AT24C512中數據的文件系統(tǒng)化管理的分析

精品文檔-下載后可編輯AT24C512中數據的文件系統(tǒng)化管理的分析內容摘要：為方便單片機對AT24C512中的數據進行系統(tǒng)化管理，在介紹AT24C512基本結構和工作原理的基礎上，按照PC機文件管理的思想實現AT24C512的文件系統(tǒng)，提高數據管理的效率。

ATMEL在系統(tǒng)級集成方面所擁有的知識和豐富的經驗使其產品可以在現有模塊的基礎上進行開發(fā)，保證的開發(fā)延期和風險。憑借業(yè)界廣泛的知識產權（IP）組合，Atmel提供電子系統(tǒng)完整的系統(tǒng)解決方案的廠商。這使客戶能夠帶領他們與市場的電子產品的體積更小，更聰明，更符合成本效益比以往任何時候都通用的服務。Atmel集成電路的主要集中在消費，工業(yè)，安全，通信，計算和汽車市場。

ATMEL公司是世界上半導體產品設計、制造和行銷的者，產品包括了微處理器、可編程邏輯器件、非易失性存儲器、安全芯片、混合信號及RF射頻集成電路。通過這些技術的組合，ATMEL生產出了各種通用目的及特定應用的系統(tǒng)級芯片，以滿足當今電子系統(tǒng)設計工程師不斷增長和演進的需求。ATMEL在系統(tǒng)級集成方面所擁有的知識和豐富的經驗使其產品可以在現有模塊的基礎上進行開發(fā)，保證的開發(fā)延期和風險。

在由單片機構成的數據采集系統(tǒng)及智能儀器儀表當中，往往有大量數據要保存。隨著測控系統(tǒng)數字化的發(fā)展，人們對數據存儲提出了更高的要求，因而用于存儲數據的存儲器容量也越來越大。但是，在增大數據存儲量的同時，人們也希望能更便捷高效地操作其中的數據（包括瀏覽、添加和刪除等），即像PC機上管理數據一樣簡單易行。然而，單片機以及用于保存數據的芯片本身并沒有提供這種功能，為此，需要開發(fā)一種用于管理單片機數據的有效方法。本文在吸取PC機文件管理思想的基礎上，以AT24C512為例，構造了一種類似于文件系統(tǒng)的用于管理單片機數據的方法，大大提高了數據操作的效率。

1AT24C512介紹

AT24C512是Atmel公司生產的64KB串行電可擦的可編程存儲器，內部有512頁，每一頁為128字節(jié)，任一單元的地址為16位，地址范圍為0000～0FFFFH。它采用8引腳封裝，具有結構緊湊、存儲容量大等特點，可以在2線總線上并接4片芯片，特別適用于具有大容量數據存儲要求的數據采集系統(tǒng)，因此在測控系統(tǒng)中被大量采用。

AT24C512的封裝如圖1所示，各引腳的功能如下：

①A0、A1——地址選擇輸入端。在串行總線結構中，如需連接4個AT24C512芯片，則可用A0、A1來區(qū)分各芯片。A0、A1懸空時為0。

②SDA——雙向串行數據輸入輸出口。用于存儲器與單片機之間的數據交換。

③SCL——串行時鐘輸入。通常在其上升沿將SDA上的數據寫入存儲器，而在下降沿從存儲器讀出數據并送往SDA。

④WP——寫保護輸入。此引腳與地相連時，允許寫操作；與VCC相連時，所有的寫存儲器操作被禁止。如果不連，該腳將在芯片內部下拉到地。

⑤VCC——電源。

GND接地。NC懸空。

GND

（1）與單片機接口

接口技術：接口技術可極大地提高硬盤的外部數據傳輸率，現在普遍使用的ULTRAATA/66已大幅提高了E-IDE接口的性能，所謂UltraDMA66是指一種由Intel及Quantum公司設計的同步DMA協議。使用該技術的硬盤并配合相應的芯片組，傳輸速度可以由16MB/s提高到66MS/s。它的優(yōu)點在于把CPU從大量的數據傳輸中解放出來了，可以把數據從HDD直接傳輸到主存而不占用更多的CPU資源，從而在一定程度上提高了整個系統(tǒng)的性能。由于采用ULTRAATA技術的硬盤整體性能比普通硬盤可提高20%～60%,所以已成為目前E-IDE硬盤事實上的標準。

