大家好，整理了一个FAT文件系统的开源设计，
原网络的地址如下，下面是我做的一些中文解释。大家可以到原网站获取更多的信息。
http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html
英文原文：FatFs is a generic file system module to implement the FAT file system to small embedded systems. The FatFs is written in compliance with ANSI C, therefore it is independent of hardware architecture. It can be incorporated into cheap microcontrollers, such as 8051, PIC, AVR, SH, Z80, H8, ARM and etc..., without any change.
中文译文：
FatFs是一个通用的文件系统模块，以小的嵌入式系统的FAT文件系统。 FatFs的编程遵守的ANSI C格式语法标准，因此，它是具有独立于硬件架构。 在不做任何改变就可以被移植到常用的微控制器中，如8051, PIC, AVR, SH, Z80, H8, ARM等。
FatFs 特点
应用接口
FatFs /微型FatFs模块提供下列功能。
Disk I/O Interface
disk_initialize -初始化的磁盘驱动器
代码下载：
The FatFs/Tiny-FatFs module is a free software and is opened for education, research and development. You can use, modify and/or republish it for personal, non-profit or commercial use without any restriction under your responsibility.
写在前面：经过一个多星期的努力，今天终于把uc/fs在de2板上跑通了，现在能够对flash进行格式化，能够建立，读写，删除文件，能够建立目录，等等文件系统应该具备的基本功能都可以实现了，算是一个不小的进步。在这里先要感谢网友棉花糖糖主提供的uc/fs 1.34在lpc2210上的移植例子，里面的flash驱动给了我很大帮助（实际上，我只是在这个驱动的基础上做了一些修改，使之支持de2板上的flash罢了。呵呵，拿来主义，是我一向的主张！^_^）。下面简要说一下我的移植过程，以备查阅。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />
一、uc/fs简单介绍
uc/fs是美国micrium公司研发的一个专门针对嵌入式应用的文件系统，支持FAT12，FAT16和FAT32，可以用于大部分常见的存储器件，比如RamDisk，SMC/NAND Device，MultiMedia & SD card Device，CompactFlash card & IDE Device，Nor Flash Device，SerialFlash Device等等。当然，要使用这些存储器件，就需要相应的驱动程序。我们的工作，实际上就是修改，并完善相应的驱动程序，使之适用于我们自己的系统。
现在网上的可以下载的源码是2.0版本的，不过好像大家用的比较多的是1.34版，而且我得到的例子也是1.34版的，所以就在此基础上进行我的工作。
二、uc/fs设备驱动结构
uc/fs以一种宏定义的形式来管理设备，这些定义在API文件夹下的fs_info.c文件中可以找到，比如flash设备的定义如下：
#ifFS_USE_FLASH_DRIVER #defineFS_DEVINFO_DEVFLASH {"flash", &FS__fat_functable, &FS__flashdevice_driver, FS_CACHEINFO_FLASH_DRIVER 0 }, #else #defineFS_DEVINFO_DEVFLASH |
其中，FS_USE_FLASH_DRIVER在Config文件夹下的fs_conf.h中定义，表示使用flash设备。这里的FS_DEVINFO_DEVFLASH就定义了uc/fs操作一个设备所需要的各种信息。"flash"表示设备名称，这个名称在以后会多次用到，比如你要在flash设备上建立文件，就需要用到这个名称来指示路径；&FS__fat_functable是一个指向一组函数指针的指针，该组函数指针指向fat的一些操作函数，如fopen，fclose等，我们无需去改变这个指针；&FS__flashdevice_driver指向flash设备的驱动，其中提供对flash设备的读写，设备状态以及各种IO命令控制函数，这些函数需要我们自己去创建，这也是我们移植工作的核心内容；FS_CACHEINFO_FLASH_DRIVER 0定义flash读数据缓冲区的信息，由于flash读取速度很快，可以像一般内存一样线性读取，所以没有必要加一个读缓冲区，故将其值设为0。
为了uc/fs能够使用flash，我们需要提供这样一个结构：
constFS__device_type FS__flashdevice_driver = { "Flash device", _FS_Flash_DevStatus, _FS_Flash_DevRead, _FS_Flash_DevWrite, _FS_Flash_DevIoCtl }; |
