fatfs文件系统手册

① FAT文件系统的简介

微软在Dos/Windows系列操作系统总共使用了6种不同的文件系统（包括即将在windows的下一个版本中使用的Winfs）。它们分别是：FAt12、FAT16、FAT32、NTFS、NTFS5.0和WINFS。下面我们一一来对它们的相关特点和规则做个介绍。其中FAt12、FAT16、FAT32均是Fat文件系统。是File Allocation Table的简称。 最古老的文件系统FAT12：
这是伴随着Dos诞生的“老”文件系统了。它采用12位文件分配表，并因此而得名。而以后的FAT系统都按照这样的方式在命名。在DOS3.0以前使用。但是在现在，我们都还能找得到这个文件系统：用于软盘驱动器。当然，其他地方的确基本上不使用这个文件系统了。Fat12可以管理的磁盘容量是8M。这在当时，没有硬盘的情况下，这个磁盘管理能力是非常大的。
Fat12文件系统的限制：
1)文件名：只能是8.3格式的文件名。
2)磁盘容量：最多8M。（4096clusters×4sectors/clusters×512bytes、sectors）
3)文件碎片严重。（只在磁盘上不存储在不连续的簇内。）
使用时间最长文件系统的Fat16：
在Dos2.0的使用过程中，对更大的磁盘的管理能力的需求已经出现了，所以在Dos3.0中，微软推出了新的文件系统Fat16。除了采用了16位字长的分区表之外，Fat16和Fat12在其他地方都非常的相似。实际上，随着字长增加4位，可以使用的簇的总数增加到了65536。在总的簇数在4096之下的时候，应用的还是Fat12的分区表，当实际需要超过4096簇的时候，应用的是Fat16的分区表。刚推出的Fat16文件系统管理磁盘的能力实际上是32M。这在当时是看来是足够大的。1987年，硬盘的发展推动了文件系统的发展，Dos4.0之后的Fat16可以管理128M的磁盘。然后这个数字不断的发展，一直到2G。在整整的10年中，2G的磁盘管理能力都是大大的多于了实际的需要。需要指出的是，在windows95系统中，采用了一种比较独特的技术，叫做VFat来解决长文件名等问题。FAT16分区格式存在严重的缺点：大容量磁盘利用效率低。在微软的DOS和Windows系列中，磁盘文件的分配以簇为单位，一个簇只分配给一个文件使用，不管这个文件占用整个簇容量的多少。这样，即使一个很小的文件也要占用一个簇，剩余的簇空间便全部闲置，造成磁盘空间的浪费。由于分区表容量的限制，FAT16分区创建的越大，磁盘上每个簇的容量也越大，从而造成的浪费也越大。所以，为了解决这个问题，微软推出了一种全新的磁盘分区格式FAT32，并在Windows 95 OSR2及以后的Windows 版本中提供支持。 Volume size Cluster size 0 to 32 MB 512 bytes 33 to 64 MB 1 KB 65 to128 MB 2 KB 129 to 256 MB 4 KB 257 to 511 MB 8 KB 512 to 1023 MB 16 KB 1024 to 2047 MB 32 KB 2048 to 4095 MB 64 KB 最新的Fat32文件系统：
Fat32文件系统将是Fat系列文件系统的最后一个产品。和它的前辈一样，这种格式采用32位的文件分配表，磁盘的管理能力大大增强，突破了FAT16 2GB的分区容量的限制。由于现在的硬盘生产成本下降，其容量越来越大，运用FAT32的分区格式后，我们可以将一个大硬盘定义成一个分区，这大大方便了对磁盘的管理。
FAT32推出时，主流硬盘空间并不大，所以微软设计在一个不超过8GB的分区中，FAT32分区格式的每个簇都固定为4KB，与FAT16相比，大大减少了磁盘空间的浪费，这就提高了磁盘的利用率。在其他更大的分区中的簇大小的可以看下表： Volume size Cluster size less than 8GB 4 KB less than 16GB 8 KB less than 32GB 16 KB more than 32gB 32 KB 目前，支持这种格式的操作系统有Windows 95、Windows 98、OSR2、Windows 98 SE、Windows Me、Windows 2000和Windows XP，Linux Redhat部分版本也对FAT32提供有限支持，然而，如果Linux安装在FAT32分区下，必须使用软盘进行引导。但是，这种分区格式也有它明显的缺点，首先是由于文件分配表的扩大，运行速度比FAT16格式要慢，特别是在DOS 7.0下，性能差别更明显。
FAT32的限制：
1)最大的限制在于兼容性方面，Fat32不能保持向下兼容。
2)当分区小于512M时，Fat32不会发生作用。
4)单个文件不能大于4G。（精确数据是4G－2bytes）。

