解析

znFAT_Init 函数（在znFAT.c文件中）功能：

文件系统初始化函数，将完成文件系统初始化参数集合的装入，为以后的文件操作作好准备。

1、定位 DBR 扇区（主要是找到 BPB 所在扇区）

读取物理 0 扇区通过判断是否是MBR扇区，若是 MBR 则从中提取B PB 扇区号，若不是 MBR 而是DBR则BPB扇区号为0；

判断是否是 MBR 的依据是前三个字节是否是：

DBR_MARK {0XEB,0X58,0X90} //DBR的标志码

2、得到BPB所在扇区号后，通过读取 BPB 扇区得到文件系统的信息

首先，判断此文件系统的类型是否是 FAT32 文件系统，若是FAT32文件系统则依据读出BPB来填充全局结构体。

UINT32 BPB_Sector_No;   //DBR(BPB)所在扇区号
UINT32 BytesPerSector; //每个扇区的字节数
UINT32 FATsectors;     //FAT表所占扇区数
UINT32 SectorsPerClust; //每簇的扇区数
UINT32 FirstFATSector; //第一个FAT表所在扇区
UINT32 FirstDirSector; //第一个目录所在扇区
UINT32 Total_SizeKB;   //磁盘的总容量，单位为KB

然后查找 FSINFO 信息，若找到FSINFO扇区则依据读出的内容填充结构体。

UINT32 FSINFO_Sec;     //FSINFO扇区所在的扇区
UINT32 Free_nCluster;   //空闲簇的个数
UINT32 Next_Free_Cluster; //下一空簇

如果一个磁盘格式化后没有卷标，则其存储空间就没有一点占用，此时FSINFO记录的剩余空簇数为 XFFFFFFFF。

三、znFAT的移植

移植过程比较简单，主要有两步：

• 数据类型重定义与ROM数据读取函数的实现；
• 存储设备物理扇区读/写驱动。

1、数据类型重定义与ROM数据读取函数的实现

根据目标平台实际的数据类型对 mytype.h 中的类型进行重新定义，包括无符号整型、有符号整型与ROM数据类型。

存储在芯片 ROM 中的数据，比如汉字编码表，就是ROM数据类型。

以STM32单片机为例，类型重定义如下：

2、存储设备物理扇区读/写驱动

znFAT 的整体结构分为3层：物理层、实现层、应用层。

物理层是整个 znFAT 的根基，znFAT 通过它来操作存储设备，为其正常运转提供扇区读/写服务。

移植工作主要在实现和调试物理层，只要物理层没问题，那么后续工作就很简单了。

znFAT在物理层只留出一个设备驱动接口，不关心实际是什么存储设备，也不关心驱动程序实现的具体细节，它只认识扇区地址与标准的 512 字节的扇区数据。

四、常见问题

1、znFAT的稳定性、正确性等指标是如何保证的？

znFAT 自发布之后基本没有出现过问题。在实际工程项目中的应用也有很多，经历了诸如大数据量、长时间、频率读/写等严峻的尝试，最终表面它是没有问题，且是稳定的。

2、znFAT能否应用于FlashROM或U盘，还是只能用于SD卡？

znFAT 对物理存储设备进行了抽象，它根本不关心具体存储设备是什么，只关心是否能够通过连续的地址正确读/写它的扇区。

3、znFAT编译之后，超出了的单片机的ROM和RAM容量怎么办？

znFAT 本身占用的 RAM 资源最小可达到 900 字节，最多 1300 字节左右；ROM资源占用一般为 20~60KB。

影响他们的主要原因为：znFAT 的不同工作模式；目标芯片CPU与编译器的差异。

4、znFAT是否支持长文件名？

znFAT 对长文件名的支持非常全面，使用者可以对长文件名的最大长度进行配置，以面用于存储长文件名的缓冲区占用过多内存。

另外，该文件系统还设计了长文件名功能的总开关，关闭之后将不再支持长文件名功能。

5、znFAT是否允许进行商业应用？

znFAT是完全免费、自由而且长期有人维护与改进的开源项目。但是对于商业应用，znFAT与作者均不承担任何后果与责任。

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