hehe1226
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FAT文件系统学习

http://bbs.ednchina.com/BLOG_ARTICLE_904164.HTM

MBR：Master Boot Record (主引导记录)


DBR：DOS Boot Record (DOS引导记录，位于分区引导扇区)


DPT：Disk Partition Table (磁盘分区表)


BPB：BIOS Parameter Block (BIOS 参数块)


FAT：File Allocation Table (文件分配表)


Sector：扇区


Cluster：簇


一、           硬盘组织结构


下面是一个包含4个分区的硬盘结构示意图，其中分为3个基本分区和一个扩展分区。



 


  


二、           FAT文件系统结构


FAT文件系统是由按照如下顺序排列的几个部分组成的：


l         0 – Reserved Region


l         1 – FAT Region


l         2 – Root Directory Region (FAT32没有这部分)


l         3 – File and Directory Data Region



FAT系统的数据存储采用小端（Little Endian）方式，注意到这一点很重要，在使用大端（Big Endian）的系统中，读取多字节数据的时候必须要经过转换，否则，读取到的数据是不正确的。 


 


三、           主引导扇区


硬盘主引导扇区 = 硬盘主引导记录（MBR）+ 硬盘分区表（DPT）


MBR：扇区内偏移地址0 ~ 0x1BD


DPT：扇区内偏移地址0x1BE ~ 0x1FD，其中又分为4个分区表：


第一个分区表：0x1BE ~ 0x1CD


第二个分区表：0x1CE ~ 0x1DD


第三个分区表：0x1DE ~ 0x1ED


第四个分区表：0x1EE ~ 0x1FD


每个分区表的信息如下表所示：



 



 



主引导扇区


上面是从一张SD卡读到的主引导扇区信息。可以看出，MBR区域数据全部为0，这张SD卡只有一个分区，这个分区前的扇区数为0x0000003F，所以这个分区的开始位置就是扇区0x0000003F，总扇区数为0x000F1EC1(990913个扇区)。


  


四、           分区引导扇区


也常常称为启动扇区，Microsoft称它为0扇区（0th sector），通过前面的介绍我们知道，称它为0扇区其实是不正确的，这样容易让人误解它为磁盘的最前面一个扇区，称它为0扇区只是表明它是FAT中扇区的参考点而已。



图2：DBR


该扇区中包含有我们关注的一个重要数据结构BPB(BIOS Parameter Block)。以下表格内容翻译自Microsoft的《Microsoft Extensible Firmware Initiative FAT32 File System Specification—version1.03》，其中包含BPB各项的描述。


NOTE：在以下的叙述中，名字以BPB_开头的属于BPB部分，以BS开头的属于启动扇区（Boot Sector）部分，实际上并不属于BPB。
















































































 

offset（byte）

长度（byte）

描述

BS_jmpBoot

0x00

3

跳转指令，指向启动代码

BS_OEMName

0x03

8

建议值为“MSWIN4.1”。有些厂商的FAT驱动可能会检测此项，所以设为“MSWIN4.1”可以尽量避免兼容性的问题

BPB_BytsPerSec


   

0x0b

2

每扇区的字节数，取值只能是以下几种：512，1024，2048或是4096。设为512会取得最好的兼容性，目前有很多FAT代码都是硬性规定每扇区的字节数为512，而不是实际的检测此值。但微软的操作系统能够很好支持1024，2048或是4096

BPB_SecPerClus

0x0d

1

每簇的扇区数，其值必须中2的整数次方（该整数必须>=0），同时还要保证每簇的字节数不能超过32K，也就是1024*32字节

BPB_RsvdSecCnt

0x0e

2

保留扇区的数目，此域不能为0，FAT12/FAT16必须为1，FAT32的典型值取为32，，微软的系统支持任何非0值

BPB_BumFATs

0x10

1

分区中FAT表的份数，，任何FAT格式都建议为2

BPB_RootEntCnt

0x11

2

对于FAT12和FAT16此域包含根目录中目录的个数（每项长度为32bytes），对于FAT32，此项必须为0。对于FAT12和FAT16，此数乘以32必为BPB_BytesPerSec的偶数倍，为了达到更好的兼容性，FAT12和FAT16都应该取值为512

