SD + FAT文件系统学习

1.硬盘 

硬盘排序结构：主引导记录（MBR）—引导扇区—数据—引导扇区—数据。

 

2.MBR 

MBR（Main Boot Record 主引导记录区）放置在硬盘物理地址0的地方。总共512字节的主引导扇区中，MBR只占用了其中的446个字节，另外64个字节交给了 DPT（Disk Partition Table硬盘分区表），最后两个字节“55，AA”是分区的结束标志。DPT由4个分区表组成，每个16字节。

下图中以以硬盘的MBR图，粉红色为硬盘分区表。

 

对于我们来说，更关注硬盘分区表表中红色区域：下图为硬盘分区表详细说明 。如果要对SD卡、U盘等分多个区，DPT的内容就表示各个区的偏移地址和大小。

起始地址

字节数

描述

0x1BE

1

可引导标志，0x00不可引导，0x80可引导

0x1BF~0x1C1

3

分区起始CHS地址(CHS＝磁头、柱面、扇区)，起始地址

0x1C2

1

分区类型

0x1C3~0x1C5

3

分区结束CHS地址

0x1C6

4

从磁盘开始到该分区开始的偏移量（分区起始LBA地址Little-endian顺序）

0x1CA

4

总扇区数（Little-endian顺序）

3.SD

SD卡没有分区，默认就是一个分区。首先用WinHex文件打开SD所在的盘符，显示如下图：

图4 

①　非分区空间（红线所示）: 起始扇区0，我认为这个分区就是硬盘上的MBR所在区域，

打开后如下图所示,也可以称为SD卡的MBR区域。

图5

 

根据表1知道：

红线区域（00002000）为下个分区的扇区地址，即第8192扇区，见图3分区1的起始扇区。

蓝线区域（00760C00）为SD卡总的扇区个数，我们可以计算一下：

     0x760C00 *512（每扇区字节）= 3960995840 （字节），与实际大小基本一样。

 

②　分区1（蓝线所示）：起始扇区8192.

 

③　剩余扇区    : 才疏学浅，我不知道干嘛的，呵呵

由此可知SD卡文件系统并不是处在整个SD卡最开始的地方，它处在MBR所处的保留区之后，于是我们可以对使用FAT32文件系统的SD卡整体布局给出如下图示。

图6

4.FAT文件系统介绍

FAT（File Allocation Table，文件分配表）文件系统是windows操作系统所使用的一种文件系统。

FAT文件系统用“簇”作为数据单元。一个“簇”由一组连续的扇区组成，簇所含的扇区数必须是2的整数次幂。簇的最大值为64个扇区，即32KB。所有簇从2开始进行编号，每个簇都有一个自己的地址编号。用户文件和目录都存储在簇中。 本文每簇4KB大小。

FAT文件系统的数据结构中有两个重要的结构：文件分配表和目录项：

文件分配表：文件和文件夹内容储存在簇中，如果一个文件或文件夹需要多余一个簇的空间，则用FAT表来描述，如何找到另外的簇。FAT结构用于指出文件的下一个簇，同时也说明了簇的分配状态。FAT12、FAT16、FAT32这三种文件系统之间的主要区别在与FAT项的大小不同。 

目录项：FAT文件系统的每一个文件和文件夹都被分配到一个目录项，目录项中记录着文件名、大小、文件内容起始地址以及其他一些元数据。 

在FAT文件系统中，文件系统的数据记录在“引导扇区中（DBR）”中。引导扇区位于整个文件系统的0号扇区，是文件系统隐藏区域（也称为保留区）的一部分，我们称其为DBR（DOS Boot Recorder——DOS引导记录）扇区，DBR中记录着文件系统的起始位置、大小、FAT表个数及大小等相关信息。在FAT文件系统中，同时使用“扇区地址”和“簇地址”两种地址管理方式。这是因为只有存储用户数据的数据区使用簇进行管理（FAT12和FAT16的根目录除外），所有簇都位于数据区。其他文件系统管理数据区域是不以簇进行管理的，这部分区域使用扇区地址进行管理。文件系统的起始扇区为0号扇区。 

FAT文件系统结构

FAT文件系统整体分布如上图 存储器文件结构图 所示，有：

【1深绿色】保留区含有一个重要的数据结构——系统引导扇区（DBR）。FAT12、FAT16的保留区通常只有一个扇区，而FAT32的保留扇区要多一些，除0号扇区外，还有其他一些扇区，其中包括了DBR的备份扇区。 

