嵌入式FAT32文件系统设计与实现：基于振南znFAT（下） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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于振南 编

图书标签:

• 嵌入式系统
• FAT32
• 文件系统
• 振南znFAT
• 存储技术
• 嵌入式开发
• 底层开发
• C语言
• 单片机
• 实践应用

出版社： 北京航空航天大学出版社

ISBN：9787512415102

版次：1

商品编码：11442426

包装：平装

开本：16开

出版时间：2014-04-01

用纸：胶版纸

页数：260

内容简介

　　本书是此套书的下册，是上册的延续与拓展。本书详细讲解了FAT32中长文件名的相关技术及其在znFAT中的具体实现。最后，着重介绍了SD卡等存储设备的驱动原理与调试方法。应该说，下册比上册更有技术含量、更有思想，会引发读者更多的思考和灵感。
　　如果说上册是专注于基础和常规内容的话，那么下册则更加侧重于提高与创新。振南将把一些绝对独特的思想和算法，以及它们在znFAT中表现出来的优异性能呈现在读者面前。
　　此书谨献给对FAT32、SD卡等嵌入式存储技术感兴趣，以及在这方面有项目应用需求的广大人群。希望此书能够成为此领域内的参考书，对大家的研究与开发工作产生积极意义。

精彩书评

　　作者对研发工作十分投入，经常通宵工作，他的执著以及勤于用实验反复验证的作风都给我留下极深的印象。希望通过我的介绍让大家对作者本身及此书的创作背景有更多的了解。我相信，凭着作者本人对软硬件知识的深刻掌握与理解，再加之对研究工作的认真和极度执著的态度，本书的出版有理由值得我们期待！
　　 ——原哈工程大学计算机学院院长、博士生导师 顾国昌
　　
　　振南开创了国内第1个开源的FAT32文件系统，并孜孜不倦的持续推广，其精神值得深刻学习。
　　 ——国内优秀RTOS rawos作者、国内rtos领头人 陈凌君
　　
　　在21IC上，久仰振南大名，之前虽没有互动过，但还是知道他搞了开源软件，最近才开始深入关注他的软件和书。翻阅此书，一种DIY的精神扑面而来，依稀看见了我研发的套路。我也用过不少开源软件，总是会有种种不如意，总感觉少了点什么。总是要去打补丁，有时候改得火大，直接自己写了。所以看过此书，对作者的工作流程表示认同，为作者的DIY精神叫好。
　　 ——21IC版主、《感悟设计》一书作者 大道至简
　　
　　我看过振南的疯狂单片机系列视频教程，并亲身验证过znFAT文件系统的强大功能。我作为一个从事了十多年单片机系统一线研发工作的工程师，为znFAT深深震撼，振南的功力太深厚了。其讲解的内容真实、细致、通俗易懂且有极强的实用价值，代码开源的精神也值得我们每一个搞技术工作的中国人学习。
　　 ——znFAT使用者 成都高新区华汇实业有限公司 李友全

目录

第1章数据记录，偷梁换柱：使用变通方法实现文件数据存储1

1.1把SD卡用作一个大容量的ROM1
1.1.1大ROM思想的提出1
1.1.2思想的验证：数据采集与记录实验2

1.2数据“偷梁换柱”——数据替换5
第2章更及核心，文件创建：修改FAT表实现文件创建功能10

2.1文件的创建10
2.1.1文件目录项的构造10
2.1.2文件目录项的“落定”：写入目录簇12

2.2为自己开路：簇链的构造15
2.2.1目录簇的拓展15
2.2.2寻找“路石”：空簇的查找16
2.2.3形同虚设的FSINFO扇区19
2.2.4簇链构造的实现22