由于AT24C512沿襲了AT24C系列的接口特性，因此與單片機的連接也可沿襲傳統(tǒng)方法。一般A0、A1、WP接VCC或GND，SCL、SDA接地單片機的P1口，即可實現單片機對AT24C512的操作。

接口有存儲器接口和I/O接口。習慣上常指Ｉ／Ｏ接口。

I/O接口的功能是負責實現CPU通過系統(tǒng)總線把I/O電路和外圍設備聯系在一起。具體是設置數據的寄存、緩沖邏輯，以適應CPU與外設之間的速度差異，接口通常由一些寄存器或RAM芯片組成，如果芯片足夠大還可以實現批量數據的傳輸；能夠進行信息格式的轉換，例如串行和并行的轉換；

能夠協調CPU和外設兩者在信息的類型和電平的差異，如電平轉換驅動器、數／模或模／數轉換器等；

協調時序差異；

地址譯碼和設備選擇功能；

設置中斷和DMA控制邏輯，以保證在中斷和DMA允許的情況下產生中斷和DMA請求信號，并在接受到中斷和DMA應答之后完成中斷處理和DMA傳輸。

按照電路和設備的復雜程度，I/O接口的硬件主要分為兩大類：（1）I/O接口芯片（2）I/O接口控制卡CPU通過接口對外設進行控制的方式有以下幾種：（1）程序查詢方式（2）中斷處理方式3）DMA（直接存儲器存取）傳送方式

（2）設備選址

在對AT24C512開始操作前，需要先發(fā)一個8位的地址字來選擇芯片以進行讀寫。設備地址字格式如圖2所示。其中“10100”為固定的5位二進制；A0、A1用于對多個AT24C512加以區(qū)分；R/W為讀寫操作位，為1時表示讀操作，為0時表示寫操作。

（3）寫操作

AT24C512的寫操作有寫字節(jié)和寫頁兩種方式。寫字節(jié)時通常在向AT24C512發(fā)送設備地址字并接到應答信號后，還需要發(fā)送2個8位地址來選擇要寫數據的地址。AT24C512接收到這個地址后會應答一個零信號，然后接收8位數據進來，并再返回一個零應答信號。

（4）讀操作

讀操作有當前地址讀、隨機讀、讀串三種方式。其初始化過程基本與寫操作相同，只是在設備選擇字中的位要改成讀而已。在當前地址讀操作方式時，內部數據的地址將保持在的讀寫操作地址加1上，讀串操作既可以是當前地址讀，也可以是隨機地址讀。當單片機接收到數據但不送應答信號時，讀過程結束。

2文件系統(tǒng)構成

為了有效地管理AT24C512中的數據，筆者仿效PC機中的文件管理機制，為AT24C512構造了一個簡單的文件系統(tǒng)。考慮到測控系統(tǒng)的實時性要求和硬件資源的有限性，采用了二級樹形目錄組織。

（1）數據區(qū)

AT24C512面的960頁作為數據區(qū)，其序號從0開始編號。該區(qū)作為文件數據的存儲區(qū)域，在存放文件數據時，從該區(qū)內分配若干頁，每次存儲一頁。

（2）頁面分配區(qū)

頁面分配區(qū)記錄了數據區(qū)每一頁的分配情況。該區(qū)中每2字節(jié)組成一個記錄項，共有960個記錄項（30×64/2）。記錄項從0開始編號，每一個記錄項對應著數據區(qū)相應頁的使用情況。

另外，如果記錄項的內容為0EEEEH，表示其對應的數據頁未分配。

（3）目錄區(qū)

目錄區(qū)用來存儲文件的主要信息。根據這些信息可以知道文件名、文件生成的日期以及文件的數據在數據區(qū)中的存儲首地址。文件目錄項的結構如下：

①文件名。文件名由4字節(jié)雙BCD碼構成，在生成該文件時由鍵盤輸入數字（硬件上鍵盤只提供了數字鍵）作為文件名，并由程序自動把它們轉換成雙BCD碼。在需要顯示時，再把它們分解成8字節(jié)單BCD碼供顯示。

②文件生成日期。占用4字節(jié)，按照雙BCD碼的格式存儲，如20H、04H，03H、20H則表示2022年3月20日。日期可由鍵盤輸入或通過時鐘芯片獲取。

③文件首地址。指示在給該文件分配空間進，分配給它的個數據頁的序號，即它對應的鏈表的個記錄項的編號。

目錄區(qū)共占用24頁。由于每個文件信息只占用10字節(jié)，則在此文件系統(tǒng)中，多可存儲153（24×64/10）個文件。目錄區(qū)、頁面分配區(qū)和數據區(qū)的邏輯關系如圖3所示。