【2黄色】  FAT区由来年各个大小相等的FAT表组成——FAT1、FAT2，FAT2紧跟在FAT1之后。 

【3灰色】  FAT12、FAT16的根目录虽然也属于数据区，但是他们并不由簇进行管理。也就是说FAT12、FAT16的根目录是没有簇号的，他们的2号簇从根目录之后开始。而FAT32的根目录通常位于2号簇。

保留区

FAT32文件系统的开始部分有一个由若干个扇区组成的保留区，保留区的大小会记录在DBR扇区中，比较常见的为32、34或38个扇区。如上图：由DBR中）0x0e和0x0f两个地址的数值决定，记得是小端模式，即N的值。 

引导扇区（DBR）

【大小】：512字节；

对读写FAT文件系统来说常用的就图中红色划线部分，48个字节。

图7

【1】0x00~0x02：3字节，跳转指令。 

【2】0x03~0x0A：8字节，文件系统标志和版本号，这里为MSDOC5.0。 

【3】0x0B~0x0C：2字节，每扇区字节数，512（0X02 00）。 

【4】0x0D~0x0D：1字节，每簇扇区数，8（0x08）。 

【5】0x0E~0x0F：2字节，保留扇区数，38（0x00 26），符合FAT1起始地址为38扇区。 

 

【6】0x10~0x10：1字节，FAT表个数，2。 

【7】0x11~0x12：2字节，FAT32必须等于0，FAT12/FAT16为根目录中目录的个数； 

【8】0x13~0x14：2字节，FAT32必须等于0，FAT12/FAT16为扇区总数。 

【9】0x15~0x15：1字节，哪种存储介质，0xF8标准值，可移动存储介质，常用的 0xF0。 

【10】0x16~0x17:2字节，FAT32必须为0，FAT12/FAT16为一个FAT 表所占的扇区数。

【11】0x18~0x19：2字节，每磁道扇区数，只对于有“特殊形状”（由磁头和柱面每 分割为若干磁道）的存储介质有效，63（0x00 3F）。 

【12】0x1A~0x1B：2字节，磁头数，只对特殊的介质才有效，255（0x00 FF）。 

【13】0x1C~0x1F：4字节，EBR分区之前所隐藏的扇区数，8192（0x00 00 20 00），与MBR中地址0x1C6开始的4个字节数值相等。

 

【14】0x20~0x23：4字节，文件系统总扇区数，7736320（0x 00 76 0C 00），7736320 *  512 = 3960995840  ≈ 3.67GB。

【15】0x24~0x27：4字节，每个FAT表占用扇区数，7541（0x 00 00 1D 75）。 

【16】0x28~0x29：2字节，标记，此域FAT32 特有。 

【17】0x2A~0x2B：2字节，FAT32版本号0.0，FAT32特有。 

【18】0x2C~0x2F：4字节，根目录所在第一个簇的簇号，2。（虽然在FAT32文件系统 下，根目录可以存放在数据区的任何位置，但是通常情况下还是起始于2号簇） 

 

【19】0x30~0x31：2字节，FSINFO（文件系统信息扇区）扇区号1，该扇区为操作 系统提供关于空簇总数及下一可用簇的信息。 

【20】0x32~0x33：2字节，备份引导扇区的位置。备份引导扇区总是位于文件系统 的6号扇区。 

【21】0x34~0x3F：12字节，用于以后FAT 扩展使用。 

 

【22】0x40~0x40：1字节，与FAT12/16 的定义相同，只不过两者位于启动扇区不

同的位置而已。

  【23】0x41~0x41：1字节，与FAT12/16 的定义相同，只不过两者位于启动扇区不

同的位置而已 。 

【24】0x42~0x42：1字节，扩展引导标志，0x29。与FAT12/16 的定义相同，只不过 两者位于启动扇区不同的位置而已

【25】0x43~0x46：4字节，卷序列号。通常为一个随机值。 

【26】0x47~0x51：11字节，卷标（ASCII码），如果建立文件系统的时候指定了卷 标，会保存在此。 

【27】0x52~0x59：8字节，文件系统格式的ASCII码，FAT32。 

★【28】0x5A~0x1FD：90~509共410字节，未使用。该部分没有明确的用途。 

【29】0x1FE~0x1FF：签名标志“55 AA”。 

★说明：引导代码

FAT文件系统将引导代码与文件形同数据结构融合在一起，FAT32文件系统引导扇区的512字节中，90~509字节为引导代码，而FAT12/16则是62~509字节为引导代码。同时，FAT32还可以利用引导扇区后的扇区空间存放附加的引导代码。一个FAT卷即使不是可引导文件文件系统，也会存在引导代码。