BPB_ToSec16

0x13

2

早期版本中16bit的总扇区，这里总扇区数包括FAT卷上四个基本分区的全部扇区，此域可以为0，若此域为0，那么BPB_ToSec32必须为0，对于FAT32，此域必为0。对于FAT12/FAT16，此域填写总扇区数，如果该值小于0x10000的话，BPB_ToSec32必须为0

BPB_Media

0x15

1

对于“固定”（不可移动）存储介质而言，0xF8是标准值，对于可移动存储介质，经常使用的数值是0xF0，此域合法的取值可以取0xF0，0xF8，0xF9，0xFA，0xFC，0xFD，0xFE，0xFF。另外要提醒的是，无论此域写入什么数值，同时也必须在FAT[0]的低字节写入相同的值，这是因为早期的MSDOS 1.x使用该字节来判定是何种存储介质

BPB_FATSz16

0x16

2

FAT12/FAT16一个FAT表所占的扇区数，对于FAT32来说此域必须为0，在BPB_FATZ32中有指定FAT表的大小

BPB_SecPerTrk

0x18

2

每磁道的扇区数，用于BIOS中断0x13，此域只对于有“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，同时必须可以调用BIOS的0x13中断得到此数值

BPB_NumHeads

0x1A

2

磁头数，用于BIOS的0x13中断，类似于上面的BPB_ SecPerTrk，只对特殊的介质才有效，此域包含一个至少为1的数值，比如1,4M的软盘此域为2

BPB_HidSec

0x1C

4

在此FAT分区之前所隐藏的扇区数，必须使得调用BIOS的0x13中断可以得到此数值，对于那些没有分区的存储介质，此域必须为0，具体使用什么值由操作系统决定

BPB_ToSec32

0x20

4

该卷总扇区数（32bit），这里的扇区总数包括FAT卷四个个基本分的全部扇区，此域可以为0，若此域为0，BPB_ToSec16必须为非0，对FAT32，此域必须是非0。对于FAT12/FAT16如果总扇区数大于或等于0x10000的话，此域就是扇区总数，同时BPB_ToSec16的值为0。

FAT32的BPB的内容和FAT12/16的内容在地址0x36以前是完全一样的，从偏移量0x36开始，他们的内容有所区别，具体的内容要看FAT类型为FAT12/16还是FAT32，这点保证了在启动扇区中包含一个完整的FAT12/16或FAT32的BPB的内容，这么做是为了达到最好的兼容性，同时也为了保证所有的FAT文件系统驱动程序能正确的识别和驱动不同的FAT格式，并让他们良好地工作，因为他们包含了现有的全部内容


从offset 36开始FAT12/FAT16的内容开始区别于FAT32，下面分两个表格列出，下表为FAT12/FAT16的内容








































名称

offset（byte）

长度（byte）

描述

BS_drvNum

0x24

1

用于BIOS中断0x13得到磁盘驱动器参数，（0x00为软盘，0x80为硬盘）。此域实际上由操作系统决定

BS_Reseved1

0x25

1

保留（供NT使用），格式化FAT卷时必须设为0

BS_VolID

0x26

1

扩展引导标记（0x29）用于指明此后的3个域可用

BS_BootSig

0x27

4

卷标序列号，此域以BS_VolLab一起可以用来检测磁盘是否正确，FAT文件系统可以用此判断连接的可移动磁盘是否正确，引域往往是由时间和日期组成的一个32位的值

BS_VolLab

0x2B

11

磁盘卷标，此域必须与根目录中11字节长的卷标一致。


FAT文件系统必须保证在根目录的卷标文件列改或是创建的同时，此域的内容能得到时的更新，当FAT卷没有卷标时，此域的内容为“NO NAME”

BS_FilSysType

0x36

8

以下的几种之一：“FAT12”，“FAT16”，“FAT32”


不少人错误的认为FAT文件系统的类型由此域来确认，他细点你就能发现此域并不是BPB的一部分，只是一个字符串而已，微软的操作系统并不使用此此域来确定FAT文件的类型，；因为它常常被写错或是根本就不存在。