以圖3為例，說明該文件系統(tǒng)如何獲取文件數據：

①在目錄區(qū)中根據文件名找到包含該文件名的目錄項，從而獲取該文件的屬性及其首地址。如文件“00000103”的日期為2022年11月24日，其首地址為0005H。

②根據文件的首地址，在頁面分配區(qū)中找到該記錄項0005H。在該記錄項中存儲的值為0007H，可知該文件的下一記錄項為0007H。

③同理，可得到文件的后續(xù)記錄項為0008H、0009H、000BH，直到從000BH記錄項中讀到0FFFFH。此時表示這是一項，不需再繼續(xù)找后繼項了。

④至此，可知文件“00000103”的數據分為5部分存儲在數據區(qū)中，分別存儲在0005H、0007H、0008H、0009H、000BH頁中。只要按序到數據中讀取這些中的數據，并連接起來，就形成了該文件的全部數據。

⑤同理，文件“00000001”在數據區(qū)中使用了0002H和0003H兩頁，文件“00015671”只使用了數據區(qū)第000AH頁。

3系統(tǒng)程序設計

按照上述的文件系統(tǒng)結構，系統(tǒng)可通過目錄區(qū)和頁面分配區(qū)對AT24C512的全部數據實時文件化管理。在管理過程中，主要的操作是添加文件和刪除文件。

（1）添加文件

添加文件的主要工作是為新文件尋找存儲空間，其尋找步驟如下：

①在目錄區(qū)中尋找空位置。若目錄區(qū)已經存滿（多存153個文件），則向用戶并中止程序；否則，記錄該位置（記為MyFile）。

②計算文件數據需占用的頁面數，記為MyPage。

③在頁面分配區(qū)中尋找并統(tǒng)計標志為空的記錄項，其內容為0EEEEH。若其數目小于MyPage，則向用戶，并中止程序。

④在MyFileA位置填寫文件名和日期，并把找到的個空記錄項的序號填入，作為該文件的首地址。

⑤依次在找到的空記錄項內填入下一空記錄項的序號，一個空記錄項填入0FFFFH。

⑥從文件首地址開始，按照文件鏈表依次把數據寫入數據區(qū)相應的頁。

（2）刪除文件

刪除文件的主要工作是回收該文件所占用的空間，以便將來分配給其它文件。

①在目錄區(qū)中尋找到該文件，提取出其首地址，記錄First。隨后，把該文件所占用的目錄區(qū)的首字節(jié)清為0FFH，表示該目錄項空閑。

②在頁面分配區(qū)中找到First記錄項，撮出其內容，記為Next。隨后，把First記錄項的內容改寫為0EEEEH。

由添加文件可以看出，在搜索空間時，只對目錄區(qū)和頁面分配區(qū)操作，因此，刪除文件時，只需要釋放目錄和頁面分配區(qū)即可，而不需要修改數據區(qū)。這大大提高了刪除的效率。

（3）系統(tǒng)格式化

系統(tǒng)格式化的目的是把AT24C512按照前面所述的格式進行初始化，以正確反映目前的使用狀況。格式化的主要工作包括：

①把目錄區(qū)全部寫為0FFH，以清空目錄區(qū)中所有數據；

②把頁面分配區(qū)的所有記錄項寫為0EEEEH，標志它們全部未使用。

4性能比較

在大多數系統(tǒng)中，AT24C512中的數據存儲都是要用順序存儲法：每次存儲數據時都是按照先后順序依次寫入數據空間。本文所述方法與順序存儲法相比，具有下列優(yōu)點：

①存儲時操作簡單。在順序存儲中，尋找空閑空間需要逐次讀出已經存儲的數據，直到找到空閑空間為止，數據操作量大。本文所述方法只需要讀取目錄區(qū)和頁面分配區(qū)即可，搜索空閑空間的效率高。

②刪除數據簡單。在順序存儲中，為了定位到需要刪除的數據，必須逐次讀出存儲的數據，直到找到需要刪除物數據，再把該空閑改寫為未用狀態(tài)。本文所述方法只需要修改目錄區(qū)和頁面分配區(qū)即可，不僅定位數據快，而且修改的工作量很小。