FAT32 文件系统详解

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最近有个项目是做STM32裸机开发的，由于需要用到USB向android系统传输数据，先考虑USB HID Class，但是考虑到驱动和后续要支持读取SD问题，进而采用USB MS Class作为传输数据的载体。模拟一个带FAT32文件系统的存储设备。

模拟设备基本信息:总容量8MB，除去MBR,DBR,FSINFO,FAT,等，大概还有7.8MB左右的容量。

这篇文章主要用于讲解FAT32的详细结构，同时也详解存储介质和文件系统的关系。

读这篇文章时，以假设你对FAT32 具备一定的了解，至少你知道FAT32由哪些地方组成。现在网上的资料，就我查询来看，都没有介绍MBR，大部分都直接从DBR开始讲起来,而模拟一个存储设备，MBR是一切的起点，只要搞清楚MBR，我们就可以顺着线，了解所有。

如果对文中的一些词语不了解，请多百度。

此外，此文章是我查看许多资料而融合而来，向前人致敬！！！

1 存储介质

    由于我们的存储介质是由存储载体（磁面或者存储芯片）和 读写机构组成。如硬盘的磁面和磁头部分等等。这就解决了怎么物理级读取数据的问题，而操作系统的存储驱动正是做这个事情的。驱动提供接口让我们可以在存储介质上读写数。
    我们虽然可以通过驱动向存储介质写数据，但是都是很低级的写，同时，我们写入的大部分是文件，而很少有人直接往磁盘保存文件中的二进制数据吧，而不保存文件的其他信息吧，并且这样是很难管理的（如：我要取一个文件，就是说我要的是人记住这个文件在存储介质的那个位置，是那几个字节）。为了方便管理，有了文件系统的概念，文件系统可以提供方便的存储文件各种信息的方法。
    FAT文件系统是一个小容量类常用的文件系统，容量太大了就不太适合使用FAT系文件系统。FAT由FAT12 FAT16 FAT32，我们今天主要就是介绍FAT32.

2 FAT32

    由于网上这方面的资料很多，我主要是介绍一些网上现有资料让我迷惑的一些地方。同时通过代码的方式，让我们知道各个组成部分到底是怎么回事。
    FAT32 由 MBR DBR FSINFO FAT1 FAT2 DATA(DATA = DIR + FILE_DATA) 组成。
    MBR是主引导记录，主要作用是为了标示一个分区的信息而设立的。

//0 扇区
uint8_t FAT32_MBR[80]={
    0x00,0x00,0x00,0x00/**/,0x00,0x00,0x00,0x00/**/,0x00,0x00,0x00,0x00/**/,0x00,0x00,/*DPT 开始位*/0x80/**/,0x01/**/,
    0x01/**/,0x00,0x0B,0xFE/**/,0x3F,0x00,  0x3F,0x00,0x00,0x00/*4bytes下个分区的扇区地址*/,  0x82,0x3e,0x00,0x00/*4bytes为SD卡总的扇区个数(16002个)*/,0x00,0x00/**/,
    0x00,0x00,0x00,0x00/**/,0x00,0x00,0x00,0x00/**/,0x00,0x00,0x00,0x00/**/,0x00,0x00,0x00,0x00/**/,
    0x00,0x00,0x00,0x00/**/,0x00,0x00,0x00,0x00/**/,0x00,0x00,0x00,0x00/**/,0x00,0x00,0x00,0x00/**/,
    0x00,0x00,0x00,0x00/**/,0x00,0x00,0x00,0x00/**/,0x00,0x00,0x00,0x00/**/,0x00,0x00,0x55,0xAA/**/,

};

MBR决定DBR的起始位置,DBR存储FAT表信息。

//DOS BOOT RECORD
//DBR=引导代码+BPB+扩展BPB+校验
//FAT1 = 63+34
//FAT2 = 63+34+123 = 220
//DATA = 63+34+123+123 = 343
//ROOT-DIR = 343
uint8_t FAT32_DBR[96]={

