Flash盤的FAT結構分析

Flash 盤的FAT 結構
Flash 硬盤與普通的磁頭、柱面式介質不一樣。在開發U 盤的過程中，使用Flash 作為存儲介質。它有其特定的結構特點。
以16M 的三星K9F2808U0A-YCB0 Flash 為例，它有1024 個Block，每個Block 有32個Page，每個Page 有512+16＝528 個字節。

Flash 的結構
Flash 的讀寫有其自身特點：1）必須以Page 為單位進行讀寫；2）寫之前必須先擦除原
有內容；3）擦除操作必須對Block 進行，即一次至少擦除一個Block 的內容。
針對這種情況，將Flash 的一個Page 定為1 個扇區，將其2 個Block，64 個扇區定為
一個簇，這樣，簇的容量剛好為512＊64＝32K，滿足FAT16 對簇大小的要求。
FAT 分配空間的時候，是按簇來分配的，但是其給出的地址卻是LBA（Logical Block
Address），即它只給出一個扇區號，比如對此Flash 而言，若給出LBA 為0x40，實代表簇1
的扇區1。因此需要將Logical Block Address 轉換為物理地址，這樣，才可以對數據進行存
取操作。根據我們定義的結構，轉換公式為：
Flash 的Block ＝ Logical Block Address／0x20
Flash 的Page ＝ Logical Block Address %0x20
實際上，如果定義每個簇為32 個扇區是最好的，因為這樣物理結構和邏輯結構剛好一
致。但是這也無防，因為不管Logical Block Address 給出什么值，只要按上述公式，總可以
得到物理上正確的Block 和Page，再使用Flash 的讀寫命令讀取對應的Block 和Page 就可
以了，讀的問題復雜一些，在后面介紹。
因此簇和扇區的概念只是在BPB 中給出存儲介質信息的時候告之系統就可以了，我們
只要做好LBA 與物理地址間的轉換就可以了。
由于做為U 盤的Flash 不要求啟動，因此可以沒有MBR 區，只包含DBR、FAT、DIR
和DATA 四個區。
因此，Flash 的前兩個Block 的內容如下：

LBA Block／Page 長度 內容說明
0 0,0 512 字節 MBR＝BPB＋Excutable Code+55AA（查看內容）
1~2 0,1~0,2 1024 字FAT 區（第一份FAT）

???????????????????? ? 節

3~4 0,3~0,4? 1024字節? FAT 區備份（第二份FAT）
5~39H??????????????????????????目錄區(在BPB 中調整目錄項數，使其剛好占盡本簇)
40H~???????????????????????????? 數據區（因目錄區占盡一個簇，故數據區始于新簇首扇）

當Host 發出READ 命令后，Flash 讀寫操作即告開始，Host 首先讀取MBR，得到有關存儲介質的有關信息，諸如扇區長度、每簇扇區數以及總扇區數等內容，以便知道此盤有多大。如果讀取正確，會接著讀取文件分配表，借以在PC 機上的可移動盤符中顯示文件目錄，并可以復制、刪除或是創建文件。系統自動將這些命令都轉換成Read 或Write 兩種命令，通過USB 的READ 或WRITE 命令塊描述符來從Flash 中相應扇區讀取數據，或是將特定長度的數據寫入Flash 相應簇中。

Flash 的讀寫
針對Flash 讀寫的特點，特別是其可隨機讀，但無法隨機寫的問題，需要通過設置緩沖
區來解決。在與USB Host 進行數據交換的過程中，最小的單位是扇區：512 字節。由于Flash
在寫之前必須先擦除，而一擦又必須擦一個Block，因此在擦除某Block 之前必須保存同一
個Block 中有關扇區的數據。因此，如果每收到一個扇區的內容就進行一次擦、保存、寫的
操作，系統任務將十分繁重，無法及時響應USB Host 端的請求。
因此，在系統中設置32K 的緩沖區（ARM7 系統具有2M SDRAM，因此內存足夠，如果在8051 平臺上，則需要另外想辦法），每完成一次數據傳輸后，記下本次要寫的開始扇區和總扇區數，將本次要寫的數據所涉及的扇區以外的數據從Flash 中讀出來，存放在緩沖區中對應位置，然后擦除一個Block，再將緩沖區中內容一次全部重新寫入Flash。