單片機(jī)讀寫U盤、cf卡開(kāi)發(fā)心得

    剛做完一個(gè)項(xiàng)目，要求將人體心電信號(hào)采集下來(lái)，存儲(chǔ)到海量存儲(chǔ)設(shè)備中，可以用U盤也可以用CF卡。這個(gè)項(xiàng)目的難點(diǎn)不在采集，只要做好信號(hào)放大、濾波防干擾，就可以保證信號(hào)采集的正確性。而難點(diǎn)在于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，要求患者將24小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間的所有心電信號(hào)都存儲(chǔ)下來(lái)，按照10ms采集一次數(shù)據(jù)那么一個(gè)小時(shí)就要400K，一天的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量需要9.6M。因此一般的靜態(tài)E2滿足不了使用的要求，有些情況下，設(shè)備要求能夠連續(xù)使用一個(gè)禮拜，而數(shù)據(jù)不能丟失，因此必須選用一個(gè)大存儲(chǔ)量器件。我們?cè)谶@個(gè)項(xiàng)目中選擇的是U盤，當(dāng)然我的一個(gè)師弟采用的CF卡也完成了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。所謂U盤就是一個(gè)帶有USB接口的硬盤，如果去掉USB接口芯片，U盤內(nèi)部和CF卡和普通的PC硬盤結(jié)構(gòu)一樣。因此很有必要研究一下硬盤的物理結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)分布結(jié)構(gòu)。其實(shí)很多同行，也遇到過(guò)如此問(wèn)題，在這里我將我的使用心得和大家交流一下，如果有何意見(jiàn)可以交流：jiangfuting@163.com，我有些簡(jiǎn)單的小程序可以提供給大家。我向大家推薦一本書《硬盤扇區(qū)讀寫技術(shù)》，當(dāng)然這本書前60頁(yè)講得很詳細(xì)，很有意義，至于這本書后面部分，建議大家就不要看了，呵呵，jnmcu.com 也有一些不錯(cuò)的資料，大家可以參考。其實(shí)單片機(jī)讀寫硬盤，關(guān)鍵是按照FAT格式讀寫硬盤，說(shuō)白了，就是單片機(jī)要按照PC機(jī)WINDOWS的規(guī)矩來(lái)辦事。我想在這里將我這個(gè)項(xiàng)目的心得和大家談一下，如果有不對(duì)的地方，還請(qǐng)高手指正。我把單片機(jī)或者ARM讀寫U盤分為兩種方式，就是FAT格式和非FAT格式，這里的“非FAT格式”是我自己發(fā)明的一個(gè)詞，后面的部分，我還要詳細(xì)的闡述。

1.非FAT格式下，讀寫U盤
如果我們不按照FAT格式讀寫U盤的話，其實(shí)很簡(jiǎn)單，我在以前的帖子中也一再堅(jiān)持，就是將CF卡和U盤當(dāng)作一個(gè)無(wú)限大的外部RAM，那么這種模式下，U盤和CF卡與普通的外部擴(kuò)展RAM的區(qū)別就僅僅是讀寫U盤的時(shí)候，不能一個(gè)字節(jié)一個(gè)自己的來(lái)，必須一次512B，不能通過(guò)地址總線找到每一個(gè)RAM字節(jié)的存放地址，而必須是一個(gè)扇區(qū)一個(gè)扇區(qū)的來(lái)。如果能夠接受這一點(diǎn)，那么，你就可以通過(guò)單片機(jī)讀寫U盤了。當(dāng)然這還需要主意一些問(wèn)題，就是你不能隨意的存儲(chǔ)和讀寫你的數(shù)據(jù)，你必須接受U盤的要求。