2.3目录的创建24
2.3.1目录项的构造24
2.3.2两个特殊的目录项25
第3章
数据写入，细微可见：数据写入的实现28

3.1初步实现28
3.1.1回顾数据读取28
3.1.2从开头写数据29
3.1.3从整簇写数据32

3.2数据写入的实现33

3.3数据写入的典型应用38
3.3.1实例1：数据采集与存储38
3.3.2实例2：简易数码相机41
第4章
巧策良方，数据狂飙：独特算法实现数据高速写入45

4.1迫出硬件性能45
4.1.1连续多扇区驱动45
4.1.2多扇区抽象驱动接口47

4.2为数据作“巢”48
4.2.1预建簇链思想的提出48
4.2.2簇链预建的实现50
4.2.3将多扇区用到极致55

4.3CCCB（压缩簇链缓冲）57
4.3.1CCCB的提出57
4.3.2CCCB的实现60
4.3.3CCCB的争抢与独立63

4.4EXB（扇区交换缓冲）64
4.4.1EXB的提出64
4.4.2EXB的实现65

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第5章
模式变换，百花争艳：znFAT与其他FAT的全面PK67

5.1登顶效率之峰67

5.2与强者竞速68
5.2.1国内外优秀FAT方案简介69
5.2.2速度的“较量”71

5.3znFAT的工作模式74
5.3.1缓冲工作模式74
5.3.2自身模式较量75

5.4 znFAT的功能裁减78
5.4.1功能裁减宏78
5.4.2裁减宏的嵌套79
第6章
创新功能，思维拓展：多元化功能特性与数据重定向的实现81

6.1多元化文件操作81
6.1.1多文件81
6.1.2多设备82

6.2数据重定向87
6.2.1数据重定向的提出87
6.2.2数据重定向的实现88
6.2.3数据重定向实现MP3播放89
第7章
层递删截，通盘格空：文件、目录的删除及磁盘格式化91

7.1文件数据的倾倒91
7.1.1何为数据倾倒91
7.1.2数据倾倒的实现92

7.2文件的删除95
7.2.1文件删除的实质95
7.2.2文件删除的实现97

7.3目录的删除99
7.3.1目录删除的难处99
7.3.2目录删除的实现100

7.4格式化101
7.4.1格式化的内涵101
7.4.2格式化的核心工作101
7.4.3格式化的实现105
第8章突破短名，搞定长名：突破8·3短名限制，全面地实现长文件名110

8.1FAT32的长文件名110
8.1.1何为长文件名110

8.1.2长文件名的存储机理111

8.2UNICODE编码113
8.2.1“各自为战”的DBCS113
8.2.2UNICODE带来的问题115
8.2.3编码转换的实现116
8.2.4长名的提取与匹配120

8.3长名的核心是短名121
8.3.1微软长名专利风波121
8.3.2长短名的绑定122
8.3.3用长名打开文件123
8.3.4创建长名文件125
第9章
青涩果实，缤纷再现：套书的第二个实验专题131

9.1数据采集导入EXCEL131
振南点睛131

9.2串口文件“窃取器”134

9.3录音笔136

9.4简易数码相机（51）139

9.5简易数码录像机（AVR）141

9.6简易数码录像机升级版（STM32直接录制AVI视频）144

9.7文件无线传输实验147

9.8嵌入式脚本程序解释器150
振南点睛151

9.9AVI视频播放器152

9.10绘图板实验——基于STM32F4154

9.11MEMS声音传感器录音实验158

9.12各种CPU上的实例汇总（基于第三方实验平台）161
振南点睛164
振南点睛171
第10章
存储设备，闪存解惑：主流存储设备及闪存技术详解173

10.1当前主流存储设备173
10.1.1主流存储设备简介174
10.1.2嵌入式存储设备177

10.2FlashROM上的文件系统179
10.2.1FTL180
10.2.2NFTL180
第11章
物理驱动，深入剖析：SD卡物理驱动183

11.1SD卡的接口与电路183
11.1.1SD卡的接口183
11.1.2SD卡的电路184

11.2振南SD卡驱动移植与测试185
11.2.1振南SD卡驱动简介185
11.2.2振南SD卡驱动移植185
11.2.3SD卡驱动测试187

11.3SD卡驱动原理188
11.3.1通信与命令188
11.3.2SD卡的初始化191
11.3.3SD卡的单扇区读/写194
11.3.4SD卡的多扇区读/写擦除195
第12章
性能提升，底层限制：高性能SD卡物理驱动197