下表为FAT32的内容











































































名称

offset（byte）

长度（byte）

描述

BPB_FATSz32

0x24

4

一个FAT表所占的扇区数，此域为FAT32特有，同时BPB_FATSz16必须为0

BPB_Flags

0x28

2

此域FAT32特有。


Bits0-3:不小于0的FAT（active FAT）数目，只有在镜像（mirrorig）禁止时才有效。


Bits 4-6: 保留


Bits 7： 0表示FAT实时镜像到所有的FAT表中


       1 表示只有一个活动的FAT表。这个表就是Bits0-3所指定的那个


Bits8-15： 保留

BPB_FSVer

0x2A

2

此域为FAT32特有，


高位为FAT32的主版本号，低位为次版本号，这个版本号是为了以后更高级的FAT版本考虑，假设当前的操作系统只能支持的FAT32版本号为0.0。那么该操作系统检测到此域不为0时，它便会忽略FAT卷，因为它的版本号比系统能支持的版式本要高

BPB_RootClus

0x2C

4

根目录所在第一个簇的簇号，通常该数值为2，但不是必须为2


磁盘工具在改变根目录位置时，必须想办法让磁盘上第一个非坏簇作为根目录的第一个簇（比如第2簇，除非它已经被标记为坏簇），这样的话，如果此域正好为0的话磁盘检测工具也能轻松的找到根目录所在簇的位置

BPB_FSIfo

0x30

2

保留区中FAT32卷FSINFO结构所占的扇区数，通常为1


在Backup Boot 中会有一个FSINFO的备份，但该备份只是更新其中的指针，也就是说无论是主引导记录还是备份引导记录都是指向同一个FSINFO结构

BPB__BkBootSec

0x32

2

如果不为0，表示在保留区中引导记录的备数据所占的扇区数，通常为6。同时不建议使用6以外的其他数值

BPB_Reserved

0x34

12

用于以后FAT扩展使用，对FAT32。此域用0填充

BS_DrvNum

0x40

1

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

BS_Reserved1

0x41

1

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

BS_BootSig

0x42

1

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

BS_VolID

0x43

4

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

BS_FilSysType

0x47

11

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

BS_FilSysType

0x52

8

通常设置为“FAT32”，请参照FAT12/16此部分的陈述。

关于FAT启动扇区还有一点重要的说明，我们假设里面的内容是按字节排序的，那么扇区[510]的内容一定0x55，扇区[511]的内容一定是0xAA


很多FAT资数文档会把0xAA55说成是“启动扇区最后两字节的内容”，这样的说法是正确的，但仅仅适用于BPB_BytsPerSec值为512的情况。若BPB_BytsSec的值大于512，该标记的位置并没有改变，虽然在启动扇区的最后两个字节写0xAA55并没有问题。


  


五、           FAT类型识别


FAT的字类型（FAT12/16/32）只能通过FAT卷中的簇（Cluster）数来判定，没有其他的办法。


Cluster总数的计算：


RootDirSectors = (BPB_RootEntCnt*32) /BPB_BytsPerSec


DataSect = TotSec


– (BPB_RsvdSecCnt +(BPB_NumFATs * FATSz) + RootDirSectors)


CountofClusters = DataSec / BPB_SecPerClus


if(CountofClusters < 4085) {


/*卷类型是 FAT12 */


} else if(CountofClusters < 65525) {


/* 卷类型是FAT16 */


} else {


/* 卷类型是 FAT32 */


}


注意这里的簇数（count of Cluster）是指数据区所占簇的数量（the count of the data cluster），从簇2算起，而“最大可用簇数”（Maximun valid cluster number for the volume）是CountofClusters +1，“包括保留簇的簇数”（count of cluster including the two reserved cluster）则为CountofClusters +2。


根目录占据的Sector数：


RootDirSectors = (BPB_RootEntCnt*32) /BPB_BytsPerSec


数据区（Cluster 2）的起始Sector：


FirstDataSector = BPB_EsvdSecCnt


+ (BPB_NumFATs * FATSz)


+ RootDirSectors


给一个合法的簇号N，该簇的第一个扇区号由下式计算：


FirstSectorofCluster =((N -2) * BPB_SecPerClust)


+ FirstDataSecot;


