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摘 要：Exfat文件系统是大容量移动存储设备文件系统的新宠，由于其操作简便、支持超大文件等突出特点，应用越来越广泛。该文在研究exfat文件系统结构特点的基础上，成功将exfat文件系统移植到基于ucos-II嵌入式操作系统的开发平台上，使得运行该操作系统的电子产品可以方便地实现音视频播放等功能，极大的增加了产品的多样性，因此该研究成果具有非常好的现实意义。经过测试证明，移植后的exfat文件系统在功能和效率上都达到了预期的目标。
关键词：ucos-II exfat 文件系统
中图分类号：TP316 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（b）-0011-02
Exfat文件是微软继FAT、NTFS桌面文件系统后推出的全新文件系统，由于其特殊的结构，解决了FAT文件系统不能支持大文件、NTFS文件系统对硬盘读写频繁等问题，是目前大容量移动存储设备文件系统的首选。ucos-II嵌入式文件系统由于其开放性、免费性及精简性等特点，成为许多中小企业作为电子产品研发平台的选择。随着电子技术的发展，几乎所有的电子产品都要求具备多媒体播放等功能，而这些功能都需要有文件系统的支持，因此在ucos-II嵌入式操作系统平台下探索如何实现exfat文件系统，具有很好的现实意义。
1 Ucos-II内核简介
Ucos-II是基于优先级抢占的实时嵌入式操作系统，具有内核源码完全开放且共享资源丰富的特点。ucos-II内核由核心、任务处理、时间处理、任务同步与通信等4个部分，总共有5 500行代码。其中oscore.c源码是内核的处理核心，完成初始化、操作系统运行、中断进出的前导、时钟节拍、任务调度、事件处理等工作。ostask.c是任务处理部分的源码，包括任务的建立、删除、挂起、恢复等函数。任务处理部分中的内容都是与任务的操作密切相关的，ostime.c是时钟处理源码，任务延时等操作是在这里完成的。ucos-II操作系统启动和多任务的调度关键在于时钟节拍处理函数，实际上是一个中断服务程序，是嵌入式系统定时器定时时间到指向的中断服务程序。任务间的通讯与同步包括事件机制、消息队列、信号量集，分别用于两个任务之间、一个任务与多个任务之间、多个任务与多个任务之间的通讯。
2 Exfat文件系统简介
Exfat是为大容量移动存储设备而生的文件系统，提高了单个文件的大小，使得单个文件最大为32EB，从而加强了存储设备和电脑直接的互操作性。并且exfat保留了fat文件系统的操作简便性，克服了NTFS的损害硬件的缺点，使得其成为移动存儲设备上文件系统的新宠。
Exfat文件系统的结构见图1。
其中VBR是启动扇区，指卷的物理0扇区，它记录了该卷的相关信息，其具体结构可以参照参考文献[3]，该文就不重复叙述。
上电启动后操作系统会最先读取VBR启动扇区的内容，通过分析VBR的内容，可以很清楚地定位FAT表、根目录、数据区的位置，从而也很容易查找到任一指定名的文件。
通常一簇为32个扇区，一个扇区为512字节。簇0除了存放VBR外，其余均为保留扇区；簇1存放Fat表；簇2、簇3分别存放簇位图文件和大写字符文件，其中簇位图表征簇的使用情况，为1表示该簇占用，为0表示该簇空闲；簇4为根目录使用，所以数据一般从簇5开始。
FAT32文件系统采用32字节来记录目录项，在exFAT中，目录项大小仍然是32字节，不过结构上已经做出了重大的改变，目录项的第一个字节表示的是该目录项的类型，不同的目录类型有不同的目录结构，常见的目录项有81H、85H、C0、C1、C2等，目录项的结构请参照参考文献3和4。
一个目录，可以由多个不同的目录类型组成，因为不同的目录类型有不同的目录结构，这样虽然一个目录项只有32个字节表示，但其代表的信息量远比FAT32目录项的结构丰富得多。
3 在ucos-II内核中实现
3.1 实现思路
在ucos-II内核中实现exfat文件系统的前提是先搭建文件系统的框架，这是该课题的准备工作，不在此叙述，可参照参考文献1和2。
根据exfat结构的分析，要实现exfat文件系统，核心工作就是先创建相关的数据结构，如VBR、目录项、目录类型等；然后根据对文件操作的需求，编写相关的操作函数，如打开、读写、关闭文件等，命名以exfat_打头。如打开文件函数命名为exfat_openfile；最后将这些exfat文件操作函数和ucos-II的文件系统关联起来，例如当操作系统上层调用openfile函数时，如果此时存储设备的文件系统格式为exfat，那么openfile函数，最终会调用下层的exfat_openfile函数来完成具体的操作。
3.2 重要数据结构及函数
3.2.1 0扇区VBR
struct exfat_super_block {
__u8 jmp_boot[3]； /* boot strap short or near jump */
__u8 oem_id[8]； /* oem-id */
__u8 unused0；
__u32 unused1[13]；
__le64 start_sector； /* start sector of partition */
__le64 nr_sectors； /* number of sectors of partition */
/*0x50*/__le32 fat_blocknr； /* start blocknr of FAT */
