1、AT24C512中數(shù)據(jù)的文件系統(tǒng)化管理摘要為方便單片機(jī)對24512中的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)化管理，在介紹24512基本結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，按照機(jī)文件管理的思想實現(xiàn)24512的文件系統(tǒng)，提高數(shù)據(jù)管理的效率。關(guān)鍵詞24512單片機(jī)文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理在由單片機(jī)構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及智能儀器儀表當(dāng)中，往往有大量數(shù)據(jù)要保存。隨著測控系統(tǒng)數(shù)字化的發(fā)展，人們對數(shù)據(jù)存儲提出了更高的要求，因而用于存儲數(shù)據(jù)的存儲器容量也越來越大。但是，在增大數(shù)據(jù)存儲量的同時，人們也希望能更便捷高效地操作其中的數(shù)據(jù)包括瀏覽、添加和刪除等，即像機(jī)上管理數(shù)據(jù)一樣簡單易行。然而，單片機(jī)以及用于保存數(shù)據(jù)的芯片本身并沒有提供這種功能，為此，需要開發(fā)

2、一種用于管理單片機(jī)數(shù)據(jù)的有效方法。本文在吸取機(jī)文件管理思想的基礎(chǔ)上，以24512為例，構(gòu)造了一種類似于文件系統(tǒng)的用于管理單片機(jī)數(shù)據(jù)的方法，大大提高了數(shù)據(jù)操作的效率。124512介紹24512是公司生產(chǎn)的64串行電可擦的可編程存儲器，內(nèi)部有512頁，每一頁為128字節(jié)，任一單元白地址為16位，地址范圍為00000它采用8引腳封裝，具有結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)存儲要求的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因此在測控系統(tǒng)中被大量采用。24512的封裝如圖1所示，各引腳的功能如下0、1地址選擇輸入端。在串行總線結(jié)構(gòu)中，如需連接4個24512芯片，則可用0、1來區(qū)分各

3、芯片。0、1懸空時為0雙向串行數(shù)據(jù)輸入輸出口。用于存儲器與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。串行時鐘輸入。通常在其上升沿將上的數(shù)據(jù)寫入存儲器，而在下降沿從存儲器讀出數(shù)據(jù)并送往寫保護(hù)輸入。此引腳與地相連時，允許寫操作；與相連時，所有的寫存儲器操作被禁止。如果不連，該腳將在芯片內(nèi)部下拉到地。電源。接地。懸空。1 與單片機(jī)接口由于24512沿襲了24系列的接口特性，因此與單片機(jī)的連接也可沿襲傳統(tǒng)方法。一般0、1、接或,、接地單片機(jī)的1口，即可實現(xiàn)單片機(jī)對24512的操作。2 設(shè)備選址在對24512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(jìn)行讀寫。設(shè)備地址字格式如圖2所示。其中10100為固定的5位二進(jìn)制

4、；0、1用于對多個24512加以區(qū)分；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24512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24512發(fā)送設(shè)備地址字并接到應(yīng)答信號后，還需要發(fā)送2個8位地址來選擇要寫數(shù)據(jù)的地址。24512接收到這個地址后會應(yīng)答一個零信號，然后接收8位數(shù)據(jù)進(jìn)來，并再返回一個零應(yīng)答信號。在寫頁方式時，24512可以一次性寫入一頁128字節(jié)。其初始化過程與寫字節(jié)的方法基本相同。不同的是當(dāng)寫入一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，單片機(jī)不發(fā)停止?fàn)顟B(tài)，而是在應(yīng)答信號后接著輸入127個字節(jié)；每一個字節(jié)接收完畢后，24512則照樣輸出一個零應(yīng)答信號。4 讀操作讀操作有當(dāng)前地址讀、隨

5、機(jī)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(shè)備選擇字中的最低位要改成讀而已。在當(dāng)前地址讀操作方式時，內(nèi)部數(shù)據(jù)的地址將保持在最后的讀寫操作地址加1上，直到讀到最后字節(jié)后又回到最開始的位置。而隨機(jī)讀操作之前先要向24512寫入一個字節(jié)地址，然后才能讀。讀串操作既可以是當(dāng)前地址讀，也可以是隨機(jī)地址讀。當(dāng)單片機(jī)接收到一個數(shù)據(jù)字后，會回應(yīng)一個應(yīng)答信號。24512在接收到應(yīng)答信號后會將地址加1,接著輸出下一個字節(jié)。當(dāng)單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)但不送應(yīng)答信號時，讀過程結(jié)束。5 文件系統(tǒng)構(gòu)成為了有效地管理24512中的數(shù)據(jù)，筆者仿效機(jī)中的文件管理機(jī)制，為24512構(gòu)造了一個簡單的文件系統(tǒng)。考慮到測控系統(tǒng)的

6、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。為了管理數(shù)據(jù)方便，把24512的物理空間劃分為1024個邏輯頁，每頁64字節(jié)。按照文件系統(tǒng)的需要，把24512的全部空間劃分為三部分?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)，占用最后的960頁；頁面分配區(qū),占用中間的30頁；目錄區(qū)，占用前面的24頁。1 數(shù)據(jù)區(qū)24512最后面的960頁作為數(shù)據(jù)區(qū)，其序號從0開始編號。該區(qū)作為文件數(shù)據(jù)的存儲區(qū)域，在存放文件數(shù)據(jù)時，從該區(qū)內(nèi)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(shù)據(jù)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30X642記錄項從0開始編號，每一個記錄項對應(yīng)著數(shù)據(jù)區(qū)相應(yīng)頁的使用情況。在實際