因为BPB_SecPerClus总是2的整数次方，这意味着BPB_SecPerSlus的乘法运算可以通过移动来进行。


NOTE：这里所说的Sector号，指的是针对卷中包BPB的第一个扇区（DBR）的偏移量（DBR 设为Sector 0）。


 


六、           FAT各部分位置的计算



 


DBR_Base：从DPT中偏移8Bytes的地址读取4Bytes数据就可以直接看作是DBR所在的Sector。


RsvSectors = BPB_RsvdSecCnt。


FAT_Base = DBR_Base + RsvSectors


FATSize = BPB_NumFATs * FATSz


其中，FATSz = (FAT32?) BPB_FATSz32 : BPB_FATSz16


Root_Base：如果是FAT12/FAT16，则


    Root_Base = FAT_Base + FATSize


    如果是FAT32，则


    Root_Base = BPB_RootClus


RootSize ：如果是FAT32，则没有限制；否则


    RootSize =  (BPB_RootEntCnt*32) / BPB_BytsPerSec


Data_Base：仅对于FAT12/FAT16，


    Data_Base = Root_Base + RootSize


 


七、           FAT表结构


FAT表（File Alloacation Table）是一一对应于数据簇号的列表。


文件系统分配磁盘空间按簇来分配。因此，文件占有磁盘空间时，基本单位不是字节而是簇，即使某个文件只有一个字节，操作系统也会给它分配一个最小单元：即一个簇。为了可以将磁盘空间有序地分配给相应的文件，而读取文件的时候又可以从相应的地址读出文件，我们可以把数据区空间分成BPB_BytsPerSec*BPB_SecPerClus字节长的簇来管理，FAT表项的大小与FAT表的类型有关，FAT12的表项为12bit ，FAT16为16bit， 而FAT32则为32bit。对于大文件，需要分配多个簇。同一个文件的数据并不一定完整地存放在磁盘中一个连续地区域内，而往往会分若干段，像链子一样存放。这种存储方式称为文件的链式存储。为了实现文件的链式存储，文件系统必须准确地记录哪些簇已经被文件占用，还必须为每个已经占用的簇指明存储后继内空的下一个簇的簇号，对于文件的最后一簇，则要指明本簇无后继簇。这些都是由FAT表来保存的，FAT表的对应表项中记录着它所代表的簇的有关信息：诸如是空，是不是坏簇，是否是已经是某个文件的尾簇等。


以FAT16为例说明FAT的结构如下：









































表项

示例代码

描述

0

FFF8

磁盘标识字，必须为FFF8

1

FFFF

第一簇已经被占用

2

0003

0000h ：可用簇

3

0004

0002h - FFFEF ：已用簇，表项中存放文件下个簇的簇号

……

……

 

N

FFFF

FFFF0h - FFFF6 ：保留簇

N+1

0000

FFFF7h ：坏簇

……

……

FFFF8h - FFFFFh ：文件的最后一簇

 



  


八、           目录结构


目录所在的扇区，都是以32 Bytes划分为一个单位，每个单位称为一个目录项（Directory Entry），即每个目录项的长度都是32 Bytes。



 



日期格式：


·       Bits 0–4：日期，有效值为1-31。


·       Bits 5–8：月份，有效值为1–12。


·       Bits 9–15：1980后经过的年数有效值为0–127，可以表示的范围是1980–2107年.


时间格式：


·       Bits 0–4：秒，以2秒为一个单位，有效值为0–29，(实际表示0 – 58秒)。


·       Bits 5–10：分，有效值为0–59。


·       Bits 11–15：时，有效值为0–23。


有效的时间范围是00:00:00 - 23:59:58。


DIR_Name[0]：


文件名的第0 Byte（DIR_Name[0]）比较特殊，要专门提出来注意一下：


·       如果DIR_Name[0]等于0xE5，则表示该目录项是空的，它曾经被使用，但是已经被删除了，现在没有被任何文件或文件夹占用。


·       如果DIR_Name[0]等于0x00，则表示该目录项是空的，并且没有任何目录项在这之后了(这之后的所有项DIR_Name[0]值都会是0x00)。如果FAT系统程序看到某一项DIR_Name[0]的值为0x00，就不用再往下读取目录项了，因为它们全都是空的了。


·       如果DIR_Name[0]等于0x05，则实际上完全等效为0xE5。因为0xE5在日语字符集中用特殊应用，所以使用0x05代替0xE5，不管日语系统能否处理该想文件名，都不会造成将该项看成是空的项。


如下字符不能出现在DIR_Name中的任何位置上：


·       小于0x20的字符（0x05在DIR_Name[0]除外）


·       0x22, 0x2A, 0x2B, 0x2C, 0x2E, 0x2F, 0x3A, 0x3B, 0x3C, 0x3D, 0x3E, 0x3F, 0x5B, 0x5C, 0x5D, and 0x7C.