12.1现有SD卡驱动的性能评估197

12.2用DMA为数据传输提速202

12.3高性能SD卡驱动的实现206
附录A
完整工程实例之SD卡MP3播放器211
附录B
完整工程实例之数码录像机（相机）218
附录C主流CPU内核及其典型芯片简介（znFAT移植平台）227
附录D
答网友问233
附录E我的大学系列238
参考文献246

前言/序言

　　读上册后继续启程读了本书上册之后，你已可称得上是半个专家了，对FAT32文件系统、振南znFAT的设计思想与实现技巧，以及嵌入式存储的相关技术都已经小有领悟。但振南只能说现在还只是“万里长征”刚走出了不到一半。上册只是实现了“读”操作相关的功能，实际上真正的重点、难点和亮点在于“写”操作，还有在整个系统层面上对性能与效率的优化与提升。这其中所产生的一系列新颖的编程方法、独特的算法与策略才是能够发人深省的核心内容。

　　下册之精妙之处本书介绍知识的同时注重穿插大量精彩、更具创意的实验，方便读者理解、动手提高。首先介绍了文件与目录创建、数据写入等文件操作功能的实现。随后的几章一直在努力提升数据读写的速度，提出了诸如预建簇链、连续扇区优化、压缩簇链缓冲与扇区交换缓冲等多种实用而优秀的创新思想与机制。这些正是znFAT中的精妙所在，它们让znFAT可以满足更高更快的数据存储应用需求，从而跻身于优秀的嵌入式FAT32文件系统方案之列，受到人们的广泛承认与好评。为了证明这一切，振南将znFAT与多款现有的国际优秀方案进行了全面、深入的“较量”，一决高下。振南还详细讲解了SD卡等存储设备的驱动与调试方法，基于ZNX开发板采用3种CPU分别对扇区读写速度进行了实际的测试评估。尤其在STM32上为驱动引入了DMA后，它的速度表现更加让人满意，甚至令人惊喜。后面几章中振南还详细介绍了广受读者关注的FAT32长文件名和NOR/NAND Flash ROM上的文件系统应用等问题。最后，集中展示了几个吸引眼球的znFAT的综合应用实验，可谓是本书的点睛之笔。本书特点在风格上，下册与上册保持了一致，并保证了知识脉络的连贯性。正如上册对后续内容的不断引导一样，下册在很多关键点上均与上册遥相呼应，共同编织了一张完整而致密的知识网络。应该说，下册比上册更具创意，更具技术含量，也更具工程实用价值。其中的很多实验可能都是一些“可遇而不可求”的高难、精彩创新实验，其中涉及的很多技术对于实际的工程项目也都具有借鉴与指导意义。感谢znFAT系统的研发、测试与改进工作以及本书的整个写作出版过程，从头到尾振南都不觉得寂寞，因为有无数热心人和爱好者的协助、支持，这里一并表示感谢。感谢导师顾国昌教授（哈尔滨工程大学计算机学院院长、博士生导师），正是因为他的谆谆教导和对振南自主研究工作的长期支持，才有了振南的今天。感谢北京航空航天大学出版社的大力支持，这是本书最终得以出版的主要推动者与执行者； 感谢21IC、EDNChina、Elecfans等网站与论坛，为振南个人与znFAT的推广起到了很大的作用，并且为技术的交流与反馈提供了良好的渠道与平台。此外，大量的志愿者承担了测试工作，这里一并表示感谢。这些志愿者包括：杜撰、何强、吴俊超、谢明鑫、王志诚、林麟、罗伟东（纬图虚拟仪器）、尚学成、刘磊等。本书的写作过程中，有很多人参与到了振南的内部书稿评阅中，从读者的角度提出了自己的意见和建议，也对他们表示感谢，包括：王坤、徐茂龙、黄劲松、曾跃飞、张杰、陈宏洲、许江等。

