Flash盘的FAT结构分析

Flash 盘的FAT 结构
Flash 硬盘与普通的磁头、柱面式介质不一样。在开发U 盘的过程中，使用Flash 作为存储介质。它有其特定的结构特点。
以16M 的三星K9F2808U0A-YCB0 Flash 为例，它有1024 个Block，每个Block 有32个Page，每个Page 有512+16＝528 个字节。

Flash 的结构
Flash 的读写有其自身特点：1）必须以Page 为单位进行读写；2）写之前必须先擦除原
有内容；3）擦除操作必须对Block 进行，即一次至少擦除一个Block 的内容。
针对这种情况，将Flash 的一个Page 定为1 个扇区，将其2 个Block，64 个扇区定为
一个簇，这样，簇的容量刚好为512＊64＝32K，满足FAT16 对簇大小的要求。
FAT 分配空间的时候，是按簇来分配的，但是其给出的地址却是LBA（Logical Block
Address），即它只给出一个扇区号，比如对此Flash 而言，若给出LBA 为0x40，实代表簇1
的扇区1。因此需要将Logical Block Address 转换为物理地址，这样，才可以对数据进行存
取操作。根据我们定义的结构，转换公式为：
Flash 的Block ＝ Logical Block Address／0x20
Flash 的Page ＝ Logical Block Address %0x20
实际上，如果定义每个簇为32 个扇区是最好的，因为这样物理结构和逻辑结构刚好一
致。但是这也无防，因为不管Logical Block Address 给出什么值，只要按上述公式，总可以
得到物理上正确的Block 和Page，再使用Flash 的读写命令读取对应的Block 和Page 就可
以了，读的问题复杂一些，在后面介绍。
因此簇和扇区的概念只是在BPB 中给出存储介质信息的时候告之系统就可以了，我们
只要做好LBA 与物理地址间的转换就可以了。
由于做为U 盘的Flash 不要求启动，因此可以没有MBR 区，只包含DBR、FAT、DIR
和DATA 四个区。
因此，Flash 的前两个Block 的内容如下：

LBA Block／Page 长度 内容说明
0 0,0 512 字节 MBR＝BPB＋Excutable Code+55AA（查看内容）
1~2 0,1~0,2 1024 字FAT 区（第一份FAT）

                       节

3~4 0,3~0,4  1024字节  FAT 区备份（第二份FAT）
5~39H                          目录区(在BPB 中调整目录项数，使其刚好占尽本簇)
40H~                             数据区（因目录区占尽一个簇，故数据区始于新簇首扇）

当Host 发出READ 命令后，Flash 读写操作即告开始，Host 首先读取MBR，得到有关存储介质的有关信息，诸如扇区长度、每簇扇区数以及总扇区数等内容，以便知道此盘有多大。如果读取正确，会接着读取文件分配表，借以在PC 机上的可移动盘符中显示文件目录，并可以复制、删除或是创建文件。系统自动将这些命令都转换成Read 或Write 两种命令，通过USB 的READ 或WRITE 命令块描述符来从Flash 中相应扇区读取数据，或是将特定长度的数据写入Flash 相应簇中。

Flash 的读写
针对Flash 读写的特点，特别是其可随机读，但无法随机写的问题，需要通过设置缓冲
区来解决。在与USB Host 进行数据交换的过程中，最小的单位是扇区：512 字节。由于Flash
在写之前必须先擦除，而一擦又必须擦一个Block，因此在擦除某Block 之前必须保存同一
个Block 中有关扇区的数据。因此，如果每收到一个扇区的内容就进行一次擦、保存、写的
操作，系统任务将十分繁重，无法及时响应USB Host 端的请求。
因此，在系统中设置32K 的缓冲区（ARM7 系统具有2M SDRAM，因此内存足够，如果在8051 平台上，则需要另外想办法），每完成一次数据传输后，记下本次要写的开始扇区和总扇区数，将本次要写的数据所涉及的扇区以外的数据从Flash 中读出来，存放在缓冲区中对应位置，然后擦除一个Block，再将缓冲区中内容一次全部重新写入Flash。