下面是一个FAT32的根目录：



00000000   54 45 53 54 34 20 20 20  54 58 54 20 18 1D 27 5D   TEST4   TXT ..']


00000010   6B 3B 6B 3B 00 00 28 5D  6B 3B 00 00 00 00 00 00   k;k;..(]k;......


00000020   54 45 53 54 35 20 20 20  54 58 54 20 18 32 51 5D   TEST5   TXT .2Q]


00000030   6B 3B 6B 3B 00 00 52 5D  6B 3B 00 00 00 00 00 00   k;k;..R]k;......


00000040   54 45 53 54 20 20 20 20  54 58 54 20 18 5F 8B 5A   TEST    TXT ._媄


00000050   6B 3B 6C 3B 00 00 EB 5B  6B 3B 07 00 00 08 00 00   k;l;..隱k;......


00000060   44 49 52 34 20 20 20 20  20 20 20 10 08 99 78 5D   DIR4       ..檟]


00000070   6B 3B 6B 3B 00 00 79 5D  6B 3B 0F 00 00 00 00 00   k;k;..y]k;......


00000080   44 49 52 35 20 20 20 20  20 20 20 10 08 0E BC 5D   DIR5       ...糫


00000090   6B 3B 6B 3B 00 00 BD 5D  6B 3B 10 00 00 00 00 00   k;k;..絔k;......


000000A0   54 45 53 54 32 20 20 20  54 58 54 20 18 2B 64 5B   TEST2   TXT .+d[


000000B0   6B 3B 6B 3B 00 00 D9 5B  6B 3B 05 00 00 04 00 00   k;k;..賉k;......


000000C0   44 49 52 36 20 20 20 20  20 20 20 10 08 89 CB 5D   DIR6       ..壦]


000000D0   6B 3B 6B 3B 00 00 CC 5D  6B 3B 11 00 00 00 00 00   k;k;..蘛k;......


000000E0   44 49 52 37 20 20 20 20  20 20 20 10 08 1F D5 5D   DIR7       ...誡


000000F0   6B 3B 6B 3B 00 00 D6 5D  6B 3B 12 00 00 00 00 00   k;k;..謁k;......


00000100   44 49 52 38 20 20 20 20  20 20 20 10 08 9D D8 5D   DIR8       ..澵]


00000110   6B 3B 6B 3B 00 00 D9 5D  6B 3B 13 00 00 00 00 00   k;k;..賋k;......


00000120   54 45 53 54 33 20 20 20  54 58 54 20 18 8B 24 5C   TEST3   TXT .?\


00000130   6B 3B 6B 3B 00 00 3C 5C  6B 3B 0B 00 00 02 00 00   k;k;..<\k;......


00000140   44 49 52 31 20 20 20 20  20 20 20 10 08 C6 11 5D   DIR1       ..?]


00000150   6B 3B 6C 3B 00 00 12 5D  6B 3B 0C 00 00 00 00 00   k;l;...]k;......


00000160   44 49 52 32 20 20 20 20  20 20 20 10 08 41 15 5D   DIR2       ..A.]


00000170   6B 3B 6B 3B 00 00 16 5D  6B 3B 0D 00 00 00 00 00   k;k;...]k;......


00000180   44 49 52 33 20 20 20 20  20 20 20 10 08 00 20 5D   DIR3       ... ]


00000190   6B 3B 6B 3B 00 00 20 5D  6B 3B 0E 00 00 00 00 00   k;k;.. ]k;......


000001A0   E5 49 52 39 20 20 20 20  20 20 20 10 08 33 EB 5D   錓R9       ..3隴


000001B0   6B 3B 6B 3B 00 00 EC 5D  6B 3B 14 00 00 02 00 00   k;k;..靅k;......