其實(shí)這些要求也很簡(jiǎn)單，就是不能往FAT表的扇區(qū)寫任何數(shù)據(jù)，否這，你的U盤就崩潰了，在WINDOWS下就識(shí)別不出來(lái)了，我就干過(guò)這種事情，往U盤的FAT表和FAT備份表寫了一數(shù)據(jù)，最后的結(jié)果是U盤往PC機(jī)的USB口一插，計(jì)算機(jī)就死機(jī)，原因就是WINDOWS不能識(shí)別U盤，而U盤本身沒(méi)有壞，就是說(shuō)USB通信沒(méi)有問(wèn)題，有問(wèn)題的是FLASH的扇區(qū)，讓我寫壞了，而寫壞的部分恰恰是FAT表，這是一個(gè)災(zāi)難性的錯(cuò)誤，解決的辦法就是憑著各種資料，把FAT表的格式和數(shù)據(jù)通過(guò)單片機(jī)再寫回去，呵呵，我用了一個(gè)上午的時(shí)間來(lái)拯救我那可憐的U盤。如果你注意了以上的問(wèn)題，那么好，就可以準(zhǔn)備用單片機(jī)讀寫U盤了。前面我也說(shuō)了，用單片機(jī)讀寫U盤，必須一個(gè)扇區(qū)一個(gè)扇區(qū)的來(lái)。也就是說(shuō)，我們讀寫的最小單位就是一個(gè)扇區(qū)512B。那么就必須要求你的單片機(jī)能夠提供至少512B的RAM，我這里選用的是STC89C54RD，這個(gè)單片機(jī)能夠滿足我的要求，此單片機(jī)具體的信息可以查詢，就不給廠家做廣告了。那么就是讀寫的地址的問(wèn)題了。此中模式下，最關(guān)鍵的問(wèn)題就是用單片機(jī)把數(shù)據(jù)存進(jìn)去，或者讀出來(lái)，那么我們這個(gè)地址怎么設(shè)置，如果用匯編51的話，就是DPL1,DPH1，DPL0,DPH0怎么設(shè)置應(yīng)該設(shè)置成什么？其實(shí)這也就是FLASH的地址，就是U盤數(shù)據(jù)的存放地址，如果我們用4個(gè)8位的數(shù)據(jù)來(lái)表示所有的FLASH的話，就是FFFFFFFF,那么我們尋址的范圍就是200G，這么大的空間，我們?cè)趺创_定呢，jnmcu.com有些資料，可以查看。我在這里簡(jiǎn)單的說(shuō)明一下：?jiǎn)纹瑱C(jī)寫入地址=相關(guān)扇區(qū)號(hào)+32　 轉(zhuǎn)換成4個(gè)十六進(jìn)制就可以，就是單片機(jī)的外部訪問(wèn)地址。其中最關(guān)鍵的就是相關(guān)扇區(qū)號(hào)，硬盤的存儲(chǔ)單位不應(yīng)該是扇區(qū)，而是“簇”,而單片機(jī)讀寫地址的關(guān)聯(lián)卻是扇區(qū)，應(yīng)此我們還必須找清楚簇號(hào)和扇區(qū)號(hào)的關(guān)系。這種關(guān)系的找法有很多中，我參考了大量的資料總結(jié)了一下，就是FAT表的第一個(gè)扇區(qū)和第一個(gè)簇指的是同一個(gè)地方，哈哈，有的讀者已經(jīng)明白了，既然第一個(gè)扇區(qū)和第一個(gè)簇指的是同一個(gè)地方，那么他們的計(jì)算公式一相等，就可以得出簇和扇區(qū)的關(guān)系，在這里我總結(jié)的關(guān)系是:數(shù)據(jù)首扇區(qū)地址＝（文件起始簇號(hào)－根目錄簇）*每簇扇區(qū)數(shù)目+根目錄扇區(qū),這個(gè)關(guān)系是一個(gè) 不變的關(guān)系，不管你是8M的U盤或者CF卡，還是200G的硬盤，這個(gè)關(guān)系肯定不變，有了這個(gè)關(guān)系，我們就可以根據(jù)簇璉來(lái)找扇區(qū)，找到扇區(qū)，轉(zhuǎn)換成4個(gè)16進(jìn)制的數(shù)據(jù)，就是單片機(jī)的讀寫地址了。至此就完成了單片機(jī)讀寫U盤的所有準(zhǔn)備工作。但是這種模式下讀寫出來(lái)的數(shù)據(jù)不是FAT格式，但是卻是一種實(shí)用，簡(jiǎn)單的讀寫方式，我覺(jué)得這種方式很好。

2.FAT格式下單片機(jī)讀寫U盤/cf卡
