原创 深入理解文件系统（一）

       上一个名字用的时间太长了，换个名字吧。

一、通过格式化命令-看磁盘文件系统的建立过程<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

1、添加format命令，单步调试

       所有的底层驱动函数都已经准备好。添加格式化命令format后，编译下载。

       Format命令的执行主要是调用f_mkfs（）函数，下面进行单步调试。

以下主要列出函数的主要执行步骤：

res=f_mkfs( 0, 1, 4096 ); //1表示不需要引导扇区。4096是8个扇区。

进入f_mkfs（）函数，这里只列出主要执行步骤：

       if (disk_ioctl(drv, GET_SECTOR_COUNT, &n_part) != RES_OK || n_part < MIN_SECTOR)

              return FR_MKFS_ABORTED;这个函数调用后，n_part=0x<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />000F,3400 = 996 352，这是SD的总块数。

       allocsize /= SS(fs);            等于8/* Number of sectors per cluster */

       n_clst = n_part / allocsize;  //等于0x1E680 = 124 544 簇。

       if (n_clst >= 0xFFF5) fmt = FS_FAT32; 所以文件系统确定为FAT32类型。

       n_fat = ((n_clst * 4) + 8 + SS(fs) - 1) / SS(fs);  等于0x3CE = 974，表示FAT要占据974个扇区。

       n_rsv = 33 - partition;  保留扇区32个。

       n_dir = 0;

       b_fat = b_part + n_rsv;                  /* FATs start sector  32扇区*/

       b_dir = b_fat + n_fat * N_FATS;   /* Directory start sector  0x3EE =1006，由于FAT表个数设为1个，所以目录区=FAT起始+FAT占用扇区数*/

       b_data = b_dir + n_dir;                  /* Data start sector */

以上三项确定 FAT区域、根目录区、数据区的起始扇区。

disk_ioctl(drv, GET_BLOCK_SIZE, &n) != RES_OK，这个函数调用没有正确返回 可擦出扇区的总数。接下来程序会出错，因此退出，修改disk_ioctl（）函数后，再次分析。把这个函数返回值直接改为32。并且把FAT表的个数定义为2.

N_FATS改为2后，根目录区、数据区的起始扇区的起始扇区变为0x7BC=1980扇区。继续往下执行。

       n = (b_data + n - 1) & ~(n - 1);

       n_fat += (n - b_data) / N_FATS;这两句话对fat所占扇区数进行了修正，保证擦除时，以32个扇区为一个单位。

n_clst = (n_part - n_rsv - n_fat * N_FATS - n_dir) / allocsize;  =0x1E588。

       tbl = fs->win;                                                       /* Clear buffer */

       mem_set(tbl, 0, SS(fs));   清零文件系统缓冲区。

       mem_set(tbl, 0, SS(fs));

       ST_DWORD(tbl+BS_jmpBoot, 0x90FEEB);                 /* Boot code (jmp $, nop) */

       ST_WORD(tbl+BPB_BytsPerSec, SS(fs));             /* Sector size */

       tbl[BPB_SecPerClus] = (BYTE)allocsize;         /* Sectors per cluster */

       ST_WORD(tbl+BPB_RsvdSecCnt, n_rsv);                    /* Reserved sectors */

上面的工作主要是填充 引导扇区缓冲区，也就是常说的DBR扇区缓冲，等所有的参数写好，就可以写回磁盘。

       ST_WORD(tbl+BS_55AA, 0xAA55);                      /* Signature */

       if (disk_write(drv, tbl, b_part+0, 1) != RES_OK)

              return FR_DISK_ERR;  //这就是在写有效引导标志 sec[510]=0x55, sec[511]=0xAA。

       if (fmt == FS_FAT32)

              disk_write(drv, tbl, b_part+6, 1); //FAT32在第六扇区有个备份引导扇区。

       for (m = 0; m < N_FATS; m++) {

              mem_set(tbl, 0, SS(fs));          /* 1st sector of the FAT  */

              if (fmt != FS_FAT32) {

                     n = (fmt == FS_FAT12) ? 0x00FFFF00 : 0xFFFFFF00;

                     n |= partition;

                     ST_DWORD(tbl, n); /* Reserve cluster #0-1 (FAT12/16) */

              } else {

                     ST_DWORD(tbl+0, 0xFFFFFFF8);     /* Reserve cluster #0-1 (FAT32) */

                     ST_DWORD(tbl+4, 0xFFFFFFFF);