关键词：ucos-II exfat 文件系统
中图分类号：TP316 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（b）-0011-02
Exfat文件是微软继FAT、NTFS桌面文件系统后推出的全新文件系统，由于其特殊的结构，解决了FAT文件系统不能支持大文件、NTFS文件系统对硬盘读写频繁等问题，是目前大容量移动存储设备文件系统的首选。ucos-II嵌入式文件系统由于其开放性、免费性及精简性等特点，成为许多中小企业作为电子产品研发平台的选择。随着电子技术的发展，几乎所有的电子产品都要求具备多媒体播放等功能，而这些功能都需要有文件系统的支持，因此在ucos-II嵌入式操作系统平台下探索如何实现exfat文件系统，具有很好的现实意义。
1 Ucos-II内核简介
Ucos-II是基于优先级抢占的实时嵌入式操作系统，具有内核源码完全开放且共享资源丰富的特点。ucos-II内核由核心、任务处理、时间处理、任务同步与通信等4个部分，总共有5 500行代码。其中oscore.c源码是内核的处理核心，完成初始化、操作系统运行、中断进出的前导、时钟节拍、任务调度、事件处理等工作。ostask.c是任务处理部分的源码，包括任务的建立、删除、挂起、恢复等函数。任务处理部分中的内容都是与任务的操作密切相关的，ostime.c是时钟处理源码，任务延时等操作是在这里完成的。ucos-II操作系统启动和多任务的调度关键在于时钟节拍处理函数，实际上是一个中断服务程序，是嵌入式系统定时器定时时间到指向的中断服务程序。任务间的通讯与同步包括事件机制、消息队列、信号量集，分别用于两个任务之间、一个任务与多个任务之间、多个任务与多个任务之间的通讯。
2 Exfat文件系统简介
Exfat是为大容量移动存储设备而生的文件系统，提高了单个文件的大小，使得单个文件最大为32EB，从而加强了存储设备和电脑直接的互操作性。并且exfat保留了fat文件系统的操作简便性，克服了NTFS的损害硬件的缺点，使得其成为移动存儲设备上文件系统的新宠。
Exfat文件系统的结构见图1。
其中VBR是启动扇区，指卷的物理0扇区，它记录了该卷的相关信息，其具体结构可以参照参考文献[3]，该文就不重复叙述。
上电启动后操作系统会最先读取VBR启动扇区的内容，通过分析VBR的内容，可以很清楚地定位FAT表、根目录、数据区的位置，从而也很容易查找到任一指定名的文件。
通常一簇为32个扇区，一个扇区为512字节。簇0除了存放VBR外，其余均为保留扇区；簇1存放Fat表；簇2、簇3分别存放簇位图文件和大写字符文件，其中簇位图表征簇的使用情况，为1表示该簇占用，为0表示该簇空闲；簇4为根目录使用，所以数据一般从簇5开始。
FAT32文件系统采用32字节来记录目录项，在exFAT中，目录项大小仍然是32字节，不过结构上已经做出了重大的改变，目录项的第一个字节表示的是该目录项的类型，不同的目录类型有不同的目录结构，常见的目录项有81H、85H、C0、C1、C2等，目录项的结构请参照参考文献3和4。
一个目录，可以由多个不同的目录类型组成，因为不同的目录类型有不同的目录结构，这样虽然一个目录项只有32个字节表示，但其代表的信息量远比FAT32目录项的结构丰富得多。
3 在ucos-II内核中实现
3.1 实现思路
在ucos-II内核中实现exfat文件系统的前提是先搭建文件系统的框架，这是该课题的准备工作，不在此叙述，可参照参考文献1和2。
根据exfat结构的分析，要实现exfat文件系统，核心工作就是先创建相关的数据结构，如VBR、目录项、目录类型等；然后根据对文件操作的需求，编写相关的操作函数，如打开、读写、关闭文件等，命名以exfat_打头。如打开文件函数命名为exfat_openfile；最后将这些exfat文件操作函数和ucos-II的文件系统关联起来，例如当操作系统上层调用openfile函数时，如果此时存储设备的文件系统格式为exfat，那么openfile函数，最终会调用下层的exfat_openfile函数来完成具体的操作。
3.2 重要数据结构及函数
3.2.1 0扇区VBR
struct exfat_super_block {
__u8 jmp_boot[3]； /* boot strap short or near jump */
__u8 oem_id[8]； /* oem-id */
__u8 unused0；
__u32 unused1[13]；
__le64 start_sector； /* start sector of partition */
__le64 nr_sectors； /* number of sectors of partition */
/*0x50*/__le32 fat_blocknr； /* start blocknr of FAT */