其中，"Flash device"是设备驱动名称，这个名称是在uc/fs内部使用，而我们上面提到的"flash"这个设备名称可由用户使用；_FS_Flash_DevStatus指向检测设备状态的函数，_FS_Flash_DevRead指向读设备函数，_FS_Flash_DevWrite指向写设备函数，_FS_Flash_DevIoCtl指向对设备进行IO控制的函数――这几个函数都需要我们自己根据特定的设备来编写。
三、flash设备驱动的编写
flash设备驱动的编写实际上就是要编写上面所说的那几个函数，我们采用从上到下的编写模式，即先编写设备驱动所需要的比较高级的函数，然后一步一步细化到对具体地址的操作。为此，我们将设备驱动分为flash_drv.c和flash_X_HW.c两个文件，其中，flash_drv.c提供上层的接口，设备驱动结构体FS__flashdevice_driver应该在该文件中定义；而flash_X_HW.c主要完成对flash的具体操作。
1、flash_drv.c的编写
在编写具体的函数之前，先要定义几个全局变量:
staticchar _FS_flash_mbrbuffer[0x200]; staticchar _FS_flash_diskchange[FS_FLASH_MAXUNIT]; staticchar _FS_flash_busycnt[FS_FLASH_MAXUNIT]; |
其中，FS_FLASH_MAXUNIT表示最大的flash设备个数，在fs_conf.h中定义为1；_FS_flash_mbrbuffer[0x200]：读取MBR的数据缓冲区，512字节，MBR在flash芯片的第一个扇区开始的地方，由uc/fs格式化flash盘的时候写入；
_FS_flash_diskchange[FS_FLASH_MAXUNIT]：一个表示设备改变的flag变量；
_FS_flash_busycnt[FS_FLASH_MAXUNIT]：用于控制表示Busy状态的LED的On/Off，我们不使用Busy LED，所以这个变量可以不要；
1)、_FS_Flash_DevStatus函数：
该函数用来表示设备状态是否改变，由于我们使用的是焊接在电路板上的flash芯片，所以这个函数作用不是很大，因为我们的设备是不会改变的。
staticint_FS_Flash_DevStatus(FS_u32 Unit) { staticintinit; intx; chara; if(!init) { for(init = 0; init < FS_FLASH_MAXUNIT; init++) { _FS_flash_diskchange[init] = 1; } init = 1; } if(Unit >= FS_FLASH_MAXUNIT) { return-1; /* No valid unit number */ } a = FS_Flash_HW_X_DetectStatus(Unit);/* Check if a card is present */ if(a) { return-1; /* No card in reader */ } /* When you get here, then there is a card in the reader */ a = _FS_flash_diskchange[Unit]; /* Check if the media has changed */ if(a) { /* A diskchange took place. The following code reads the MBR of the card to get its partition information. */ _FS_flash_diskchange[Unit] = 0; /* Reset 'diskchange' flag */ FS__Flash_Init(Unit); x = FS__Flash_ReadSector(Unit, 0, (unsignedchar*) &_FS_flash_mbrbuffer[0]); if(x != 0) { |
完成简单功能的嵌入式系统一般不需要操作系统，如以前许多m cs51系列单片机组成的小系统就只是利用软件实现简单的控制环路。但是随着所谓后pc时代的来临，嵌入式系统设计日趋复杂，嵌入式操作系统就必不可少了。
一般而言，嵌入式操作系统不同于一般意义的计算机操作系统，它有占用空间小、执行效率高、方便进行个性化定制和软件要求固化存储等特点。
从八十年代起，国际上就有一些it组织、公司，开始进行商用嵌入式系统和专用操作系统的研发。这其中涌现了一些著名的嵌入式系统，如microsoft公司的 wince和windriversystem公司的vxworks就分别是非实时和实时嵌入式操作系统的代表。但是商用产品的造价都十分昂贵，用于一般用途会
提高产品成本从而失去竞争力。
UC/OS和UCLinux操作系统是两种性能优良源码公开且被广泛应用的的免费嵌入式操作系统，可以作为研究实时操作系统和非实时操作系统的典范。本文通过对 uc/os和uclinux的对比，分析和总结了嵌入式操作系统应用中的若干重要问题，归纳了嵌入式系统开发中操作系统的选型依据。
两种开源嵌入式操作系统介绍
