CN200986701Y - 文件分配表访问装置及芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种文件分配表(FAT)访问装置、包含该访问装置的专用集成电路(ASIC)芯片，所述FAT存储在存储介质中，所述访问装置包括：FAT扇区处理装置，用于将存储介质中包含当前簇所在扇区在内的N个扇区的FAT数据读取到存储器，其中N为自然数；存储器，用于存储所述FAT数据；下一簇处理装置，用于通过读取存储器中FAT数据获得当前簇内容，并根据所述当前簇内容确定下一簇的存储器地址，在下一簇不在所述N个扇区的情况下，向所述FAT扇区处理装置发送读下一簇所在扇区的FAT数据的请求。本实用新型利用极少的RAM，提供了高速的FAT访问性能，从而大大降低了成本。

Description

文件分配表访问装置及芯片

技术领域

本实用新型涉及一种文件访问装置及芯片，特别地，涉及一种文件分配表访问装置、包含该访问装置的专用集成电路芯片。

背景技术

目前，在各种ASIC芯片中，对文件系统的操作主要有两种方法：一种方法是，系统上电时读取整个文件分配表(FAT)，在随机存取存储器(RAM)中记录各个文件的相关信息。该方法可以达到比较快的文件访问速度，但有一个明显的缺点，就是支持的文件总数有限。否则，就需要大容量的RAM，而一般内置RAM有很大的限制，若采用外部RAM，则成本上升。所以，应用该方法操作大容量(比如1G字节)的存储卡，就有些不大现实。

另一种方法是，应用内置功能比较强大的微控制器(MCU)来实时读取存储卡上的目录和FAT信息，这种方法基本不需要RAM。但是，受到MCU访问外部存储介质的时序限制，使得访问大文件，尤其是非连续存储的大文件时，速度比较慢，且需要占用大量MCU时间，效率低下。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种硬件实现、具有高效FAT读取能力的FAT访问装置，利用较小的内部RAM来达到高速FAT访问的目的。

根据本实用新型的第一方面，提供一种文件分配表(FAT)访问装置，所述FAT存储在存储介质中，所述访问装置包括：FAT扇区处理装置，用于将存储介质中包含当前簇所在扇区在内的N个扇区的FAT数据读取到存储器，其中N为自然数；存储器，用于存储所述FAT数据；下一簇处理装置，用于通过读取存储器中FAT数据获得当前簇内容，并根据所述当前簇内容确定下一簇的存储器地址，在下一簇不在所述N个扇区的情况下，向所述FAT扇区处理装置发送读下一簇所在扇区的FAT数据的请求。

在第一方面中，优选地，所述下一簇处理装置预先获得指定首簇内容，其获得当前簇内容和确定下一簇存储器地址利用两级流水线。

优选地，还包括结果保存装置，用于保存所述下一簇处理装置获得的簇内容。

优选地，所述N为1，所述存储器的容量为FAT的一个扇区大小。

优选地，所述存储器为随机存取存储器。

优选地，所述下一簇处理装置在读取当前簇内容后，将文件删除标志写入存储器中当前簇；在下一簇处理装置向FAT扇区处理装置发送读请求之前，所述FAT扇区处理装置将存储器中FAT数据回写到存储介质的FAT扇区。

优选地，所述下一簇处理装置在读取当前簇内容后，将更新的簇内容写入存储器中当前簇；在下一簇处理装置向FAT扇区处理装置发送读请求之前，所述FAT扇区处理装置将存储器中FAT数据回写到存储介质的FAT扇区。

优选地，所述FAT扇区处理装置通过直接存储器存取方式访问存储介质。

根据第二方面，提供一种文件分配表(FAT)访问装置，所述FAT存储在存储介质中，所述访问装置包括：FAT扇区处理装置，用于将存储介质中包含当前簇所在扇区在内的N个扇区的FAT数据读取到存储器，其中N为自然数；存储器，用于存储所述FAT数据；下一簇处理装置，用于通过读取存储器中FAT数据获得当前簇内容，并根据当前簇的存储器地址，确定下一簇的存储器地址；在下一簇不在所述N个扇区的情况下，向所述FAT扇区处理装置发送读下一簇所在扇区的FAT数据的请求。

