摘要 介紹一種基于單片機的MMC上文件系統(tǒng)的實現方法。通過單片機對MMC卡底層的操作，可以方便地實現MMC卡上文件(或目錄)的創(chuàng)建、讀寫、刪除等操作。文件可以在Windows下使用讀卡器訪問。

關鍵詞 MMC／SD卡 FAT單片機 文件系統(tǒng)

引 言

    多媒體卡MMC(MultiMedia Card)是由美國SanDisk公司和德國Simens公司于1997年共同開發(fā)推出的一種多功能存儲卡。內置控制電路，可以使用在手機、數碼相機、MP3、PDA等多種數字設備上，可反復記錄30萬次?，F在市場上的主流容量有128 MB～2 GB。

    文中首先介紹單片機對SPI協(xié)議下的MMC卡的底層讀寫操作，然后分析MMC卡文件系統(tǒng)的結構，最后詳細說明MMC卡文件的創(chuàng)建、讀寫、刪除等操作。該方法可應用到與Windows有交互的嵌入式系統(tǒng)中，便于文件的統(tǒng)一管理。

1 單片機與MMC卡的接口

1.1 單片機與MMC卡的接口電路

    接口電路采用的是Philips公司的增強型LPC93x系列單片機。它除了比普通的8051有更快的指令執(zhí)行周期外，還提供多種在片的硬件接口功能，如UART、SPI、I2C等，因此用LPC93x的SPI接口實現單片機與MMC卡的互連。

    MMC卡有7個引腳，支持兩種串行數據傳輸協(xié)議，即MMC(Multimedia Card)模式和SPI(Serial PeripheralInterface)模式。在SPI模式中，通過4條信號線完成數據的傳輸。這4條信號線分別是時鐘SPICLK、數據輸入MISO、數據輸出MOSI和片選SS#。

    LPC93x單片機與MMC卡的接口電路如圖l所示。

1.2 MMC卡底層讀寫原理

    MMC卡讀寫操作都是基于命令的，通過向MMC卡發(fā)送樞直的命令并讀取樞直的響應來實現對MMC卡的控制。在對MMC卡讀寫之前，首先要進行初始化操作。這是確保MMC卡能在SPI模式下進行正常數據讀寫的前提。需要注意的是，在發(fā)送使MMC卡空閑命令CMD0之前至少等待74個時鐘，確保MMC卡進入SPI模式。

    初始化完戚之后，如果使用默認的塊讀寫長度(512字節(jié))，就可進行MMC卡的讀寫。當然，也可用CMD16來設置。MMC卡的塊讀取長度，可以是1～512字節(jié)之間的任意值。但是對MMC的寫過程則要求塊長度必須為512字節(jié)。無論是MMC卡的讀還是寫，都要求在讀寫命令發(fā)送后有數據起始令牌FEH，數據傳輸結束之后有2個字節(jié)的循環(huán)冗余編碼CRC(Cyclic Redundancy Codes)。{{分頁}}

2 MMC卡文件系統(tǒng)的結構分析

    要使寫入MMC卡的數據在Windows下訪問，需要在MMC卡上創(chuàng)建Windows支持的FATl6文件系統(tǒng)。MMC卡上的FATl6文件系統(tǒng)的結構包含分區(qū)引導記錄、文件分配表、文件目錄表以及數據區(qū)4個部分。

    分區(qū)引導記錄通常包含4塊內容；

    ①BIOS參數記錄塊BPB(BIPS Parameter Block)；
    ②磁盤標志記錄表；
    ③分區(qū)引導記錄代碼區(qū)；
    ④結束標志55AA。

    BPB表從扇區(qū)字節(jié)位移0bH開始，共占25字節(jié)。表1是從MMC卡的首扇區(qū)中讀出的BPB表的內容。

    在分區(qū)引導記錄之后是FAT(File Allocation Table，文件分配表)區(qū)。FATl6的文件系統(tǒng)中有兩份完全相同的文件分配表FATl和FAT2，每份FAT表占用空間的大小可從BPB表中查得。