000001C0   E5 49 52 31 30 20 20 20  20 20 20 10 08 76 F0 5D   錓R10      ..v餧


000001D0   6B 3B 6B 3B 00 00 F1 5D  6B 3B 15 00 00 02 00 00   k;k;..馷k;......


000001E0   E5 49 52 31 31 20 20 20  20 20 20 10 08 2A F7 5D   錓R11      ..*鱙


000001F0   6B 3B 6B 3B 00 00 F8 5D  6B 3B 16 00 00 02 00 00   k;k;..鴀k;......



看第一项（最前面32 Bytes）



00000000   54 45 53 54 34 20 20 20  54 58 54 20 18 1D 27 5D   TEST4   TXT ..']


00000010   6B 3B 6B 3B 00 00 28 5D  6B 3B 00 00 00 00 00 00   k;k;..(]k;......


套入上表，偏移0x0A数据为0x20，是一个文件，文件名是TEST4.TXT，文件长度是0字节，空文件。


最后一项：



000001E0   E5 49 52 31 31 20 20 20  20 20 20 10 08 2A F7 5D   錓R11      ..*鱙


000001F0   6B 3B 6B 3B 00 00 F8 5D  6B 3B 16 00 00 02 00 00   k;k;..鴀k;......


第0 Byte为0xE5，表示该项已经被删除。


再看第11项：



00000140   44 49 52 31 20 20 20 20  20 20 20 10 08 C6 11 5D   DIR1       ..?]


00000150   6B 3B 6C 3B 00 00 12 5D  6B 3B 0C 00 00 00 00 00   k;l;...]k;......


偏移0x0A数据为0x10，是一个子目录（文件夹），名字是DIR1，起始簇号是0x0C。想要看到DIR1的内容，就要跳转到簇0x0C的位置。


下面是簇0x0C的第一个Sector内容：



00000000   2E 20 20 20 20 20 20 20  20 20 20 10 00 C6 11 5D   .          ..?]


00000010   6B 3B 6B 3B 00 00 12 5D  6B 3B 0C 00 00 00 00 00   k;k;...]k;......


00000020   2E 2E 20 20 20 20 20 20  20 20 20 10 00 C6 11 5D   ..         ..?]


00000030   6B 3B 6B 3B 00 00 12 5D  6B 3B 00 00 00 00 00 00   k;k;...]k;......


00000040   E5 74 00 00 00 FF FF FF  FF FF FF 0F 00 20 FF FF   錿...??????.. ??


00000050   FF FF FF FF FF FF FF FF  FF FF 00 00 FF FF FF FF   ??????????..????


00000060   E5 B0 65 FA 5E 28 00 59  00 29 00 0F 00 20 20 00   灏e鷁(.Y.)...  .


00000070   87 65 2C 67 87 65 63 68  2E 00 00 00 74 00 78 00   噀,g噀ch....t.x.


00000080   E5 C2 BD A8 28 59 7E 31  54 58 54 20 00 22 2E 4F   迓建(Y~1TXT .".O


00000090   6C 3B 6C 3B 00 00 2F 4F  6C 3B 00 00 00 00 00 00   l;l;../Ol;......


000000A0   E5 31 46 31 20 20 20 20  54 58 54 20 18 22 2E 4F   ?F1    TXT .".O


000000B0   6C 3B 6C 3B 00 00 51 4F  6C 3B 17 00 00 02 00 00   l;l;..QOl;......


000000C0   42 74 00 78 00 74 00 00  00 FF FF 0F 00 52 FF FF   Bt.x.t...??..R??


000000D0   FF FF FF FF FF FF FF FF  FF FF 00 00 FF FF FF FF   ??????????..????


000000E0   01 73 00 75 00 62 00 64  00 69 00 0F 00 52 72 00   .s.u.b.d.i...Rr.


000000F0   31 00 66 00 69 00 6C 00  65 00 00 00 31 00 2E 00   1.f.i.l.e...1...


00000100   53 55 42 44 49 52 7E 31  54 58 54 20 00 22 2E 4F   SUBDIR~1TXT .".O


00000110   6C 3B 6D 3B 00 00 E9 84  6D 3B 14 00 00 0E 00 00   l;m;..閯m;......