《嵌入式FAT32文件系统设计与实现：基于振南znFAT（下）》 内容简介： 本书是“嵌入式FAT32文件系统设计与实现”系列的下册，在承接上册关于FAT32文件系统基础理论与核心概念的讲解后，本册将深入聚焦于振南znFAT这一具体实现的细节、优化策略以及在实际嵌入式系统中的应用。如果您已熟知FAT32的基本结构、簇分配、目录项解析等原理，或者您在上册中掌握了znFAT的初步框架，那么本册将带您进入更具挑战性和实践性的领域，进一步提升您在嵌入式文件系统开发方面的能力。 核心内容梳理： 本册首先会对振南znFAT在内存中的数据结构进行细致的剖析。这包括文件控制块（FCB）的详细设计，如何有效地管理打开文件的元数据，例如文件大小、当前读写位置、簇链指针等。我们将深入探讨znFAT如何利用更高效的数据结构来减少内存占用，并加快文件访问速度。这可能涉及到对链表、散列表或其他优化数据结构的运用，以及这些结构与FAT32簇链之间的映射关系。 接着，本书将详细阐述znFAT在文件读写操作上的实现机制。我们将逐一分析字节流读写、块读写、随机访问等不同读写模式的底层逻辑。这包括对FAT表（文件分配表）的精细化操作，例如簇的分配与释放、簇链的遍历与更新，以及数据块的直接读写。对于 znFAT，我们会特别关注其在处理大文件、长文件名时的效率和稳定性。例如，如何通过优化缓存策略来减少对底层存储设备的频繁访问，如何处理文件名碎片化问题，以及如何实现高效的文件定位。 本册的重点之一是深入研究 znFAT 的错误处理和鲁棒性设计。在嵌入式系统中，存储介质的可靠性可能不如桌面系统，断电、数据损坏等情况频繁发生。因此，一个健壮的文件系统必须能够优雅地处理这些异常。本书将详细讲解 znFAT 如何检测和修复文件系统错误，例如文件分配表的不一致、目录结构的损坏、簇链的断裂等。这可能涉及到文件系统检查（fsck）工具的实现思路，以及在文件系统运行过程中进行自我修复的机制。我们将探讨 znFAT 如何在发生错误时，尽量保证用户数据的完整性，以及如何最大程度地恢复损坏的文件。 此外，本书还将深入探讨 znFAT 在性能优化方面的各种技术。这包括但不限于： 缓存机制的优化： 如何设计更智能的读写缓存，以减少对闪存等慢速存储的访问次数。我们将讨论缓存的替换策略、预读/回写机制等。 FAT表访问优化： FAT表是FAT32文件系统的核心，频繁访问FAT表会严重影响性能。本书将探讨 znFAT 如何通过内存中的FAT镜像、FAT表的局部化存储等方式来加速FAT表的访问。 簇分配算法优化： 簇的分配和释放直接影响到文件存储的碎片化程度和访问速度。我们将分析 znFAT 采用的簇分配算法，以及如何通过优化该算法来减少文件碎片，提高连续存储空间的利用率。 并发访问控制： 在多任务或多线程的嵌入式环境中，文件系统的并发访问控制至关重要。本书将讲解 znFAT 如何通过互斥锁、信号量等机制来保证多个进程或线程同时访问文件时的数据一致性。 安全性和权限管理也是本册会涉及到的重要主题。虽然FAT32本身并不原生支持复杂的权限模型，但znFAT可能通过一些扩展机制来提供基本的安全保障。本书将探讨 znFAT 如何实现文件访问的控制，例如读取、写入、执行权限的限制，以及如何处理可能出现的安全漏洞。 本书还将重点讲解 znFAT 在不同嵌入式存储介质上的移植和优化。这包括对SD卡、eMMC、NAND Flash等不同类型存储器的特性进行分析，并指导读者如何针对性地调整 znFAT 的底层驱动接口，以达到最佳的性能和可靠性。