【分享】 本人刚学习关于FAT16 运作拿来分享给大家。

sougisyou

什么是FAT？file Allocation Table  其实我对于这个FAT好奇很久，从中学就在书本里看到，看来看去都不明白。。直到最近心血来潮，又在重新读一次，拿以前买的SD卡 64MB来看看里面的sector是真么写的终于给我看明白了。

FAT是什么，其实FAT在MS-DOS或Microsoft系统里用来管理档案的系统。为什么我兴趣学FAT？当然我可以自己设计我的档案管理系统，不过在电脑windows里，我就不能直接把档案储存起来。在软碟也好硬碟也好光驱也好，SD卡也好，不管是什么track，head，都可以当作一个由很多sector组成的。每一个sector都是固定512Byte的。

当电脑开机是，电脑会把sector0 读入进 RAM里的地址 7c00，然后 JMP进那个7c00 执行7c00的程式。然后 那个小程式就会驱动硬碟读其他sector，一直到所有的程式都在RAM里在驱动WINDOWS。Sector 0 除了有那个驱动小程式以外还有记录关于硬碟或SD卡的FAT的规格。

在早起FAT有 FAT 8， FAT12， FAT16 ， 在windows里这些都归类为 FAT 。除了FAT32 是比较新的规格以外还有NTFS。据我所知FAT16只能支持 到2GB 也就是一个cluster有 64个sector。我在这里也只解释关于FAT16.

FAT16 意思也是 16bits的 最大也只能记录 65536 段（cluster） ， 当SD卡容量32MB以下 ，每一个sector 就是一个cluster，当 SD卡容量大于32MB 就由好几个 Sector组成 一个cluster。

比如  
                   cluster   x 最大 FAT （65536） = 最大卡容量
                   512Byte x 65536 = 33554432Byte。 32MB卡。
如果  64MB 卡
                    1024byte x 65536 = 67108864byte 64MB卡。

在 64MB卡 ，每一个cluster是由两个sector组成的。不管档案是少于1个cluster容量，也就用去一个cluster，如果cluster容量越大，对于储蓄小容量档案就更加浪费了。

看看图一， 这个就是 FAT16的结构， Sector 0 是记录 Master Boot Record 也就是我刚才说的 Sector0. 然后 就是 FAT1 ，FAT2， Root directory ， Cluster 或 free space。 FAT1 和 FAT2 其实是一样的，在软碟里由于软碟容易被破坏，所以增加多一个FAT来做后备。root directory 是由32Byte组成的是记载 档案的名字，时间，和这个档案是从那个cluster开始。然后最后的就是cluster或free space 用来记录档案的资料。

关于 详细的Master Boot Record 可以看看这个网页
http://www.tavi.co.uk/phobos/fat.html

我在这里只是抽出一些主要的。 在sector 0 里的512byte ，
地址
0x0d    是记录了一个cluster是几个sector组成的。
0x0e     是记录了有多少个reserve sector ，这个也包裹Master boot record 。
0x10     是记录了这个媒体有多少个FAT ，在sd卡一般是2 （两个FAT）
0x11    是记录 root directory里可以储存多少个root directory entries（不管是档案名字还是subdirectory）
0x16    是记录了 FAT里用去多少个sector。

以下 图二 图片是我的64MB卡在winhex里显示。在图里可以看到这个卡是FAT16格式，一个cluster有2个sector，一共有4个reserve sector ， 有两个FAT，root directory 有 512 entries， 一个FAT用了242 个sector。

当我们有了以上的资料就可以知道，FAT1，FAT2，和root directory 的位置在那一个sector， 在看会图一，Reserve sector 是在开始段， 也就是用了4个sector， FAT1 用了 242 sector， FAT2 也一样用了242 sector， 把这些加起来就是 root directory的位置了。

                  Rerverse sector + FAT1 + FAT2 = root directory位置
                    4                   +242    + 242  = 488 sector.
请看图三， 这是当我把SD卡的sector 488 读出来的资料。 每一个entries 是用32byte组成的。32byte里也记录了档案还是sub directory，档案时间等。关于详细的资料请看 http://www.tavi.co.uk/phobos/fat.html

在 FAT系统里 是没有cluster 0 和 cluster 1的 所有的 cluster是开始在 2. 在第一个entries里也写这 text1.txt ，开始记录在cluster 2， text2.txt 开始记录在 cluster 3.

如何知道cluster2 在第几个sector？ 其实看回 图一就明白了。只要在把，reserve sector + FAT1 + FAT2 + ( root enteris x 32 byte / 512byte) = cluster 2 / freespace

每一个root entries 是由32byte组成， 我的SD卡 是有 512个root entries 也就是 一共在root directory用了16384 byte ，每一个sector又是由512byte 组成的 ，16384/512 = 32 sector 用了 32sector。

   4   + 242 + 242 + 32 = cluster 2 的开始地址在520sector 。

在图四 是我用winhex 读进 520sector  的资料。 可以看到 ABC 这个是我预先在 text1 里写的字用了3byte。

text2.txt 是存放在 cluster2 里， 也就是 sector 520 + 2sector（每个cluster是2sector组成上面有介绍过了） = 522
图 五就是我读522 sector的资料。 在 text2.text我存放的档案是3Kbyte左右，可是每一个cluster只有1024byte，接下来的2Kbyte去了那里？

我们在看回FAT1 ， 也就是 Reserve sector 4 之后。 请看图六。 这个就是 在sector 4， FAT1 的资料。我们可以看到，我标着cluster 0，1，2，3..7 这个就是代表，每2个byte代表每一个cluster下一个去那一个cluster读。当显示 FFF8 或 FFFF 是代表 end of the file，cluster 0，1是不存在的既然就是FFF8,FFFF 。  cluster 2 也是 FFFF，为什么呢？ 记得我的TEXT1.txt 只有3byte，一个cluster已经足够存放了自然就没有必要在有另一个cluster储存。 text2.txt开始在 cluster 3， text2.txt 大约是3kbyte，也就是需要用3个cluster来储存。 所以在cluster 3 位置 就写着 cluster 4， 在cluster 4位置就写这cluster5， 在cluster 5位置写着FFFF，就是档案终止在这里。

为什么需要这样记录呢？试试想一下，如果我们第一个档案用了cluster2， 第2个用了cluster 3，4，5 。 后来我们又删除了档案1 cluster2 。 然后当我们放入新档案需要3个cluster时，系统可以 用cluster2，然后接下来6，7 。 为了储存删除的方便。

不好意思我解释的不是很好，请谅解。 也希望大家对于FAT16 可以有了一定的了解，至于要如何 从SD卡读sector就要看SD卡的指令了。 我还在研究着，虽然网上有一些写好的c语言lib，不过我想试试用assembly 从新写。。 FAT不限于用在SD卡，也可以用在软碟floppy，硬碟harddisk，光驱cd-rom等。只要明白那些指令能读出Sector，就可以用。 我这里写的资料是不齐全的。关于更多 Master boot record， root directory entries ，等 大家可以在网上找吧。。

sougisyou

在图三， 我圈的后面有写 03 00 00 00 其实是等于 3byte 的意思。 另一个是 5B 0B 00 00 是等于 00000B5B = 2907byte的意思。。  

sougisyou

前几天做好的，SD 卡 直接读的视频演戏。

http://www.youtube.com/watch?v=7JtlyspCMn4

目前测试过16MB，64MB，1GB卡可以读没有问题。 程式用去大约1.2KB。RAM用到七七八八了 大约60-80byte没有去算。 里面可能存有一些bug。