大容量SD卡在海洋数据存储中的应用

1、大容量sd卡在海洋数据存储中的应用海洋要素测量系统要求数据存储量大、平安性高，采纳可插拔式存储卡是一种不错的挑选。目前，可插拔式存储卡有cf卡、u盘及sd卡。cf卡不能与计算机挺直通信；u盘需要外扩接口芯片才干与通信，增强了形状尺寸及功耗；而sd卡具有耐用、牢靠、平安、容量大、体积小、便于携带和兼容性好等优点，十分适合于测量系统长久的数据存储。本设计用法8 gb的sdhc(high capacity sd memory card，大容量sd存储卡)，为了便利卡上数据在操作系统上的读取，以及数据的进一步分析和处理，在sdhc卡上建立了fat32文件系统。1sd卡接口的硬件设计f103xx增加型系

2、列是公司生产的基于-m3的高性能的32位risc内核，工作频率为72 mhz，内置高速存储器(128 kb的闪存和20 kb的sram)，以及丰盛的增加io端口和衔接到2条apb的外设。stm32f103xx系列工作于-40+105的温度范围，供电为2.03.6 v，与sd卡工作电压兼容，一系列的省电模式可满足低功耗应用的要求。sd卡支持sd模式和spi模式两种通信方式。采纳spi模式时，占用较少的io资源。stm32f103vb包含串行外设spi接口，可便利地与sd卡举行衔接。通过4条信号线即可完成数据的传输，分离是时钟sclk、主机输入从机输出miso、主机输出从机输入mosi和片选cs。

3、stm32f103vb与sd卡卡座的接口1所示。sd卡的最高数据读写速度为10 mbs，接口电压为2.73.6 v，具有9个引脚。sd卡用法卡座代替传输电缆，削减了环境干扰，降低了出错率，而且1对1传输没有分享信道的问题。sd卡在spi模式下各引脚的定义如表1所列。2 sd卡接口的软件设计本设计采纳stm32f103vb自带的串行外设spi接口与sd卡举行通信，这里只介绍spi模式的通信方式。2.1sd卡的读写先对stm32f103vb的spi_crl(spi控制寄存器)以及spi_sr(spi状态寄存器)举行初始化设置，使能spi并用法主机模式；同时设置好时钟，在时钟升高沿锁存数据。spi通

4、道传输的基本单位是字节，由stm32f103vb控制其和sd卡之间的全部通信。要读写sd卡，首先要对其举行初始化。初始化胜利后，即可通过发送相应的读写指令对sd卡举行读写。sd卡的读写流程2所示。2.2 sd1.x与sd2.0标准的识别因为大容量sdhc的浮现，sd1.x满足不了sdhc的容量要求，标准已经升级为sd2.0。但也因此浮现了许多设备无法驱动大容量sd卡的状况，如何识别sd1.x与sd2.0就显得尤为重要。sd2.0的spi模式初始化流程3所示。推断是否为sd2.0卡，cmd8(sd2.0新增的指令)是关键。若卡是sd2.0，则发送cmd8将会返回有效响应；若是sd1.x，则返回非

5、法响应，这样就可以识别sd卡的类型。sd1.x与sd2.0的最大不同在于指令地址的表示。sd1.x的地址单位是字节，而sd2.0的地址单位是扇区，地址仍然采纳32位4个字节来表示。因此在读写操作时应当按照不同的卡对地址举行相应的处理，若是sd1.x则写入字节地址，若为sd2.0则写入扇区地址。3 fat32文件系统目前有3种fat文件系统：fat12、fat16和fat32。它们的区分在于文件分配表(file allocation table，fat)中每一表项的大小(也就是所占的位数)：fat12为12位，fatl6为16位，fat32为32位。本设计挑选fat32文件系统。因为文件存储在硬

6、盘上占用的存储器空间以簇为最小单位，fat32文件系统不适合管理容量低于512 mb的存储器。簇假如太大，存储小文件会铺张大量的存储空间；假如太小，fat表会变大，不便利管理。综合考虑，fat32每簇大小为4 kb。3.1fat32文件系统结构fat32文件系统可以分为以下几部分；保留区(reserved region)，存放fat文件系统的重要参数和引导程序；fat区(fat region)，记录簇(cluster)的用法状况；根名目区(root directory region)，记录根名目信息，fat32文件系统舍弃了这个区，根名目区可以指定为随意一个簇；文件名目数据区(file and

7、 directory data region)，是各种文件数据实际存放的区域。保留区中的bpb表从扇区0偏移11个字节开头，共占25字节。表2是格式化为fat32文件系统的8 gbsd卡首扇区中读出的bpb参数内容。在保留区之后是fat区，存有文件分配表。普通文件系统中有2份文件分配表fat1和fat2，每份fat表占用空间的大小可从bpb表中查得。因为采纳的是sdhc卡和fat32文件系统，紧接在fat区之后的是文件名目数据区，真正意义上的数据从这个区开头，以簇编号，挨次上第1个簇编号为第2簇，此簇通常为fat32根名目所用。fat16从根名目所占的32个扇区之后的第一个扇区开头以簇为单位举

8、行数据处理，这之前仍以扇区为单位。名目与数据是统一放到这个区域的，并且都不是在一个延续的区域内存放。没有任何特别标志来区别哪个簇是名目项，哪个簇是数据项，而是由文件系统从根名目动身通过查找的办法来确定簇的类型。3.2 fat32文件系统实现本文设计的文件系统采纳模块化层次结构，其总体框架4所示。其中，箭头表示调用关系。应用程序是面对用户的，为满足某种功能需求而编写的程序。可以通过调用文件系统提供的api函数对文件和名目举行相应的操作。文件管理和名目管理模块是挺直与应用程序接口的模块，位于囫囵文件系统的最高层。文件管理模块提供全部与文件操作相关的函数，名目管理模块提供全部与名目操作相关的函数。在

9、对文件操作的大多数状况下，文件管理模块需要调用名目管理模块的相关功能。文件分配表管理模块主要用来对文件系统的fat表举行管理，按照系统的哀求对fat表的内容举行相应的修改。文件名目表管理模块主要提供对文件和名目的基本属性信息的管理。这两个模块管理着文件系统的两个重要数据结构，应用程序不能挺直调用它们。缓存模块是为了降低系统拜访sd卡的次数，提高囫囵系统的处理速度而加入的。它用法了部分ram作为缓存来保存一些拜访过的扇区的数据，普通用来加载fat表和fdt表的数据；向sd卡写入数据时，也需要用它加载数据。以上几个模块的操作都建立在底层驱动程序上。底层驱动程序主要是向sd卡读写某个扇区的程序。文件

10、分配表管理模块包含几个处理簇链的函数，如猎取指定簇下一簇簇号(fat_next_clus()、建立簇与指定簇的链接关系(fat_link_clus()、在簇后增强一个空白簇到簇链中(fat_add_clus()和删除指定簇的簇链(fat_del_clus_chain()。文件名目表管理模块包含几个处理文件记下项的函数，如在给定名目下查找文件(fat_find_fdt()、在给定名目下添加文件(fat_add_fdt()和在给定名目下删除文件(fat_delete_fdt()。名目管理模块主要是实现建立、删除名目的操作，包含的函数有按照路径查找名目所在簇(fat_open_dir()、建立名目(fat_make_dir()和删除名目(fat_del_dir()。用户用法文件系统主要是对文件的操作，文件管理模块提供了对文件的创建、修改和删除等操作，包含函数新建文件(file_create()、打开文件(file_open()、读写指针设定(file_seek()、读取文件数据(file_read()、写入文件数据(file_write()、删除文件(file_