关于嵌入式U盘读写器接口技术和系统设计

2.3 FAT32

FAT是Microsoft较早推出的文件系统，具有高度的兼容性，目前仍然广泛应用于个人电脑尤其是移动存储设备中，FAT由引导扇区、FAT1表、FAT2表、目录和文件区组成（其中FAT2表是FAT1表的备份）。磁盘的管理是以扇区为单位的，而移动存储设备则是以块为单位的，FAT将块映射成扇区，原理相同，FAT将磁盘空间以一定数目的扇区为单位进行划分，这样的单位成为"簇"。通常情况下，每扇区512字节的原则是不变的，簇的大小一般是2n（n为整数）个扇区的大小。所以以簇为单位而不以扇区为单位进行磁盘的分配，是因为当区分容量较大时，采用512字节的扇区管理，会增加FAT表的项数和大文件存取的消耗，使文件系统效率不高。

引导扇区DBR（DOS Boot Record）通常占用分区的第0扇区，共512字节，FAT表紧随其后。DBR的第一部分是一个x86跳转指令、厂商标志和操作系统版本号，接下来的从偏移0x0B开始的是一段描述能够使可执行引导代码找到相关参数的消息，通常称之为BPB。最后是引导程序代码以及扇区结束标志。BPB中记录了扇区大小、簇的扇区数、保留扇区数、FAT表大小和文件系统类型等重要参数，用于文件的索引和定位计算。  

2.4 软件系统模块

USB读写器软件由主模块、USB模块、BULK模块、FAT模块和中断处理模块组成。各模块之间相互协调调用，共同完成对U盘文件的读写创建。

USB模块负责检测USB设备的移入/移出，对插入的设备进行枚举，分配设备地址端点号，配置设备接口端点描述符，建立BULK_ONLY输入/输出通道，BULK模块则在已建立的BULK_ONLY输入/输出通道发送CBW数据包，并接收CSW数据包，通过CBW中嵌入的CBWCB信息确定对U盘读/写操作的扇区位置和大小，FAT模块主要完成簇和扇区间的索引定位，即在U盘内寻址，利用BPB中的参数计算给定扇区的所在簇以及进入休眠状态，等待外部中断唤醒。

中断处理模块是在中断唤醒后根据中断类型进入不同功能子模块的，也是整个软件系统的核心部分。中断模块接收到串口或并口数据后，根据内部命令字要求进行解析，命令字要求如图5所示，串口或并口数据接收流程如图6所示。   

  



3 应用测试结果

在人造金刚石压力机压力锤头裂纹检测中，采用声发射技术进行实时监控，一旦出现异常立即停机报警，为了对出现异常时的数据进一步分析，需要将现场数据带回研究室。利用基于嵌入式的U盘读写器可以免去现场布线的麻烦，还可以省去PC机端驱动软件的开发，直接将现场数据写入U盘，方便地利用PC机中安装的MATLAB进行数据的详细分析处理。

结语

基于嵌入式U盘读写器的设计实现可以方便地将下位机数据存储到普通U盘，彻底解决了工业控制中上下位机之间数据传输难的问题，也为以后其他领域的应用创造了前提条件，如长途客车中的黑匣子、家庭老人健康监测，随着USB技术和闪存技术的进一步发展，该设备应用领域将会逐步扩展，市场前景良好。