根据第三方面，提供一种专用集成电路(ASIC)芯片，其特征在于，包括前述第一方面及第二方面中的文件分配表(FAT)访问装置。

按照本实用新型，利用极少的RAM，提供了高速的FAT访问性能，从而大大降低了成本。且本实用新型提供的FAT访问装置和具体的存储介质无关，可广泛应用于各种场合。

附图说明

为更好地理解本实用新型，下面仅以一个实施例结合附图对本实用新型作进一步说明。附图中：

图1为本实用新型一个实施例的FAT访问装置的结构框图；

图2为本实用新型该实施例中读FAT操作流程图；

图3为本实用新型该实施例中读取指定簇内容的波形图；

图4为本实用新型该实施例中删除文件对应FAT操作的流程图；

图5为本实用新型该实施例中更新FAT操作流程图。

具体实施方式

为结合MCU的灵活和硬件电路的高效，本实用新型采用MCU来提供文件访问接口，而采用硬件FAT访问装置来处理所有的FAT数据。本实用新型的FAT访问装置应用于各种专用集成电路(ASIC)芯片，支持FAT文件系统，提供与文件搜索、文件空间分配、文件删除、文件更新等操作相对应的FAT操作。

参照图1，图1为本实用新型一个实施例的FAT访问装置的结构框图。FAT存储在位于FAT访问装置10外部的存储介质15中，FAT访问装置10包括FAT扇区处理模块11、存储器12和下一簇处理模块13。其中，FAT扇区处理模块11将存储介质15中指定N个扇区的FAT数据读入存储器12，以及将存储器12中的FAT数据写入存储介质中FAT的指定扇区，这里，N为自然数；存储器12用于存储从存储介质15读取的，或者需要向存储介质15写入的N个扇区的FAT数据，存储器12优选采用随机存取存储器RAM；下一簇处理模块13通过读取存储器12中FAT数据获得当前簇内容，并根据当前簇内容确定下一簇的存储器地址，在下一簇不在N个扇区的情况下，向FAT扇区处理模块11发送读下一簇所在扇区的FAT数据的请求，由FAT扇区处理模块11执行读取操作，获得所需簇内容。需要删除文件或更新FAT时，下一簇处理模块13向存储器12写入文件删除标志或需要更改的FAT数据。

优选地，所述N个扇区为一个扇区，相应地，RAM12的容量为FAT的一个扇区大小，比如512字节。这样，通过采用相当少的RAM，降低了成本。

优选地，在存储介质15和FAT访问装置10之间，利用直接存储器存取(DMA)方式提供统一的存储访问接口，以使得该FAT访问装置和具体的存储介质无关，可适用于诸如SD卡、NAND等一系列存储介质。

FAT访问装置10还可包括其他模块14，用于负责各种FAT操作的主要流程。其他模块14可包含一结果保存模块(未图示)，用于保存下一簇处理模块13获得的簇内容，这里，结果保存模块也可位于其他模块14之外。

与文件搜索操作相对应的FAT操作为读FAT操作，参照图2，图2为本实用新型该实施例中读FAT操作流程图。首先，在步骤S20，其他模块14启动读簇内容请求；接下来在步骤S21，FAT扇区处理模块11从存储介质15中读取指定簇所在扇区的FAT数据到内部RAM12中，优选地，可同时预先读取指定首簇内容，即预先使下一簇处理模块13获得当前簇内容；在步骤S22，下一簇处理模块13通过读RAM12获得当前簇内容，并根据当前簇内容计算下一簇的RAM地址，在步骤S23，将簇内容即簇链数据传递到其他模块14中的结果保存模块保存；在步骤S24，下一簇处理模块13判断簇链是否结束，如簇链结束，则转至步骤S25，由其他模块14继续处理所获取的数据；如簇链未结束，则执行步骤S26，下一簇处理模块13判断下一簇是否在同一个扇区中，如在同一个扇区中，则在步骤S28，移动当前簇到下一簇，即将当前簇序号更换为当前簇的内容；如不在同一个扇区中，则转至步骤S27，向FAT扇区处理模块11发送读请求，由FAT扇区处理模块11读取下一簇所在扇区的FAT数据到RAM12中，并获得所需簇内容，再执行步骤S28；随后重复执行步骤S22，直到簇链结束。