00000120   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


00000130   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


00000140   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


00000150   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


00000160   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


00000170   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


00000180   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


00000190   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


000001A0   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


000001B0   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


000001C0   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


000001D0   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


000001E0   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


000001F0   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


第1项：



00000000   2E 20 20 20 20 20 20 20  20 20 20 10 00 C6 11 5D   .          ..?]


00000010   6B 3B 6B 3B 00 00 12 5D  6B 3B 0C 00 00 00 00 00   k;k;...]k;......


偏移0x0A为0x10，名字为0x2E(“.”)，表示当前目录。


第2项：



00000020   2E 2E 20 20 20 20 20 20  20 20 20 10 00 C6 11 5D   ..         ..?]


00000030   6B 3B 6B 3B 00 00 12 5D  6B 3B 00 00 00 00 00 00   k;k;...]k;......


偏移0x0A为0x10，名字为0x2E 0x2E(“..”)，表示上一级目录。



00000100   53 55 42 44 49 52 7E 31  54 58 54 20 00 22 2E 4F   SUBDIR~1TXT .".O


00000110   6C 3B 6D 3B 00 00 E9 84  6D 3B 14 00 00 0E 00 00   l;m;..閯m;......


偏移0x0A为0x20，是一个文件，名字为“SUBDIR~1.TXT”，文件长度为0x00000E00，文件起始位置在簇0x00000014。


为了读取该文件，还需要参照FAT得到它的簇链。首先要解决一个问题，就是怎么知道一个簇在FAT表中的位置？


给定一个簇号N，确定它在表中的位置（下面是以FAT16/FAT32为例，FAT12稍微复杂些）：


在FAT表中的Sector号为：N/(BPB_BytsPerSec/fact)，如果是FAT16则fact取2，如果是FAT32则fact取4。


在Sector内的偏移地址为：N%(BPB_BytsPerSec/fact)，即N除以(BPB_BytsPerSec/fact)取余数。


因此，簇0x00000014在FAT表中的Sector为0x14/(512/4)=0，Sector内偏移为0x14%(512/4)=0x50


下面是FAT1的第0个Sector：



00000000   F8 FF FF FF FF FF FF FF  03 00 00 00 FF FF FF 0F   ???????....???.


00000010   00 00 00 00 06 00 00 00  FF FF FF 0F 08 00 00 00   ........???.....


00000020   09 00 00 00 0A 00 00 00  FF FF FF 0F FF FF FF 0F   ........???.???.


00000030   FF FF FF 0F FF FF FF 0F  FF FF FF 0F FF FF FF 0F   ???.???.???.???.


00000040   FF FF FF 0F FF FF FF 0F  FF FF FF 0F FF FF FF 0F   ???.???.???.???.


00000050   15 00 00 00 16 00 00 00  17 00 00 00 18 00 00 00   ................


00000060   19 00 00 00 1A 00 00 00  FF FF FF 0F 00 00 00 00   ........???.....


00000070   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


00000080   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


00000090   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


000000A0   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


000000B0   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


000000C0   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


000000D0   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


000000E0   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


000000F0   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


00000100   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


00000110   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


00000120   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


00000130   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


00000140   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


00000150   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


00000160   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


00000170   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


00000180   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


00000190   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


000001A0   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


000001B0   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


000001C0   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


000001D0   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


000001E0   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


000001F0   00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00   ................


FAT32表每簇占用4 Bytes，从Sector内偏移地址50读取4 Bytes数据为0x15，表示之后的数据占用簇0x15，簇0x15在Sector内偏移地址为0x54，从地址0x54读取4 Bytes数据为0x16，依次类推，最后在偏移地址0x68读取4 Bytes数据为0x0FFFFFFF，表示文件在该簇就结束了。所以该文件占用的簇号依次为0x14，0x15，0x16，0x17，0x18，0x19和0x20。


 

九、           长文件名


长文件名是在原有的FAT系统上引入的，在只支持短文件名的系统上，长文件名就像是不存在一样。为了达到这个目标，长文件名通过在原有的目录项中引入新的属性字（Attribute）得以实现。