                     ST_DWORD(tbl+8, 0x0FFFFFFF);     /* Reserve cluster #2 for root dir */     }    //簇0和簇1保留，簇2分配给根目录区。

              if (disk_write(drv, tbl, b_fat++, 1) != RES_OK)

                     return FR_DISK_ERR;

              mem_set(tbl, 0, SS(fs));          /* Following FAT entries are filled by zero */  //接下来所有的扇区都清0，表示该簇未被占用。

              for (n = 1; n < n_fat; n++) {

                     if (disk_write(drv, tbl, b_fat++, 1) != RES_OK)

                            return FR_DISK_ERR;

              }    //第一次是写从0x21扇区开始，总共 0x3CF个扇区（第一个扇区已经写了）。第二次开始时是备份引导扇区，0x20+0x3D0=0x3F0。同理，第一扇区与0x21扇区相同，后面都清零。

Format命令要执行较长的时间，主要就是FAT表接近2000个扇区要清零。

       m = (BYTE)((fmt == FS_FAT32) ? allocsize : n_dir);  m=8,每簇8扇区。

       do {

              if (disk_write(drv, tbl, b_fat++, 1) != RES_OK)

                     return FR_DISK_ERR;

       } while (--m);  //以上部分是将根目录区的8个扇区清零，表示目录项未被占用。

       if (fmt == FS_FAT32) {

              ST_WORD(tbl+BS_55AA, 0xAA55);

              ST_DWORD(tbl+FSI_LeadSig, 0x41615252);

              ST_DWORD(tbl+FSI_StrucSig, 0x61417272);

              ST_DWORD(tbl+FSI_Free_Count, n_clst - 1); //根目录区已经用掉了一簇。

              ST_DWORD(tbl+FSI_Nxt_Free, 0xFFFFFFFF);

              disk_write(drv, tbl, b_part+1, 1);  //分别写入1号和7号扇区。

              disk_write(drv, tbl, b_part+7, 1);

       }  //这是写FAT32文件系统的FSI扇区，包括空闲簇总数和上次分配的簇号。

FAT32文件系统的格式化到此完成。

2、再以Fdisk的方式格式化一次，这时候格式系统要写 MBR扇区，FAT引导扇区不在 0号扇区了。同时MBR要建立分区表，以找到DBR引导扇区。其过程与上述差不多，只是多执行了以下代码，详细过程就不叙述了。

       if (!partition) {

              DWORD n_disk = b_part + n_part;

              mem_set(fs->win, 0, SS(fs));

              tbl = fs->win+MBR_Table;  //分区表从0x1BE开始。

              ST_DWORD(tbl, 0x00010180);           /* Partition start in CHS */ Table[0x1BE] = 0x80，表明该分区是活动扇区。00表示开始柱面，01、01表示开始扇区、开始磁头。

              if (n_disk < 63UL * 255 * 1024) {  /* Partition end in CHS */

                     n_disk = n_disk / 63 / 255;

                     tbl[7] = (BYTE)n_disk;   //表示结束的柱面。

                     tbl[6] = (BYTE)((n_disk >> 2) | 63); //结束的扇区。

              } else {

                     ST_WORD(&tbl[6], 0xFFFF); //

              }

              tbl[5] = 254;  //结束的磁头。

              if (fmt != FS_FAT32)               /* System ID */

                     tbl[4] = (n_part < 0x10000) ? 0x04 : 0x06;

              else

                     tbl[4] = 0x0c;  // 表示该分区类型为win95 FAT32

              ST_DWORD(tbl+8, 63);               /*起始扇区 0x3F in LBA */

              ST_DWORD(tbl+12, n_part);              /*分区的大小，总扇区数减去MBR及其占据的一个柱面。 */

              ST_WORD(tbl+64, 0xAA55);              /* Signature */

              if (disk_write(drv, fs->win, 0, 1) != RES_OK)

                     return FR_DISK_ERR;

              partition = 0xF8;  //MBR标志。

       } else {

              partition = 0xF0;

       }

3、观察在有MBR区域的情况下，如何检查文件系统

       fmt = check_fs(fs, bsect = 0);        /* 检查0扇区的时候，没有发现FAT文件系统扇区，但是有0x55 0xAA标志，说明这是有效磁盘，但是返回1. */

       if (fmt == 1) {             /* 表明可能存在分区 */

              /* Check a partition listed in top of the partition table */

              tbl = &fs->win[MBR_Table + LD2PT(vol) * 16];    /* Partition table */

              if (tbl[4]) {           实际这里应该是0x0c,表示FAT32系统。

                     bsect = LD_DWORD(&tbl[8]);                                /* 这个是文件系统 引导扇区的号码。 */

                     fmt = check_fs(fs, bsect);                                   /* 再到这个扇区检查是否存在 FAT文件系统标志。 */      }      }

执行过后，仍然能够建立完整的 文件系统信息 结构体，只是里面的 FAT分配起始扇区、数据区起始扇区地址相对 没有MBR的时候改变了，其它都差不多。