② 什么是fatfs文件系统

FatFs是一个通用的文件系统模块，用于在小型嵌入式系统中实现FAT文件系统。专 FatFs 的编写属遵循ANSI C，因此不依赖于硬件平台。它可以嵌入到便宜的微控制器中，如 8051, PIC, AVR, SH, Z80, H8, ARM 等等，不需要做任何修改。
FAT12, FAT16 与 FAT32.多个卷(物理驱动器与分区).两种分区规则： FDISK 与 Super-floppy.多种配置选项:长文件名支持。可选的编码页，包括DBCS（译者：DBCS为双位元组字元系统 Double Byte Char Systems )多任务支持只读，最小化API，缓冲区配置等等应用程序接口

③ fatfs文件系统支持多少文件

fatfs文件系统支持4GB文件。

disk_initialize()等函数是FATFS底层的几个接口，移植实现后，FATFS的操作跟WINDOWS上的文件操作差不多一样，FATFS源代码里有说明文档自己看，不过设备要先挂载，如果原来的设备没有文件系统，还要格式化一下，才能用。

对于FAT16文件系统，可以保存的文件体积最大值是4 GB - 1 byte (2^32 bytes - 1 byte)；卷的最大体积是4GB；每个卷上最多可以保存的文件数量是65,536个 (2^16)；根目录下可以保存的文件和文件夹数量最大值是512个（如果使用了长文件名，该数字还会减小）。

FatFs 提供下面的函数：

f_mount - 注册/注销一个工作区域（Work Area）

f_open - 打开/创建一个文件

f_close - 关闭一个文件

f_read - 读文件

f_write - 写文件

f_lseek - 移动文件读/写指针

f_truncate - 截断文件

f_sync - 冲洗缓冲数据 Flush Cached Data

f_opendir - 打开一个目录

f_readdir - 读取目录条目

f_getfree - 获取空闲簇 Get Free Clusters

④ sd卡怎么修改文件目录和分配表 fatfs

SD的优势之一是它的便携性，它可以自由插拔，可以在嵌入式设备和PC机之间交换数据。如果使用FAT(File Allocation Table)文件系统，它便可以方便在安装windows的PC和嵌入式设备之间交换数据。一个完整的FAT文件系统代码量非常庞大，不适合资源较少的嵌入式系统，于是就需要一个微型的FAT文件系统，FatFs就是基于这样的目的而开发的。
FatFS是一个专为小型嵌入式系统设计的通用FAT文件系统模块。FatFs具有较高的可配置性，最小配置仅使用1K的RAM空间，非常适用于嵌入式系统。FatFs 的编写遵循ANSI C，并且完全与磁盘I/O层分开。因此，它独立(不依赖)于硬件架构。它可以被嵌入到低成本的微控制器中，如AVR, 8051, PIC, ARM, Z80, 68K 等等，而不需要做任何修改。
特点
Windows兼容的FAT文件系统
不依赖于平台，易于移植
代码和工作区占用空间非常小
多种配置选项：
多卷(物理驱动器和分区)
多ANSI/OEM代码页，包括DBCS
在ANSI/OEM或Unicode中长文件名的支持
RTOS的支持
多扇区大小的支持
只读，最少API，I/O缓冲区等等

FatFs的源代码只有几个文件:diskio.c,ff.c,ff_util.c,tff.c及头文件。diskio.c是磁盘操作的代码文件(这个文件是移植时要实现的)，ff.c是一般FatFs的代码文件，tff.c是微型FatFs的代码文件，ff_util.c是几个辅助函数。integer.h是内部基本类型的定义，ff.h是一般FatFs包含的头文件，tff.h是微型FatFs包含的头文件。
[cpp] view plain在CODE上查看代码片派生到我的代码片
#if _FATFS_TINY != 1
#include <fatfs/src/ff.h>
#else
#include <fatfs/src/tff.h>
#endif
#include <fatfs/src/ff_util.h>

微型FatFs配置最小时仅占用内存1KB，但它是一个只读的FAT系统。
FatFs的配置文件是fatfs_config.h:
[cpp] view plain在CODE上查看代码片派生到我的代码片
//------------------------------------------------------------------------------
// General Definitions (previously in ff.h)
//------------------------------------------------------------------------------

#define _FATFS_TINY 0
/* When _FATFS_TINY is set to 1, fatfs is compiled in Tiny mode
/ Else, it is compiled in normal mode
/ Tiny FatFs feature : Very low memory consumption, suitable for small memory
/ system. (1KB RAM) : Supports only single drive, no disk format,
/ only read functions, no write functions */

//------------------------------------------------------------------------------
// Definitions for normal FATFS (previously in ff.h)
//------------------------------------------------------------------------------

