摘 要：本文针对汽车性能检测仪对数据的存储和交换要求，在s3c2410a处理器和mcos-ii操作系统基础上采用sd卡设计开发了一种嵌入式文件系统。文章首先介绍sd卡的接口电路，接着给出实现本嵌入式文件系统的3层结构，并且对各层的具体实现进行了剖析。
关键词：嵌入式文件系统；sd卡；fat16 ；s3c2410a
引言
随着嵌入式处理器计算机能力的不断提高，32位mpu已成为嵌入式系统应用的主流。本文针对汽车性能记录仪研发中遇到的数据存储和数据交换的问题，在arm9嵌入式处理器和mc/os-ii操作系统基础上采用sd卡设计开发了一种嵌入式文件系统，该系统具有支持多操作系统、易于移植和存储速度快的特点。
接口电路设计
硬件平台的控制核心采用三星公司16/32位risc控制器s3c2410a，它采用arm920t内核，主频可达203mhz，内部具有丰富的系统外围设备控制器，包括sd卡控制器。sd卡支持spi和bus两种接口模式，本系统采用bus接口模式。s3c2410a与sd卡读写器的接口电路如图1所示。
sd卡的dat0~dat3、clk(时钟线)和cmd(命令线)分别连接到s3c2410a的 gpe7~gpe10、gpe5和gpe4引脚。sd卡支持单线和4线读/写，前者通过dat0进行数据串行传输，dat1作为中断口，最高传输速率25mbps；后者通过dat0~dat3分别进行串行数据传输，最高传输速率100mbps。
sd卡嵌入式
文件系统设计与实现
整个嵌入式文件系统结构如图2所示，共分3层，包括sd卡驱动层、fat16文件系统层和应用层。其中，sd卡驱动层又分为4层：硬件抽象层、sd卡工具函数层、sd卡命令层和sd卡操作函数接口层。sd卡嵌入式文件系统是基于sd卡需要按整块进行存储的特性建立起来的，以块为单位对sd卡进行管理，这样既便于管理，也可以屏蔽硬件的操作细节，为应用层开发提供了统一标准的api调用。为了便于与上位机进行数据交换，采用了windows和linux都支持的fat16文件系统。下面具体说明各层的实现。
sd卡驱动层
驱动层是面向主控器s3c2410a和sd卡，完成sd卡控制器中相应寄存器的设置和向sd卡发送命令实现sd卡初始化、读、写等操作，目的是为其上层提供相应的功能函数，屏蔽直接对硬件的具体操作。
硬件抽象层
硬件抽象层主要完成对s3c2410a中sd卡控制器相应寄存器的设置，将对sd卡直接控制抽象为对sd卡控制器的操作。
sd卡工具函数层
本层实现crc校验，所有的命令(command)和响应(response，r3响应除外)使用crc7校验，生成多项式为：g(x)=x7+x3+1；数据校验采用crc16，生成多项式为：g(x)=x16+x12+x5+1。crc7校验采用直接编程计算的方法， crc16采用查g(x)=x16+x12+x5+1余式表的方法。
sd卡命令层
本层宏定义了各种命令和响应，实现了向sd卡发送各种命令的函数sd_sendcmd()和读写sd卡内部寄存器等功能。sd总线上以位流的方式传送命令和数据，分别以0和1表示起始和停止。sd卡读写时序如图3所示。
command发起每个操作，通过cmd线串行传输的。sd卡标准定义了两种命令：acmd(application specific command)和gen-cmd(general command)，后者可直接发送，所有的acmd命令在发送前必须先发送cmd55命令， response是卡对命令的响应，包括r1、r1b、r2、r3四种类型，通过cmd线传输。data block通过dat数据线传输，在写操作过程中，由dat0线传输busy信号。
sd卡操作函数接口层
本层目的是为fat16文件系统层提供所需的sd卡操作函数，主要包括：sd_initialize()-初始化sd卡；sd_getcardinfo()-获得sd卡信息；sd_caltimeout()-计算读/写/擦超时时间；sd_readblock()-读单块数据；sd_readmultiblock()-读多个块数据；sd_writeblock()-向sd卡中写入一个块；sd_write multiblock()-向sd卡写入多块数据；sd_eraseblock()-擦除sd卡中的块。以单块数据写为例说明，当sd卡接收到单块写命令cmd24后，卡将发送给主机一个应答令牌，并且等待主机发送一个发送数据块来，当应答r1为0时，说明可以发送数据，块大小设置为512字节，卡对每个数据块返回1字节长的应答令牌，当其低5位为00101时，数据块被正确写入sd卡。数据块之后附有crc校验，如果校验失败，则所传输的数据会被丢掉，数据传输被终止。
fat16文件系统层
文件系统层向应用层提供了对文件和目录进行操作的api接口函数。要使写入sd卡的数据在装有windows或linux操作系统的上位机中得到正确访问，需要在sd卡上创建它们支持的文件系统，考虑到文件系统在嵌入式设备上实现的方便性和sd卡的应用规模，选择了建立fat16文件系统。
fat16文件系统的结构
文件系统由4部分组成：系统记录区(system record region)，fat表区(fat region)，文件登记表区(file register table region)，数据区(data region)。
1. 系统记录区通常包含4块内容：bios参数记录块bpb(bios parameter block)，磁盘标志记录表，分区引导记录代码区和结束标志0x55aa。bpb表从扇区字节位移0x0b开始,占25字节。
2. fat16的文件系统中有两份完全相同的文件分配表fat1和fat2，