CN1731376A - 一种基于文件分配表的数据传输装置和传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于文件分配表的数据传输装置和传输方法。包括数据结构创建模块、写入数据计数模块、数据读写模块。当从端设备在与主端设备连接时，从端设备的数据结构创建模块在其存储器中创建参数块的部分数据结构，并规定所有创建数据区的起始位置和结束位置地址；从端设备的写入数据计数模块记录最大的写入扇区的编号；当主端设备与从端设备断开时，数据读写模块根据数据区的起始位置与所记录的写入统计变量来确定其读数据的地址范围；读数据。本发明的文件系统由设备本身的内部程序创建，用户无需安装任何驱动程序，设备单个文件传送更方便，适用广泛、使用方便、容易开发，执行代码占用存储器空间较少。

Description

一种基于文件分配表的数据传输装置和传输方法

技术领域

本发明属于在计算机与外围设备之间文件传输技术领域，尤其是一种基于文件分配表文件系统的数据传输装置和传输方法，通过实现简单定制的文件分配表(FAT)文件系统来获取从其它设备传输过来的数据资料，基于通用串行总线架构(USB)技术、大容量存储技术(Mass Storage)协议和FAT文件系统，实现任意设备间的单个文件传输。

技术背景

在现有技术中，两个设备之间的数据通讯或文件传输通常是通过通用串行总线USB进行的。请参阅图1，图1所示为一个标准的USB文件传输设备构成与文件传送示意图，两个设备通过USB技术进行数据通信。由主端设备控制从端设备，发送命令请求及数据，再由从端设备返回处理后的数据及状态给主端设备。

在现实情况中，绝大部分用户使用视窗(Windows)操作系统，当一个符合USB的大数据量存储(Mass Storage)设备如U盘、移动硬盘等插入计算机的USB连接器上时，Windows系统就会自动检测到该设备，并以文件分配表系统FAT或视窗系列操作系统比如Windows NT、Windows2000、WindowsXP操作系统的专有文件系统NTFS对该设备存储器的数据结构进行格式化，如果已存在FAT或NTFS文件系统就可以对其进行文件级操作。

此时主端设备以Mass Storage协议规定的读写扇区指令向从端设备发送，从端设备解释这些指令后，再向设备内的存储器发出实际的操作指令。MassStorage协议是一种基于USB协议之上对小型计算机系统接口SCSI协议进行封装的USB磁盘操作协议集，实际上，从端设备存储器中的数据是由主端设备的文件系统管理的。

一般存储设备无需内置文件系统对其内部的存储器中的数据进行管理，但仍有需要用该协议传送设备所需数据的其它设备，如MP3播放器、手机等，这时就需要再从端设备中内置文件系统来管理存储器内的数据，以便读写所需的数据。

在图2中，现有技术中一般的文件系统仅仅对存储器内的数据及其结构进行管理，通过下层设备驱动程序模块来读写具体的物理设备。现有技术通过存储设备驱动程序对存储器进行扇区的读写操作，其中包括对参数块数据结构的解析和管理工作、文件分配表的管理工作及根目录/子目录列表的管理工作，其技术内容为：首先通过解释参数块数据，获得文件分配表、根目录列表、数据区的位于存储器的起始位置和容量即结束位置，以及文件系统的相关属性，然后，通过文件分配表与根目录/子目录列表来获得位于数据区的各个目录及文件名称，以及文件的内容，通过根目录列表获得各项子目录和文件的名称及其所在数据区的起始位置，根据起始位置可以读取子目录或文件的第一个扇区的数据内容，通过文件分配表可以获得该文件的后续全部位于数据区的扇区号即地址及其数据内容。图2是一个文件系统的数据结构和关系的图表示意图，右边为数据存储于存储器上的块结构，右图是该结构内部之间的关系，这些数据是存储于从端设备的。

图3显示了一个现有技术文件系统传输流程。首先通过参数解释模块对位于存储器中的参数块结构进行解释以获取其它区域的起始位置和结束位置的地址；然后，通过文件分配表管理模块和文件项管理模块查找并获得所需文件的起始位置；最后，通过文件分配表管理模块与数据程序模块来获得文件的全部内容的位置并将数据读取到存储器指定的位置。

现有技术中的这种文件传输方法存在以下不足之处：1、不利于开发人员开发，开发的时间较长；2、成本较高；3、使用不方便，特别不便于大数据量设备的文件传输。现有技术一般采用串口(Serial Port)、并口(Parallel Port)或通用数据总线(USB)传送数据，其中串口和并口传输速度较慢，并且需要用户使用开发人员特殊编制的程序，这增加了用户使用的难度和开发人员工作量；现有的USB传输有采用大容量存储(Mass Storage)和自己定制的协议两种方式，其中自己定制协议同样需要用户使用开发人员特殊编制的程序，也增加了用户使用的难度和开发人员工作量；现有采用Mass Storage协议的数据传输方法需要实现完整的FAT文件系统，也增加开发人员的开发难度、工作量。