    0xEB,0x58,0x90/*(0x0-0x2)跳转指令*/,0x4D,0x53,0x44,0x4F,0x53,0x35,0x2E,0x30/*（0x3-0xA）OEM区域:MSDOS5.0*/,0x00,0x02/*（0xB-0xC）每扇区字节数*/,0x01/*（0xD）每簇扇区数*/,0x22,0x00/*(0xE-0xF)保留扇区数*/,
    0x02/*(0x10)FAT数(Number of FAT) 该分区上FAT的副本数*/,0x00,0x00/*（0x11-0x12）FAT32必须等于0，FAT12/FAT16为根目录中目录的个数；*/,0x00,0x00/*(0x13-0x14)FAT32必须等于0，FAT12/FAT16为扇区总数*/,0xF8/*(0x15),哪种存储介质，0xF8标准值，可移动存储介质，常用的 0xF0*/,0x00,0x00/*(0x16-0x17)FAT32必须为0，FAT12/FAT16为一个FAT 表所占的扇区数*/,0x3F,0x00/*(0x18-0x19)每磁道扇区数，只对于有“特殊形状”（由磁头和柱面每 分割为若干磁道）的存储介质有效，63（0x00 3F）*/,0xFF,0x00/*(0x1A-0x1B)磁头数，只对特殊的介质才有效，255（0x00 FF）。*/,0x3F,0x00,0x00,0x00/*(0x1C-0x1F)DBR分区之前所隐藏的扇区数，63，与MBR中地址0x1C6开始的4个字节数值相等*/,
    0x82,0x3E,0x00,0x00/*(0x20-0x23)文件系统总扇区数，16002*/,0x7B,0x00,0x00,0x00/*(0x24-0x27)每个FAT表占用扇区数，123*/,0x00,0x00/*(0x28-0x29),标记，此域FAT32 特有*/,0x00,0x00/*(0x2A-0x2B)FAT32版本号0.0，FAT32特有*/,0x02,0x00,0x00,0x00/*(0x2C-0x2F),根目录所在第一个簇的簇号，2。（虽然在FAT32文件系统 下，根目录可以存放在数据区的任何位置，但是通常情况下还是起始于2号簇） */,
    0x01,0x00/*(0x30-0x31),FSINFO（文件系统信息扇区）扇区号1，该扇区为操作 系统提供关于空簇总数及下一可用簇的信息*/,0x06,0x00/*(0x32-0x33),备份引导扇区的位置。备份引导扇区总是位于文件系统 的6号扇区*/,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00/*(0x34-0x3F),用于以后FAT 扩展使用*/,
    0x80,0x00/*(0x40-0x41),与FAT12/16 的定义相同，只不过两者位于启动扇区不同的位置而已*/,0x29/*(0x42),扩展引导标志，0x29。与FAT12/16 的定义相同*/,0xAF,0xE3,0xB5,0x10/*(0x43-0x46),卷序列号。通常为一个随机值*/,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,
    0x20,0x20/*(0x47-0x51)卷标（ASCII码），如果建立文件系统的时候指定了卷 标，会保存在此*/,0x46,0x41,0x54,0x33,0x32,0x20,0x20,0x20/*(0x52-0x59)文件系统格式的ASCII码，FAT32*/,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,};

FSINFO

//文件系统信息扇区，位于DBR 后一个扇区
//64扇区
uint8_t FAT32_FSINFO[48]={
    0x52,0x52,0x61,0x41/*扩展引导标签*/,0x00,0x00,0x00,0x00/**/,0x00,0x00,0x00,0x00/**/,0x00,0x00,0x00,0x00/**/,
    0x00,0x00,0x00,0x00/**/,0x72,0x72,0x41,0x61/*FSINFO签名“0x72724161”*/,0x66,0x3D,0x00,0x00/*文件系统的空簇数，15788*/,0x15,0x00,0x00,0x00/*下一可用簇号（0x 00 00 00 15）*/,
    0x00,0x00,0x00,0x00/**/,0x00,0x00,0x00,0x00/**/,0x00,0x00,0x00,0x00/**/,0x00,0x00,0x55,0xAA/**/,
};

FAT表存储哪些簇已经被分配

//97扇区，FAT1
//220,FAT2
uint8_t FAT32_FAT[28]={
    0xF8,0xFF,0xFF,0x0F, 0xFF,0xFF,0xFF,0xFF, 0xFF,0xFF,0xFF,0x0F, 0x04,0x00,0x00,0x00 , 
    0x05,0x00,0x00,0x00, 0x06,0x00,0x00,0x00, 0xFF,0xFF,0xFF,0x0F

};

同理通过DBR和FAT表我们可以推算出DIR所在的扇区，同时，也可以推算出DATA所在的扇区，然后我们就可以模拟一个带FAT32文件系统的存储设备。

注意:文中的一些地方要结合其他的FAT32文章基础来看，我只是很直白的表达了，到底介质上存了什么才会让OS认出这就是FAT32，容量多大。

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