例如，如何处理 NAND Flash 的坏块管理，如何利用 eMMC 的硬件特性来加速文件操作等。 除了核心的文件系统操作，本书还会覆盖与 znFAT 集成相关的其他重要方面： 与RTOS（实时操作系统）的集成： 讲解如何将 znFAT 移植到常见的嵌入式RTOS（如FreeRTOS, RT-Thread等）上，并与RTOS的文件系统接口进行对接。这包括如何处理文件系统的挂载、卸载、设备驱动程序的抽象层设计。 用户接口与API设计： 详细介绍 znFAT 提供的应用程序接口（API），方便开发者在应用程序中调用文件系统功能。我们将分析 API 的设计原则，以及如何设计出易于使用且功能强大的接口。 调试与测试： 提供一套完整的 znFAT 调试和测试方案，包括如何使用仿真器、逻辑分析仪等工具来定位和解决开发过程中遇到的问题，以及如何设计有效的测试用例来验证文件系统的功能和性能。 最后，本书将通过一系列实际案例，展示 znFAT 在智能家居、车载娱乐系统、工业控制设备等不同嵌入式应用场景中的成功实践。这些案例将涵盖从简单的文件读写到复杂的文件管理任务，帮助读者理解 znFAT 的强大功能和广泛适用性。 目标读者： 本书适合以下人群： 嵌入式系统工程师： 希望深入理解和掌握文件系统设计与实现，特别是FAT32文件系统的开发者。 固件开发人员： 负责嵌入式设备固件开发，需要处理大量数据存储和管理需求的工程师。 操作系统研究者： 对文件系统原理和底层实现感兴趣的研究人员。 计算机科学与技术专业的学生： 希望将理论知识应用于实践，学习高级文件系统设计的学生。 对振南znFAT项目感兴趣的开发者： 希望了解znFAT具体实现细节和开发流程的贡献者。 学习价值： 通过阅读本书，读者将能够： 深入理解FAT32文件系统的内部工作原理： 不仅停留在理论层面，更能掌握其具体实现细节。 掌握嵌入式文件系统的设计与优化技巧： 学习如何设计高效、鲁棒、低功耗的文件系统。 熟练运用振南znFAT进行嵌入式文件系统开发： 能够自信地将znFAT集成到自己的嵌入式项目中。 提升在嵌入式存储领域的开发能力： 能够应对各种复杂的存储管理和数据持久化挑战。 为更高级的文件系统设计奠定基础： 为未来接触或设计更复杂的文件系统（如exFAT, ext4等）积累宝贵的经验。 本书强调理论与实践相结合，通过详实的源码剖析、精妙的设计思路以及丰富的实际案例，将带领您全面掌握振南znFAT这一优秀的嵌入式FAT32文件系统实现，让您的嵌入式项目在数据存储方面更加稳定、高效和可靠。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计倒是挺有意思的，金属质感的灰黑色调，加上一本厚重的技术书籍应有的严肃感，让人一眼就能感受到其中蕴含的深厚技术功底。字体选择上，标题的“嵌入式FAT32文件系统设计与实现”显得庄重而专业，而“基于振南znFAT（下）”则巧妙地暗示了这本书是某个系列的一部分，或者是一个深入的专题研究。翻开扉页，看到里面详细的目录结构，每一章节的标题都点明了核心内容，让人对书的脉络有了清晰的认知。光是看目录，就能感受到作者在FAT32文件系统的底层逻辑、数据结构、以及如何在嵌入式环境中进行优化和高效实现方面，下了不少功夫。特别是“下”这个字，暗示着这本书是某个系列的延续，对于已经阅读过“上”的读者来说，这无疑是一个继续深入学习的绝佳机会。如果“上”部分已经搭建了基础理论框架，那么“下”很可能就是聚焦于更复杂的应用场景、性能调优、甚至是实际的源代码剖析和调试技巧。这种层层递进的学习方式，对于系统性掌握一项复杂技术是非常有益的。