发明内容

为了克服现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于文件分配表文件系统的数据传输装置和传输方法，通过简化的文件分配表(FAT)文件系统来获取其它设备传来的文件数据，基于通用串行总线架构(USB)技术、大容量存储技术(Mass Storage)协议和FAT文件系统，实现任意设备间的单个文件传输。

本发明的另一个目的在于提供一种基于文件分配表文件系统的数据传输装置和传输方法，缩短开发时间，降低生产成本，使使用更加方便。

为完成上述发明目的，本发明采取的总体技术方案为：一种基于文件分配表的数据传输装置，至少包括以下部分：

数据结构创建模块，连接写入数据计数模块，用于在从端设备的存储器中创建参数块及设置部分数据参数、文件分配表、根目录列表和数据区的起始地址：

写入数据计数模块，分别连接数据结构创建模块和数据读写模块，用于对写入的数据进行计数，并将计数结果存储到存储器的写入统计变量表中；

数据读写模块，用于根据由数据结构创建模块指定的数据区起始位置和由数据计数模块指定的最大位置读取数据区的数据。

一种基于文件分配的数据传传输方法，包括以下步骤：

步骤1、当从端设备在与主端设备连接时，从端设备的数据结构创建模块在其存储器中创建参数块的部分数据结构，并规定所有创建数据区的起始位置和结束位置地址；

步骤2、从端设备的写入数据计数模块记录最大的写入扇区的编号；

步骤3、当主端设备与从端设备断开时，数据读写模块根据数据区的起始位置与所记录的写入统计变量来确定其读数据的地址范围；

步骤4、读数据。

所述步骤1中的数据结构参数块数据结构包括每个扇区的容量、每个簇的容量、保留扇区的数量、FAT表数量、目录项的数量、FAT表所占的扇区数量、文件系统管理的总扇区数量、文件系统类型、签名。

所述步骤1中的创建参数块的数据结构进一步包括以下步骤：

步骤11、对从端存储器的总容量、扇区容量、簇容量等基本信息进行定义；

步骤12、根据文件分配表文件系统标准初始化参数块的数据结构，根据基本信息定义，设置扇区大小、每个簇的扇区容量、分拣分配表所占的扇区数量、文件系统管理的总扇区数量，设定其余数据项；

步骤13、创建文件分配表；

步骤14、创建根目录项，对数据区全部数据全部初始化。

所述步骤1中的数据区的起始位置为扇区号，

扇区号＝保留扇区+文件分配表长度+目录项数量×32+扇区大小。

所述步骤2进一步包括以下步骤：

步骤21、写入数据计数模块监视每次写入的扇区号，并将其作为程序的一个变量记入内存；

步骤22、如果该变量已经存于内存，首先判断当前操作的扇区号是否大于存于内存变量的数值，如果大于，则将该数值替换内存变量的数值作为最大写入位置即扇区号，否则重复步骤21。

本发明的方法具有明显的优点和积极效果，本发明不需要由与其连接的主端设备中的程序去创建文件系统，而是由设备本身的内部程序创建，仅仅需要数据结构创建模块、写入数据计数模块和数据读写模块三个简化的基本功能模块，通过简化原文件系统的不必要功能如分配表的管理、格式化的程序，文件和目录项的数据结构管理等，并将原设备驱动程序模块中的USB Mass Storage协议栈内置到文件系统层中，适用于与大多数支持USB技术和FAT文件系统的计算机进行单个文件传输，适用广泛、使用方便、容易开发及执行代码占用存储器空间较少，可以使设备的单个文件传送更方便，最终用户通常无需安装任何驱动程序、应用程序和作任何设置工作便可以快速地向设备传送所需数据，以节约开发时间和存储器成本，无须编写任何驱动和应用程序以及无需内置功能全面的文件系统。因此具有开发时间短、成本低，使用方便等优点。

附图说明

图1为一个标准的USB文件传输设备构成与文件传输示意图；

图2为现有技术文件传输模块示意图；

图3为现有技术文件传输流程图；

图4为本发明的模块构成图；

图5为本发明的主流程图；

图6为本发明的文件数据区起始地址创建示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图来说明本发明的具体实施方式。

请参阅图4，本发明的文件系统采用三个模块实现，其中数据结构创建模块连接写入数据计数模块，用于在从端设备的存储器中创建参数块，创建文件分配表、根目录列表和数据区的起始地址，数据结构创建模块也就是初始化模块，现有技术参数块的数据结构见表1。

本发明的参数块数据结构主要包括每个扇区的容量、每个簇的容量、保留扇区的数量、FAT表数量、目录项的数量、FAT表所占的扇区数量、文件系统管理的总扇区数量、文件系统类型、签名。