uc/os和uclinux操作系统，是当前得到广泛应用的两种免费且公开源码的嵌入式操作系统。uc/os适合小型控制系统，具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点，最小内核可编译至2k。uclinux则是继承标准linux 的优良特性，针对嵌入式处理器的特点设计的一种操作系统，具有内嵌网络协议、支持多种文件系统，开发者可利用标准linux先验知识等优势。其编译后目标文件可控制在几百k量级。
uc/os是一种免费公开源代码、结构小巧、具有可剥夺实时内核的实时操作系统。其内核提供任务调度与管理、时间管理、任务间同步与通信、内存管理和中断服务等功能。
uclinux是一种优秀的嵌入式linux版本。uclinux是micro-conrol-linux的缩写。同标准linux相比，它集成了标准linux操作系统的稳定性、强大网络功能和出色的文件系统等主要优点。但是由于没有mmu(内存管理单元)，其多任务的实现需要一定技巧。
两种嵌入式操作系统主要性能比较
嵌入式操作系统是嵌入式系统软硬件资源的控制中心，它以尽量合理的有效方法组织多个用户共享嵌入式系统的各种资源。其中用户指的是系统程序之上的所有软件。所谓合理有效的方法，指的就是操作系统如何协调并充分利用硬件资源来实现多任务。复杂的操作系统都支持文件系统，方便组织文件并易于对其规范化操作。
嵌入式操作系统还有一个特点就是针对不同的平台，系统不是直接可用的，一般需要经过针对专门平台的移植操作系统才能正常工作。 进程调度、文件系统支持和系统移植是在嵌入式操作系统实际应用中最常见的问题，下文就从这几个角度入手对uc/os和uclinux进行分析比较。
进程调度
任务调度主要是协调任务对计算机系统内资源(如内存、i/o设备、cpu)的争夺使用。进程调度又称为cpu调度，其根本任务是按照某种原则为处于就绪状态的进程分配cpu。由于嵌入式系统中内存和i/o设备一般都和cpu同时归属于某进程，所以任务调度和进程调度概念相近，很多场合不加区分，下文中提到的任务其实就是进程的概念。
进程调度可分为"剥夺型调度"和"非剥夺型调度"两种基本方式。所谓"非剥夺型调度"是指：一旦某个进程被调度执行，则该进程一直执行下去直至该进程结束，或由于某种原因自行放弃cpu进入等待状态，才将cpu重新分配给其他进程。所谓"剥夺型调度"是指：一旦就绪状态中出现优先权更高的进程，或者运行的进程已用满了规定的时间片时，便立即剥夺当前进程的运行(将其放回就绪状态)，把cpu分配给其他进程。
作为实时操作系统，uc/os是采用的可剥夺型实时多任务内核。可剥夺型的实时内核在任何时候都运行就绪了的最高优先级的任务。uc/os中最多可以支持64 个任务，分别对应优先级0~63，其中0为最高优先级。调度工作的内容可以分为两部分：最高优先级任务的寻找和任务切换。
其最高优先级任务的寻找是通过建立就绪任务表来实现的。uc/os中的每一个任务都有独立的堆栈空间，并有一个称为任务控制块tcb(task control block)数据结构，其中第一个成员变量就是保存的任务堆栈指针。任务调度模块首先用变量 ostcbhighrdy记录当前最高级就绪任务的tcb地址，然后调用os_task_sw() 函数来进行任务切换。
UCLinux的进程调度沿用了linux的传统，系统每隔一定时间挂起进程，同时系统产生快速和周期性的时钟计时中断，并通过调度函数(定时器处理函数)决定进程什么时候拥有它的时间片。然后进行相关进程切换，这是通过父进程调用fork 函数生成子进程来实现的。
uclinux系统fork调用完成后，要么子进程代替父进程执行(此时父进程已经 sleep)，直到子进程调用exit退出；要么调用exec执行一个新的进程，这个时候产生可执行文件的加载，即使这个进程只是父进程的拷贝，这个过程也不可避免。当子进程执行exit或exec后，子进程使用wakeup把父进程唤醒，使父进程继续往下执行。
uclinux由于没有mmu管理存储器，其对内存的访问是直接的，所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。操作系统队内存空间没有保护，各个进程实际上共享一个运行空间。这就需要实现多进程时进行数据保护，也导致了用户程序使用的空间可能占用到系统内核空间，这些问题在编程
时都需要多加注意，否则容易导致系统崩溃。
由上述分析可以得知，UC/OS内核是针对实时系统的要求设计实现的，相对简单，可以满足较高的实时性要求。而uclinux则在结构上继承了标准linux的多任务实现方式，仅针对嵌入式处理器特点进行改良。其要实现实时性效果则需要使系统在实时内核的控制下运行，rt-linux就是可以实现这一个功能的一种实时内核。
文件系统
所谓文件系统是指负责存取和管理文件信息的机构，也可以说是负责文件的建立、撤销、组织、读写、修改、复制及对文件管理所需要的资源(如目录表、存储介质等)实施管理的软件部分。
uc/os是面向中小型嵌入式系统的，如果包含全部功能(信号量、消息邮箱、消息队列及相关函数)，编译后的uc/os内核仅有6~10kb，所以系统本身并没有对文件系统的支持。但是uc/os具有良好的扩展性能，如果需要的话也可自行加入文件系统的内容。
uclinux则是继承了linux完善的文件系统性能。其采用的是romfs文件系统，这种文件系统相对于一般的ext2文件系统要求更少的空间。空间的节约来自于两个方面，首先内核支持romfs文件系统比支持ext2文件系统需要更少的代码，其次romfs文件系统相对简单，在建立文件系统超级块(superblock)需要更少的存储空间。romfs文件系统不支持动态擦写保存，对于系统需要动态保存的数据采用虚拟ram盘的方法进行处理(ram盘将采用ext2文件系统)。