评分☆☆☆☆☆

我最近在研究一些老旧但性能依然强劲的嵌入式设备，它们大多还在使用FAT32文件系统，但原有的文档和资料已经相当碎片化，难以找到一个系统性的参考。这本书的出现，恰好填补了这一空白。虽然我并不知道“振南znFAT”具体是哪个项目或者组织，但“FAT32文件系统设计与实现”这个核心内容，以及“下”字，都表明了这本书的专业性和深度。我猜测，“下”部分会着重讲解更高级的话题，比如如何在高并发读写场景下保证文件系统的健壮性，如何处理存储介质的老化问题，或者如何针对ARM、MIPS等不同架构的嵌入式处理器进行专门的性能调优。我尤其希望能看到关于文件系统缓存策略、错误恢复机制以及与其他嵌入式组件（如RTOS）的集成方面的详细阐述。一本好的技术书籍，应该能够引导读者从了解到理解，再到能够独立设计和实现，我相信这本书有机会做到这一点。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样常年混迹在嵌入式开发一线的人来说，一本讲解文件系统实现的书，尤其是像FAT32这样在资源受限环境中依然广受欢迎的文件系统，简直是及时雨。我一直在寻找一本能够清晰阐述FAT32在嵌入式设备上的具体应用细节，以及如何进行性能优化的书籍，这本书的标题正好切中了我的需求。虽然我还没有来得及细读，但仅仅是书名，就已经勾起了我对底层文件系统运作原理的好奇心。我相信，书中对FAT32的解析，不会停留在概念层面，而是会深入到扇区、簇、目录项等具体结构，并详细讲解它们是如何组织和管理存储设备上的数据的。更重要的是，它提到了“设计与实现”，这暗示着书中不仅会讲解理论，更会涉及实际的编码和工程化思路，这对于我这样的开发者来说，比任何理论都更有价值。我期待书中能有具体的代码示例，甚至是一些针对特定嵌入式平台的优化方案，那将是无价的。

评分☆☆☆☆☆

作为一个嵌入式开发新手，我经常会被各种底层技术搞得焦头烂额，尤其是在处理存储和文件管理的时候。FAT32虽然是嵌入式领域的老牌文件系统，但它的很多内部机制对我来说仍然是个“黑匣子”。这本书的标题——“嵌入式FAT32文件系统设计与实现”，就像是为我这样的开发者量身定做的。我希望这本书能够用非常易于理解的方式，解释清楚FAT32的每一个关键组成部分，比如文件分配表（FAT）是如何工作的，目录结构是如何组织的，以及如何在SD卡、eMMC等存储介质上进行物理读写。如果书中能有详细的图解和流程图，那就更好了。而且，“实现”这个词让我充满了期待，我渴望看到书中能够给出一些实际的C语言代码片段，甚至是整个驱动程序的框架，这样我才能真正理解如何在自己的嵌入式项目中应用和修改FAT32文件系统。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书脊设计简洁有力，标题的字体大小和排版都很舒适，很容易在书架上找到。封面图案虽然抽象，但色彩的搭配很有层次感，营造出一种科技与探索的氛围。我通常选择技术书籍的时候，会非常关注作者的背景和学术声誉，虽然我暂时不了解“振南znFAT”是否是一个知名的项目，但“FAT32文件系统设计与实现”这个主题本身就具有很高的价值。在我看来，一本优秀的文件系统实现书籍，应该能够清晰地勾勒出文件系统的生命周期，从数据的创建、读取、写入、修改，到最终的删除和空间的回收。同时，它还需要解释清楚文件系统如何在有限的内存和处理能力下，依然能够保持高效和稳定。我很想知道这本书是如何在“设计”和“实现”之间取得平衡的，是侧重于算法的理论推导，还是侧重于实际代码的编码技巧，亦或是两者兼而有之。

评分☆☆☆☆☆

内容其实不多，为啥要分开呢？

评分☆☆☆☆☆

好评，十五字太麻烦！

评分☆☆☆☆☆

冲着FAT32来的，发现上册都讲他的板子硬件去了。

评分☆☆☆☆☆

还没看，听说不错的。

评分☆☆☆☆☆

好书呀，玩电子都可以参考一下

评分☆☆☆☆☆

余振南是个胎神，早晚自取灭亡。脑子里一直想着赚钱经商，没事就拿51的知识在所谓的FAT32群里显摆，还不准讨论fatFS,那是你爷爷！令人作呕

评分☆☆☆☆☆

下册说了很多实战内容，还是蛮不错的，通俗易懂！

评分☆☆☆☆☆

好评，十五字太麻烦！

评分☆☆☆☆☆

不错不错不错的的不错不错不错的的不错不错不错的的不错不错不错的的