表1参数块数据结构表

参数块数据结构的创建方法如下：

初始化数据结构，对从端存储器的基本信息包括总容量、扇区容量、簇容量等进行定义；

创建参数块，根据FAT文件系统的标准初始化参数块的数据结构，根据基本信息定义，设置扇区大小、每个簇的扇区容量、FAT表所占的扇区数量、文件系统管理的总扇区数量，设定其余数据项；

创建文件分配表(FAT)；

创建根目录项，该区全部数据全部置0x0。

写入数据计数模块分别连接数据结构创建模块和数据读写模块，用于对写入的数据进行计数，并将计数结果存储到存储器的写入统计变量表中，数据读写模块，用于根据起始位置和最大位置读取数据区的数据。

数据结构创建模块，省略了现有技术的一些数据结构的字段。请参阅表2发明技术与现有技术对比表，写入数据计数和数据读取模块与现有技术工作方式有明显不同，首先，现有技术读取文件数据的方法是：对目录项进行查找，找到文件数据位于数据区的第一个起始位置，然后根据起始位置，通过FAT表查询其后续数据所在数据区的多个位置，最后根据FAT表查询出来的多个位置挨个将文件数据读出。本发明无需解释目录项和FAT表的数据结构，根据数据创建模块来确定文件数据的起始位置，根据数据计数模块来确定文件数据的最后位置，即可通过数据区读取该文件数据。本发明无须解释目录项和FAT表的工作，主要是对项数据结构进行查找、遍历和一系列的判断操作。

数据结构创建模块的创造性在于：首先该模块的参数块数据结构部分，可以在从端设备的设计中固化在存储器上，而无需对该模块进行创建和初始化；其次，该模块根据固化在存储器上的参数块的字段：FAT表所占的扇区数量、保留扇区的数量、FAT表数量来创建FAT表和目录项。

表2发明技术与现有技术对比表

功能	现有技术	本发明技术
			数据结构的创建	根据总容量、扇区容量、簇容量把表1的全部数据结构字段进行设置，进而创建FAT表和目录项。	根据总容量、扇区容量、簇容量把表的部分数据结构字段进行设置，进而创建FAT表和目录项。或根据已存在与存储器的参数块创建FAT表和目录项。
文件的读取	1.首先解释参数块，获得FAT、目录项的位于存储器的位置。	1、根据数据结构创建模块和数据计数模块，获得所需文件的位于数据区的起始

	2.搜索和遍历目录项数据结构，直至查找到所需文件字段，获得该文件数据的起始位置。3.根据起始位置，遍历FAT表各项，直至获得数据所在数据区的全部位置地址(这些地址可能不是连续的)。4.按照获得的各个地址，逐个读取位于数据区的数据。	与最终位置。2、根据起始和最终位置(连续的)，连续读取数据区的数据。
				现有文件读取方法需要多次寻址，步骤多，执行效率亦不如本案方法。	本案方法仅需一次寻址，步骤简单易于开发，执行效率高。

当主端通过大数据存储(Mass Storage)协议向从端设备写入数据时，数据读写模块启动，写入数据计数模块监视每次写入的扇区号码，并将其作为程序的一个变量记入内存中的写入统计变量表，如果该变量已经存于内存，首先判断当前操作的扇区号码的数值是否大于存于内存变量的数值，如果大于，则将该数值替换内存变量的数值作为最大写入位置即扇区号。当USB连接断开时，数据读写模块通过存于内存中的两个变量即起始位置和最大写入位置读取传入的数据。当用户将从设备至主设备之间的连接断开，包括拔下USB接口/连线，主设备关机/休眠/重新启动时，从端设备可以通过数据结构创建模块的起始位置和写入统计表中的值作为最终位置进行读取数据操作。

请参阅图5、本发明的主流程图，首先，当从端设备与主端设备连接时，从端设备的数据结构创建模块在其存储器中创建一个标准的文件分配表数据结构，并规定所有创建数据区的起始位置和结束位置地址，这由数据结构创建模块创建，创建的内容包括文件分配表、根目录列表和数据区的起始位置地址。

数据区的起始位置计算公式为：

扇区号＝保留扇区+文件分配表长度+目录项数量×32/扇区大小

即：

start_Posttion＝reserve_sect+fats×fat_length+dir_entries×32÷sector_size，

其中，start_Posttion为数据区的起始位置，即扇区号reserve_sect为保留扇区t，fat_length为文件分配表长度，dir_entries为目录项数量，sector_size为扇区大小。