ATTR_LONG_NAME  = ATTR_READ_ONLY |
ATTR_HIDDEN |
ATTR_SYSTEM |
ATTR_VOLUME_ID


判断一个目录项是否为长文件名，要通过下面MASK实现：


ATTR_LONG_NAME_MASK = ATTR_READ_ONLY |
ATTR_HIDDEN |
ATTR_SYSTEM |
ATTR_VOLUME_ID |
ATTR_DIRECTORY |
ATTR_ARCHIVE


长文件名目录项数据结构如下：

















































Name

Offset


(byte)

Size


(bytes)

Description

LDIR_Ord

0x00

1

该项在这组长文件名中的序号。


如果第6 bit为1（Mask with 0x40），说明这是该组长文件名的最后一项。每一组有效的长文件名都必须有这个标志位。

LDIR_Name1

0x01

10

长文件名的第1-5个字符

LDIR_Attr

0x0B

1

属性字 – 必须为0x0F（ATTR_LONG_NAME）

LDIR_Type

0x0C

1

如果是0，则表示这个目录项是长文件名的一部分。


非0数值为保留设置。

LDIR_Chksum

0x0D

1

对应的短文件名校验和（Checksum）

LDIR_Name2

0x0E

12

长文件名的第6-11个字符

LDIR_FstClusLO

0x1A

2

Must be ZERO. This is an artifact of the FAT "first cluster" and must be zero for compatibility with existing disk utilities.  It's meaningless in the context of a long dir entry.

LDIR_Name3

0x1C

4

长文件名的第12-13 个字符

长文件名字符采用Unicode编码。


Checksum算法，用C语言实现如下：


//------------------------------------------------------------------------


    //  ChkSum()
    //  Returns an unsigned byte checksum computed on an unsigned byte


    //  array.  The array must be 11 bytes long and is assumed to contain


    //  a name stored in the format of a MS-DOS directory entry.


    //  Passed: pFcbName    Pointer to an unsigned byte array assumed to be


//                          11 bytes long.


//  Returns: Sum         An 8-bit unsigned checksum of the array pointed


//                           to by pFcbName.


    //------------------------------------------------------------------------


    unsigned char ChkSum (unsigned char *pFcbName)
    {
        short FcbNameLen;
        unsigned char Sum;

        Sum = 0;
        for (FcbNameLen=11; FcbNameLen!=0; FcbNameLen--) {
            // NOTE: The operation is an unsigned char rotate right
            Sum = ((Sum & 1) ? 0x80 : 0) + (Sum >> 1) + *pFcbName++;
        }
        return (Sum);
    }


 


下面是一组长文件名目录项。



00799640   43 70 00 71 00 72 00 73  00 74 00 0F 00 52 2E 00   Cp.q.r.s.t...R..


00799650   74 00 78 00 74 00 00 00  FF FF 00 00 FF FF FF FF   t.x.t...??..????


00799660   02 63 00 64 00 65 00 66  00 67 00 0F 00 52 68 00   .c.d.e.f.g...Rh.


00799670   69 00 67 00 6B 00 6C 00  6D 00 00 00 6E 00 6F 00   i.g.k.l.m...n.o.


00799680   01 73 00 75 00 62 00 64  00 69 00 0F 00 52 72 00   .s.u.b.d.i...Rr.


00799690   66 00 69 00 6C 00 65 00  5F 00 00 00 61 00 62 00   f.i.l.e._...a.b.


007996A0   53 55 42 44 49 52 7E 31  54 58 54 20 00 22 2E 4F   SUBDIR~1TXT .".O


007996B0   6C 3B 71 3B 00 00 E9 84  6D 3B 14 00 00 0E 00 00   l;q;..閯m;......


可以看出，长文件名为“subdirfile_abcdefghigklmnopqrst.txt”，对应的短文件名为“SUBDIR~1.TXT”。


下面是《Microsoft Extensible Firmware Initiative FAT32 File System Specification—version1.03》中给出的示例：


假设创建一个名为“The quick brown.fox”的文件，系统将为它建立如下的目录项：




参考资料


l         Microsoft Extensible Firmware Initiative FAT32 File System Specification--version1.03


l         FAT文件系统原理--http://www.sjhf.net

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