我在做這個(gè)項(xiàng)目的時(shí)候?qū)⒋蟛糠謺r(shí)間都花在研究硬盤的FAT分區(qū)格式上，因?yàn)閁盤和CF卡的物理結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)分布結(jié)構(gòu)和PC硬盤的結(jié)構(gòu)完全一樣，而又沒(méi)有系統(tǒng)的資料和書來(lái)介紹U盤的結(jié)構(gòu)，所以我就仔細(xì)研究了一下硬盤的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，JNMCU.COM 有一些U盤的資料，也不是太全面。通過(guò)仔細(xì)的查看硬盤的結(jié)構(gòu)，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)硬盤的分布結(jié)構(gòu)是固定的，有它自己的規(guī)律，我們掌握了這種規(guī)律就可以一步一步來(lái)分析?，F(xiàn)在有很多廠家和公司提供單片機(jī)讀寫U盤的子程序庫(kù)，我當(dāng)時(shí)看一下，不大喜歡他們做的程序庫(kù)，首先他們的程序不公開(kāi)，也就是說(shuō)，我們想學(xué)習(xí)的話，只能學(xué)習(xí)他們子程序的用法，再有，他們做的容錯(cuò)機(jī)制太多，做的處理太負(fù)責(zé)，應(yīng)此光光他們的程序庫(kù)就20多K，而我們單片機(jī)的硬件資源是很有限的FLASH都不是太大，我們還要留著自己的代碼空間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，應(yīng)此，子程序庫(kù)我不推薦使用。我覺(jué)得，找到其中的規(guī)律按照規(guī)律編寫自己的代碼是很方便的。也有的同仁要說(shuō)，你做的程序穩(wěn)定嗎？可靠嗎？FAT需要很多容錯(cuò)機(jī)制的，我想說(shuō)，沒(méi)用，一旦出了錯(cuò)，就是在好多容錯(cuò)機(jī)制都已經(jīng)于事無(wú)補(bǔ)了，最好的辦法，就是做好系統(tǒng)后，自己多測(cè)試，我做的便攜式心電監(jiān)護(hù)儀，一次采集30M的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式就是1.TXT，就是一個(gè)記事本，我聯(lián)系測(cè)試了1個(gè)月，沒(méi)有發(fā)生一次數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不穩(wěn)的情況，現(xiàn)在這個(gè)產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用在醫(yī)療設(shè)備中。所以，不要說(shuō)你考慮的了就是好事，我認(rèn)為，先作出來(lái)，然后多做測(cè)試，自己心中就不會(huì)心虛?，F(xiàn)在詳細(xì)的將一下FAT的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。硬盤的物理結(jié)構(gòu)應(yīng)該是FAT表的BPB表－FAT表－FAT表的備份表－FDT表（根目錄扇區(qū)）－DATA區(qū)。找到這些規(guī)律，我們關(guān)心其實(shí)就是DATA區(qū)。進(jìn)行尋址的方式就是簇璉尋址的方法。首先要找到U盤的FAT表的BPB表，這里有U盤最基本的信息，包括每扇區(qū)自己數(shù)，每簇扇區(qū)數(shù)，保留扇區(qū)數(shù)，F(xiàn)AT表的數(shù)目，每個(gè)FAT表的扇區(qū)數(shù)，根目錄其實(shí)簇號(hào)等最基本最重要的信息。找到這個(gè)信息后，通過(guò)扇區(qū)和簇的關(guān)系（前面已經(jīng)將過(guò)），就可以找到文件的FDT表的第一個(gè)扇區(qū)的第一個(gè)簇，找到這些數(shù)據(jù)以后就號(hào)辦了。就可以按照硬盤的簇璉尋址方法進(jìn)行讀寫了。

　以上是本人在開(kāi)發(fā)便攜式心電監(jiān)護(hù)儀中單片機(jī)讀寫U盤的一點(diǎn)心得和開(kāi)發(fā)筆記，希望行家里手多多指正，也希望剛剛開(kāi)始開(kāi)發(fā)的同行多多交流