请参阅图6，图6为本发明的文件数据区位置地址创建示意图，这是一个由本发明的方法所创建的位于存储器中的文件系统数据结构实例，0至4扇区用于存放描述文件系统的相关数据区，由参数块指定5号扇区为数据区的起始位置；根据FAT文件系统的写操作惯例，写入以连续扇区写入为优先选择，因此其最后一次写入的19扇区位置与起始位置之间的数据是一个文件的数据，19扇区也是最大的扇区编号。因此5至19扇区为第一个写入文件的所有扇区。分配表、根目录这些描述信息处于数据之前，在0-4扇区，它们用来描述数据区，数据区仅存储文件数据。

然后，从端设备的写入计数模块记录最大的写入扇区的编号，并将编号存储到写计数变量表中。

当主端设备与从端设备断开时，本次数据传输结束，数据读写模块根据数据区的起始位置与所记录的写入统计变量来确定其读取数据的地址范围。

最后，读文件数据。断开后，数据读写模块仅作读数据功能。

本发明的文件系统是一种基于通用数据总线USB的简易文件传输技术，该技术适用于大多数支持USB技术和FAT文件系统的计算机进行单个文件传输。单个文件传输往往用于设备中的特定需求，如设备内固件即软件/驱动更新或其它单个文件的数据传输。本发明方法较其它方法的优点为：适用广泛、应用方便、开发容易，以及执行代码占用存储器空间较少。本发明可以使设备的单个文件传送更方便，最终用户通常无需安装任何驱动程序、应用程序和作任何设置工作便可以快速地向设备传送所需数据。本发明可以节约开发时间，无须编写任何驱动和应用程序以及无需内置功能全面的文件系统，该技术的开发量低于现有方法。该技术同样可以节省生产成本，当设备的存储空间，包括非易失性存储器和易失性存储器是其关键成本时，由于该技术的程序代码量较前现有方法少很多，故可以减少生产成本。本发明通过预先创建主端设备可识别的数据结构，来控制主端设备写入存储器数据的起始位置，通过对主端写入数据指令中的扇区编号进行对比取得写入扇区编号的最大值，确定为结束位置，即可认为起始位置与结束位置之间的数据为一个文件写入的数据。该方法无需解释文件系统的数据结构，即可获得第一个写入的文件数据。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (6)

1、一种基于文件分配表的数据传输装置，其特征在于，该装置至少包括以下部分：

数据结构创建模块，连接写入数据计数模块，用于在从端设备的存储器中创建参数块及设置部分数据参数、文件分配表、根目录列表和数据区的起始地址；

写入数据计数模块，分别连接数据结构创建模块和数据读写模块，用于对写入的数据进行计数，并将计数结果存储到存储器的写入统计变量表中；

数据读写模块，用于根据由数据结构创建模块指定的数据区起始位置和由数据计数模块指定的最大位置读取数据区的数据。

2、一种基于文件分配的数据传输方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、当从端设备在与主端设备连接时，从端设备的数据结构创建模块在其存储器中创建参数块的部分数据结构，并规定所有创建数据区的起始位置和结束位置地址；

步骤2、从端设备的写入数据计数模块记录最大的写入扇区的编号；

步骤3、当主端设备与从端设备断开时，数据读写模块根据数据区的起始位置与所记录的写入统计变量来确定其读数据的地址范围；

步骤4、读数据。

3、根据权利要求2所述的基于文件分配的数据传传输方法，其特征在于，所述步骤1中的数据结构参数块数据结构包括每个扇区的容量、每个簇的容量、保留扇区的数量、文件分配表数量、目录项的数量、文件分配表所占的扇区数量、文件系统管理的总扇区数量、文件系统类型、签名。

4、根据权利要求2所述的基于文件分配的数据传传输方法，其特征在于，所述步骤1中的创建参数块的数据结构进一步包括以下步骤：

步骤11、对从端存储器的总容量、扇区容量、簇容量等基本信息进行定义；

步骤12、根据文件分配表文件系统标准初始化参数块的数据结构，根据基本信息定义，设置扇区大小、每个簇的扇区容量、分拣分配表所占的扇区数量、文件系统管理的总扇区数量，设定其余数据项；

步骤13、创建文件分配表；

步骤14、创建根目录项，对数据区全部数据全部置初始化。

5、根据权利要求2所述的基于文件分配的数据传传输方法，其特征在于，所述步骤1中的数据区的起始位置为扇区号，

扇区号＝保留扇区+文件分配表长度+目录项数量×32/扇区大小。

6、根据权利要求2所述的基于文件分配的数据传传输方法，其特征在于，所述步骤2进一步包括以下步骤：

步骤21、写入数据计数模块监视每次写入的扇区号，并将其作为程序的一个变量记入内存；

步骤22、如果该变量已经存于内存，首先判断当前操作的扇区号是否大于存于内存变量的数值，如果大于，则将该数值替换内存变量的数值作为最大写入位置即扇区号，否则重复步骤21。

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