#if _FATFS_TINY == 0

#define _MCU_ENDIAN 2
/* The _MCU_ENDIAN defines which access method is used to the FAT structure.
/ 1: Enable word access.
/ 2: Disable word access and use byte-by-byte access instead.
/ When the architectural byte order of the MCU is big-endian and/or address
/ miss-aligned access results incorrect behavior, the _MCU_ENDIAN must be set to 2.
/ If it is not the case, it can also be set to 1 for good code efficiency. */

#define _FS_READONLY 0
/* Setting _FS_READONLY to 1 defines read only configuration. This removes
/ writing functions, f_write, f_sync, f_unlink, f_mkdir, f_chmod, f_rename,
/ f_truncate and useless f_getfree. */

#define _FS_MINIMIZE 0
/* The _FS_MINIMIZE option defines minimization level to remove some functions.
/ 0: Full function.
/ 1: f_stat, f_getfree, f_unlink, f_mkdir, f_chmod, f_truncate and f_rename are removed.
/ 2: f_opendir and f_readdir are removed in addition to level 1.
/ 3: f_lseek is removed in addition to level 2. */

#define _USE_STRFUNC 0
/* To enable string functions, set _USE_STRFUNC to 1 or 2. */

#define _USE_FSINFO 1
/* To enable FSInfo support on FAT32 volume, set _USE_FSINFO to 1. */

#define _USE_SJIS 1
/* When _USE_SJIS is set to 1, Shift-JIS code transparency is enabled, otherwise
/ only US-ASCII(7bit) code can be accepted as file/directory name. */

#define _USE_NTFLAG 1
/* When _USE_NTFLAG is set to 1, upper/lower case of the file name is preserved.
/ Note that the files are always accessed in case insensitive. */

#define _USE_MKFS 1
/* When _USE_MKFS is set to 1 and _FS_READONLY is set to 0, f_mkfs function is
/ enabled. */

#define _DRIVES 2
/* Number of logical drives to be used. This affects the size of internal table. */

#define _MULTI_PARTITION 0
/* When _MULTI_PARTITION is set to 0, each logical drive is bound to same
/ physical drive number and can mount only 1st primaly partition. When it is
/ set to 1, each logical drive can mount a partition listed in Drives[]. */

//------------------------------------------------------------------------------
// Definitions for normal FATFS TINY (previously in tff.h)
//------------------------------------------------------------------------------

#else

#define _MCU_ENDIAN 2
/* The _MCU_ENDIAN defines which access method is used to the FAT structure.
/ 1: Enable word access.
/ 2: Disable word access and use byte-by-byte access instead.
/ When the architectural byte order of the MCU is big-endian and/or address
/ miss-aligned access results incorrect behavior, the _MCU_ENDIAN must be set to 2.
/ If it is not the case, it can also be set to 1 for good code efficiency. */

#define _FS_READONLY 1
/* Setting _FS_READONLY to 1 defines read only configuration. This removes
/ writing functions, f_write, f_sync, f_unlink, f_mkdir, f_chmod, f_rename,
/ f_truncate, f_getfree and internal writing codes. */

#define _FS_MINIMIZE 0
/* The _FS_MINIMIZE option defines minimization level to remove some functions.
/ 0: Full function.
/ 1: f_stat, f_getfree, f_unlink, f_mkdir, f_chmod, f_truncate and f_rename are removed.
/ 2: f_opendir and f_readdir are removed in addition to level 1.
/ 3: f_lseek is removed in addition to level 2. */

#define _USE_STRFUNC 0
/* To enable string functions, set _USE_STRFUNC to 1 or 2. */

#define _USE_FSINFO 1
/* To enable FSInfo support on FAT32 volume, set _USE_FSINFO to 1. */

#define _USE_SJIS 1
/* When _USE_SJIS is set to 1, Shift-JIS code transparency is enabled, otherwise
/ only US-ASCII(7bit) code can be accepted as file/directory name. */

#define _USE_NTFLAG 1
/* When _USE_NTFLAG is set to 1, upper/lower case of the file name is preserved.
/ Note that the files are always accessed in case insensitive. */

#define _USE_FORWARD 0
/* To enable f_forward function, set _USE_FORWARD to 1. */

#define _FAT32 1
/* To enable FAT32 support in addition of FAT12/16, set _FAT32 to 1. */

#endif

//------------------------------------------------------------------------------
// Other definitions
//------------------------------------------------------------------------------

/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Correspondence between drive number and physical drive */
/* Note that Tiny-FatFs supports only single drive and always */
/* accesses drive number 0. */

#define DRV_MMC 0
#define DRV_SDRAM 1
#define DRV_ATA 2
#define DRV_USB 3

#define SECTOR_SIZE_SDRAM 512
#define SECTOR_SIZE_SDCARD 512