uclinux还继承了linux网络操作系统的优势，可以很方便的支持网络文件系统且内嵌tcp/ip协议，这为uclinux开发网络接入设备提供了便利。
由两种操作系统对文件系统的支持可知，在复杂的需要较多文件处理的嵌入式系统中uclinux是一个不错的选择。而uc/os则主要适合一些控制系统。
操作系统的移植
嵌入式操作系统移植的目的是指使操作系统能在某个微处理器或微控制器上运行。uc/os和uclinux都是源码公开的操作系统，且其结构化设计便于把与处理器相关的部分分离出来，所以被移植到新的处理器上是可能的。
以下对两种系统的移植分别予以说明。
(1)uc/os的移植
要移植uc/os，目标处理器必须满足以下要求；
·处理器的c编译器能产生可重入代码，且用c语言就可以打开和关闭中断；
·处理器支持中断，并能产生定时中断；
·处理器支持足够的ram(几k字节)，作为多任务环境下的任务堆栈；
·处理器有将堆栈指针和其他cpu寄存器读出和存储到堆栈或内存中的指令。
在理解了处理器和c编译器的技术细节后，uc/os的移植只需要修改与处理器相关的代码就可以了。具体有如下内容：
·os_cpu.h中需要设置一个常量来标识堆栈增长方向；
·os_cpu.h中需要声明几个用于开关中断和任务切换的宏；
·os_cpu.h中需要针对具体处理器的字长重新定义一系列数据类型；
·os_cpu_a.asm需要改写4个汇编语言的函数；
·os_cpu_c.c需要用c语言编写6个简单函数；
·修改主头文件include.h，将上面的三个文件和其他自己的头文件加入。
(2)uclinux的移植
由于uclinux其实是linux针对嵌入式系统的一种改良，其结构比较复杂，相对 uc/os，uclinux的移植也复杂得多。一般而言要移植uclinux，目标处理器除了应满足上述uc/os应满足的条件外，还需要具有足够容量(几百k字节以上)外部rom和ram。
UCLinux的移植大致可以分为3个层次：
·结构层次的移植，如果待移植处理器的结构不同于任何已经支持的处理器结构，则需要修改linux/arch目录下相关处理器结构的文件。虽然uclinux内核代码的大部分是独立于处理器和其体系结构的，但是其最低级的代码也是特定于各个系统的。这主要表现在它们的中断处理上下文、内存映射的维护、任务上下文和初始化过程都是独特的。这些例行程序位于linux/arch/目录下。由于linux所支持体系结构的种类繁多，所以对一个新型的体系，其低级例程可以模仿与其相似的体系例程编写。
·平台层次的移植，如果待移植处理器是某种uclinux已支持体系的分支处理器，则需要在相关体系结构目录下建立相应目录并编写相应代码。如mc68ez328就是基于无mmu的m68k内核的。此时的移植需要创建linux/arch/m68knommu/platform/ mc68ez328目录并在其下编写跟踪程序(实现用户程序到内核函数的接口等功能)、中断控制调度程序和向量初始化程序等。
·板级移植，如果你所用处理器已被uclinux支持的话，就只需要板级移植了。板级移植需要在linux/a rch/?platform/中建立一个相应板的目录，再在其中建立相应的启动代码crt0_rom.s或crt0_ram.s和链接描述文档rom.ld或ram.ld就可以了。板级移植还包括驱动程序的编写和环境变量设置等内容。
结语
通过对UC/OS和uclinux的比较，可以看出这两种操作系统在应用方面各有优劣。 uc/os占用空间少，执行效率高，实时性能优良，且针对新处理器的移植相对简单。uclinux则占用空间相对较大，实时性能一般，针对新处理器的移植相对复杂。但是，uclinux具有对多种文件系统的支持能力、内嵌了tcp/ip协议，可以借鉴linux丰富的资源，对一些复杂的应用，uclinux具有相当优势。例如cisco 公司的 2500/3000/4000 路由器就是基于uclinux操作系统开发的。 总之，操作系统的选择是由嵌入式系统的需求决定的。简单的说就是，小型控制系统可充分利用uc/os小巧且实时性强的优势，如果开发pda和互联网连接终端等较为复杂的系统则uclinux是不错的选择。
ARM、DSP、FPGA的技术特点和区别是什么
ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软 件。ARM架构是面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器，基本是32位单片机的行业标准，它提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案，四 个功能模块可供生产厂商根据不同用户的要求来配置生产。由于所有产品均采用一个通用的软件体系，所以相同的软件可在所有产品中运行。目前ARM在手持设备 市场占有90以上的份额，可以有效地缩短应用程序开发与测试的时间，也降低了研发费用。