    文件在磁盤上以簇為單位存儲，但是同一個文件的數據并不一定完整地存放在磁盤的一個連續(xù)的區(qū)域內，往往會分成若干簇，FAT表就是記錄文件存儲中簇與簇之問連接信息的，這就是文件的鏈式存儲。FATl6以2個字節(jié)(即16位)表示1個簇，起始2個字為F8FFH、FFFFH，后面的FFFFH表示終止，0000H表示未使用。

    緊接在FAT表之后的是文件目錄表FDT，固定占32個扇區(qū)，每個扇區(qū)可以容納16個登記項，每個登記項的長度是32字節(jié)。

    文件目錄表之后就是數據區(qū)DATA，用來存放文件數據，占用大部分的磁盤空間。{{分頁}}

3 MMC卡文件系統(tǒng)的實現

    單片機對MMC底層的讀寫，按照FATl6的格式對MMC卡上數據進行操作，就可在MMC卡上創(chuàng)建文件、讀寫文件和刪除文件等，從而實現文件的管理。

3.1 文件(或目錄)的創(chuàng)建

    在MMC卡上創(chuàng)建文件(或目錄)的過程就是在文件目錄表FDT中申請登記項的過程。登記項中包括文件名、文件長度和起始簇號等內容。為此定義了如下結構：

   

    文件名一般占用8字節(jié)，長的文件名需要用resetx,ed[]數組。文件名的首字節(jié)又表明該文件的狀態(tài)，00H表示該目錄項未使用，E5H表示該文件(或目錄)已被刪除。創(chuàng)建目錄時，屬性值設置為10H(表示子目錄)，文件長度為O。

3.2 文件的讀寫

    MMC卡上文件都是以簇為單位存取的。當讀取MMC卡上的文件時，首先要根據文件名查找到該文件的目錄登記項。根據目錄登記項中的起始簇號既可找到文件在數據區(qū)DATA中第1簇的內容，又可在FAT表中找到第2個簇號。根據第2個簇號又能找到第2簇的內容和FAT表中的第3個簇號。這樣，就可以根據FAT表中的簇號讀取到全部文件數據。寫文件時要保證FATl和FAT2中內容的一致性，即對兩塊都要進行同樣的寫操作。對于FATl6，可以由下面的公式計算出數據起始邏輯扇區(qū)號：

    起始邏輯扇區(qū)一隱藏扇區(qū)數+l+2*每FAT扇區(qū)數+FDT扇區(qū)數+(起始簇號-2)*每簇扇區(qū)數從表l可知，MMC卡上隱藏的扇區(qū)數為0，每個FAT占用243個扇區(qū)，FDT固定占用32個扇區(qū)。寫文件的相關代碼如下(設文件長度小于512字節(jié))：{{分頁}}

   
3.3 文件的刪除

    文件的刪除也是對MMC卡上文件管理的一個重要方面。刪除文件時，并不涉及數據區(qū)的操作，只須在文件的目錄登記項上作一個刪除標記，并把文件在FAT表中所占用的簇標記為“空簇”。刪除文件的代碼如下：
   

4 小結

    通過對SPI模式下MMC卡讀寫和文件系統(tǒng)的研究，實現了單片機對MMC卡FATl6文件的管理，包括文件的創(chuàng)建、讀寫、刪除等操作。該方法為數據采集系統(tǒng)提供了一種非易失性存儲器的解決方案，采集到的數據會以標準文件的格式記錄到MMC卡上，數據文件可在Windows下用讀卡器讀取，在保證高性價比的同時，又方便了數據的進一步分析、處理。通過在長時間心電圖監(jiān)測系統(tǒng)中的實際應用，證明了該方法的可行性。該方案也可應用到諸如MP3等與Windows有交互的移動存儲設備中，便于文件的統(tǒng)一管理。

    系統(tǒng)采用SPI接口，占用較少的I／O資源。由于SD卡也支持SPI模式，故文中的MMC卡也可以用SD卡替代。