上述过程中，在步骤S22，下一簇处理模块13可利用以下公式计算内部RAM地址：

$\mathrm{Addr}=({\mathrm{FAT}}_{\mathrm{start}}+\frac{\mathrm{Index}\×{\mathrm{Len}}_{\mathrm{unit}}}{2\×{\mathrm{Size}}_{\sec \mathrm{tor}}})\mathrm{mod}\left({\mathrm{Size}}_{\mathrm{RAM}}\right)$ ${\mathrm{Len}}_{\mathrm{unit}}=\left\{\begin{array}{c}3,\mathrm{fat}12\\ 4,\mathrm{fat}16\\ 8,\mathrm{fat}32\end{array}\right.$

其中，FAT_start是FAT起始扇区号；Size_sector是每扇区大小，一般固定为512，其合法数值有512、1024、2048、4096四种；Size_RAM表示内部RAM的大小；Index为指定的簇序号，即所述当前簇内容；mod(Size)表示除以Size取余数操作。

在步骤S24，下一簇处理模块13可通过检查获得的“簇内容”是否为簇链结束标志，来判断簇链是否结束。例如，FAT16中簇链结束标志为FFFF，FAT32中该标志为0FFFFFFF。

在步骤S26，下一簇处理模块13利用“簇内容有效”信号判断下一簇是否在同一个扇区中，“簇内容有效”信号的计算公式如下：

$\mathrm{Valid}=[{\mathrm{RAM}}_{\mathrm{beg}}\&le;({\mathrm{FAT}}_{\mathrm{start}}+\frac{\mathrm{Index}\&times;{\mathrm{Len}}_{\mathrm{unit}}}{2\&times;{\mathrm{Size}}_{\sec \mathrm{tor}}})<({\mathrm{RAM}}_{\mathrm{beg}}+{\mathrm{Size}}_{\mathrm{RAM}})]$

其中，Valid表示“簇内容有效”，其余参数的含义同上式。

参照图3，图3为本实用新型该实施例中读取指定簇内容的波形图，示出了连续读取两个簇内容的波形。在T1时刻，将“读取簇内容”信号置为1，此时“簇内容”总线上已经有当前簇的内容；“簇内容有效”为高电平；下一簇所对应的“内部RAM地址”也已经通过组合逻辑获得；“内部RAM读信号”由“读取簇内容”产生，在此时刻也已经有效(该信号低电平有效)。

在T2时刻，内部RAM将“簇内容”(下一簇内容)数据放到数据线上；“内部RAM地址”通过组合逻辑由该“簇内容”生成；“簇内容有效”由“簇内容”和当前FAT表项所在扇区的起始和结束地址生成，指明下一簇和当前簇是否在同一扇区中，若在同一扇区中，则“簇内容有效”继续为高电平；“读取簇内容”信号继续保持高电平；“内部RAM读信号”继续保持有效。

在T3时刻，内部RAM将下二簇内容放在数据线上；同时，产生新的“内部RAM地址”、“簇内容有效”、“读取簇内容”和“内部RAM读信号”。接下来，进行下一步操作，直到“簇内容有效”为低电平或者簇链结束。

可见，读取当前簇内容和确定下一簇的内部RAM地址利用了两级流水线(pipeline)，因此，在簇链的某部分位于同一个扇区时，这些簇链的读取操作可以做到一个时钟获得一个簇内容，正如图3所示，在T2获得第一簇内容，在T3获得第二簇内容，以此类推。

按照该读取过程，每一个时钟周期可以读取一个簇内容。那么，对于4M左右的FAT32文件，以4k一个簇、内部RAM为512Byte来计算，读取FAT所需要的时间大约为：1024×T_clk+(1024/128)×T_sector，其中，T_clk是时钟周期，T_sector是读取一个扇区FAT数据的时间。

当新建文件分配文件空间时，相应地，FAT操作需实现申请文件空间操作。该操作基本上和读FAT操作相同，唯一的区别是，计算下一簇的内部RAM地址并非由当前簇的内容产生，而是由当前簇的位置增加1来确定。当获得的簇内容为“00”时，表明该簇为可用空间，并传递给其他模块来保存获得的结果；否则，说明该簇已被占用，继续将簇位置加1，直到获得指定大小的可用簇为止。

参照图4，图4为本实用新型该实施例中删除文件对应FAT操作的流程图。该操作读取下一个簇位置的步骤和读FAT操作相同，这里不再赘述。不同点在于，在读取当前簇内容的同时，在步骤S41，下一簇处理模块13将RAM12中该簇内容写为文件删除标志，比如写为0；当判断出下一簇不在同一扇区中时，在步骤S42，下一簇处理模块13将RAM12中的扇区内容回写到存储介质15的FAT区；尔后，再读取新扇区FAT数据到RAM12中。该操作中，由于需要读、写RAM，所以，读写内部RAM12所需时间为前两种操作的两倍。