DSP（digital singnal processor）是一种独特的微处理器，有自己的完整指令系统，是以数字信号来处理大量信息的器件。一个数 字信号处理器在一块不大的芯片内包括有控制单元、运算单元、各种寄存器以及一定数量的存储单元等等，在其外围还可以连接若干存储器，并可以与一定数量的外 部设备互相通信，有软、硬件的全面功能，本身就是一个微型计算机。DSP采用的是哈佛设计，即数据总线和地址总线分开，使程序和数据分别存储在两个分开的 空间，允许取指令和执行指令完全重叠。也就是说在执行上一条指令的同时就可取出下一条指令，并进行译码，这大大的提高了微处理器的速度 。另外还允许在程 序空间和数据空间之间进行传输，因为增加了器件的灵活性。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其 他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器， 是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。由于它运算能力很强，速度很快，体积很小，而且采用 软件编程具有高度的灵活性，因此为从事各种复杂的应用提供了一条有效途径。根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点：
（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；
（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；
（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；
（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；
（5）快速的中断处理和硬件I/O支持；
（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；
（7）可以并行执行多个操作；
（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。
当然，与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。
FPGA是英文Field Programmable Gate Array（现场可编程门阵列）的缩写，它是在PAL、GAL、PLD等可编程器件的基 础上进一步发展的产物，是专用集成电路（ASIC）中集成度最高的一种。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个 新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB （Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。用户可对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块重新配置，以实 现用户的逻辑。它还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改。作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种 半定制电路，FPGA既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。可以毫不夸张的讲，FPGA能完成任何数字器件的功能，上至高 性能CPU,下至简单的74电路，都可以用FPGA来实现。FPGA如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由 的设计一个数字系统。通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。在PCB完成以后，还可以利用FPGA的在线修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电 路。使用FPGA来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的， 因此工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM 中，配置完成后，FPGA进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA 编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可 以产生不同的电路功能。因此，FPGA的使用非常灵活。可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。目前FPGA的品种很 多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。
区别是什么呢？ARM具有比较强的事务管理功能，可以用来跑界面以及应用程序等，其优势主要体现在控制方面，而DSP主要是用来计算的，比如进行加密解 密、调制解调等，优势是强大的数据处理能力和较高的运行速度。FPGA可以用VHDL或verilogHDL来编程，灵活性强，由于能够进行编程、除错、 再编程和重复操作，因此可以充分地进行设计开发和验证。当电路有少量改动时，更能显示出FPGA的优势，其现场编程能力可以延长产品在市场上的寿命，而这种能力可以用来进行系统升级或除错。
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用户217360 2009-7-31 11:37