在文件存储位置或者大小更改之后，需要更新FAT。参照图5，图5为本实用新型该实施例中更新FAT操作流程图。这里，更新FAT操作也需要在下一簇内容不在同扇区时，更新RAM中数据到FAT中。与图4所示操作相同的步骤不再赘述，不同点在于，首先在步骤S50，由其他模块14启动写簇内容请求；在读取当前簇内容的同时，在步骤S51，下一簇处理模块13将RAM12中该簇内容写为需要更改的内容，所述需要更改的内容从其他模块14获得。这里，RAM的写信号以及地址和数据如果用组合逻辑产生，可以节省一个时钟周期，每个簇写操作需要1个时钟；如果时钟频率比较高，可以采用同步设计，每个簇写操作需要2个时钟。

显而易见，在此描述的本实用新型可以有许多变化，这种变化不能认为偏离本实用新型的精神和范围。因此，所有对本领域技术人员显而易见的改变，都包括在本权利要求书的涵盖范围之内。

Claims (10)

1、一种文件分配表(FAT)访问装置，所述FAT存储在存储介质中，所述访问装置包括：FAT扇区处理模块、存储器和下一簇处理模块，其中：

FAT扇区处理模块，与所述存储器连接，用于自存储介质中读取包含当前簇所在扇区在内的N个扇区的FAT数据，并将其存储到存储器中，其中N为自然数；

存储器，其中存储有所述FAT数据；

下一簇处理模块，分别与所述FAT扇区处理模块及存储器连接，其自所述存储器中读取FAT数据以获得当前簇内容，根据所述当前簇内容确定下一簇的存储器地址，并在下一簇不在所述N个扇区的情况下，向所述FAT扇区处理模块发送读下一簇所在扇区的FAT数据的请求。

2、如权利要求1所述的访问装置，其特征在于：所述下一簇处理模块内设置有两级流水线结构。

3、如权利要求1所述的访问装置，其特征在于，还包括结果保存模块，所述结果保存模块与所述下一簇处理模块连接，并用于保存所述下一簇处理模块获得的簇内容。

4、如权利要求1所述的访问装置，其特征在于，所述N为1，所述存储器的容量为FAT的一个扇区大小。

5、如权利要求1所述的访问装置，其特征在于，所述存储器为随机存取存储器。

6、如权利要求1所述的访问装置，其特征在于，所述下一簇处理模块与所述存储器连接，用于在获得当前簇内容后，将文件删除标志写入存储器中当前簇；

所述FAT扇区处理模块分别与所述存储器和存储介质连接，用于在下一簇处理模块向FAT扇区处理模块发送读请求之前，所述FAT扇区处理模块将存储器中FAT数据回写到存储介质的FAT扇区。

7、如权利要求1所述的访问装置，其特征在于，所述下一簇处理模块与所述存储器连接，用于在获得当前簇内容后，将更新的簇内容写入存储器中当前簇；

所述FAT扇区处理模块分别与所述存储器和存储介质连接，用于在下一簇处理模块向FAT扇区处理模块发送读请求之前，所述FAT扇区处理模块将存储器中FAT数据回写到存储介质的FAT扇区。

8、如权利要求1至7中任一项所述的访问装置，其特征在于，所述FAT扇区处理模块和所述存储介质之间设置有直接存储器。

9、一种文件分配表(FAT)访问装置，所述FAT存储在存储介质中，所述访问装置包括：FAT扇区处理模块、存储器和下一簇处理模块，其中

FAT扇区处理模块，连接所述存储器，用于将存储介质中包含当前簇所在扇区在内的N个扇区的FAT数据读取到存储器，其中N为自然数；

存储器，用于存储所述FAT数据；

下一簇处理模块，分别与所述存储器和FAT扇区处理模块连接，用于通过读取存储器中FAT数据获得当前簇内容，并根据当前簇的存储器地址，确定下一簇的存储器地址；在下一簇不在所述N个扇区的情况下，向所述FAT扇区处理模块发送读下一簇所在扇区的FAT数据的请求。

10、一种专用集成电路(ASIC)芯片，其特征在于，其中设置有如权利要求1至9中任一项所述的文件分配表(FAT)访问装置。

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