7、應(yīng)用中，一個文件的數(shù)據(jù)往往大于64字節(jié)，這樣一個文件的數(shù)據(jù)區(qū)中需占用多個頁。但隨著文件的增刪，數(shù)據(jù)區(qū)的空閑空間出現(xiàn)不連續(xù)的狀況，因而數(shù)據(jù)區(qū)的分配并不能保證連續(xù)，而是根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)區(qū)的使用情況來決定某一部分文件內(nèi)容應(yīng)該放在哪一頁上。為了把這些分散的數(shù)據(jù)有機(jī)連接起來，把記錄項按照鏈表的形式組織起來，每個文件對應(yīng)著一個鏈表，鏈表中每個結(jié)點為一個記錄項，記錄項的內(nèi)容為下一個記錄項的編號，最后一個記錄項的內(nèi)容為0,表示鏈表結(jié)束。把這些記錄項對應(yīng)的頁面連接起來就構(gòu)成了一個文件的完整數(shù)據(jù)。另外，如果記錄項的內(nèi)容為0,表示其對應(yīng)的數(shù)據(jù)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(jù)這些信息可以知道文件名、

8、文件生成的日期以及文件的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)區(qū)中的存儲首地址。文件目錄項的結(jié)構(gòu)如下 文件名。文件名由4字節(jié)雙碼構(gòu)成，在生成該文件時由鍵盤輸入數(shù)字硬件上鍵盤只提供了數(shù)字鍵作為文件名，并由程序自動把它們轉(zhuǎn)換成雙碼。在需要顯示時，再把它們分解成8字節(jié)單碼供顯示。 文件生成日期。占用4字節(jié)，按照雙碼的格式存儲，如20、04,03、20則表示2004年3月20日。日期可由鍵盤輸入或通過時鐘芯片獲取。文件首地址。指示在給該文件分配空間進(jìn)，分配給它的第一個數(shù)據(jù)頁的序號，即它對應(yīng)的鏈表的第一個記錄項的編號。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，最多可存儲15324X6410文件。目錄區(qū)、

9、頁面分配區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)的邏輯關(guān)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(shù)據(jù) 在目錄區(qū)中根據(jù)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2003年11月24日，其首地址為0005 根據(jù)文件的首地址，在頁面分配區(qū)中找到該記錄項0005在該記錄項中存儲的值為0007,可知該文件的下一記錄項為0007 同理，可得到文件的后續(xù)記錄項為0008、0009、000,直到從000記錄項中讀到0此時表示這是最后一項，不需再繼續(xù)找后繼項了。至此，可知文件00000103的數(shù)據(jù)分為5部分存儲在數(shù)據(jù)區(qū)中，分別存儲在0005、0007、0008、0009、000

10、頁中。只要按序到數(shù)據(jù)中讀取這些中的數(shù)據(jù)，并連接起來，就形成了該文件的全部數(shù)據(jù)。同理，文件00000001在數(shù)據(jù)區(qū)中使用了0002和0003兩頁，文件00015671只使用了數(shù)據(jù)區(qū)第000頁。3系統(tǒng)程序設(shè)計按照上述的文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可通過目錄區(qū)和頁面分配區(qū)對24512的全部數(shù)據(jù)實時文件化管理。在管理過程中，最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 在目錄區(qū)中尋找空位置。若目錄區(qū)已經(jīng)存滿最多存153個文件，則向用戶報告并中止程序；否則，記錄該位置記為。 計算文件數(shù)據(jù)需占用的頁面數(shù)，記為 在頁面分配區(qū)中尋找并統(tǒng)計標(biāo)志為空的記錄項，其內(nèi)容為

11、0若其數(shù)目小于,則向用戶報告，并中止程序。 在位置填寫文件名和日期，并把找到的第一個空記錄項的序號填入，作為該文件的首地址。 依次在找到的空記錄項內(nèi)填入下一空記錄項的序號，最后一個空記錄項填入0 從文件首地址開始，按照文件鏈表依次把數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)區(qū)相應(yīng)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。 在目錄區(qū)中尋找到該文件，提取出其首地址，記錄隨后，把該文件所占用的目錄區(qū)的首字節(jié)清為0,表示該目錄項空閑。 在頁面分配區(qū)中找到記錄項，撮出其內(nèi)容，記為隨后，把記錄項的內(nèi)容改寫為0=,重復(fù)，直至=0圖3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，

12、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(shù)據(jù)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24512按照前面所述的格式進(jìn)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 把目錄區(qū)全部寫為0,以清空目錄區(qū)中所有數(shù)據(jù)； 把頁面分配區(qū)的所有記錄項寫為0,標(biāo)志它們?nèi)课词褂?。注文件系統(tǒng)程序源代碼見網(wǎng)站在大多數(shù)系統(tǒng)中，24512中的數(shù)據(jù)存儲都是要用順序存儲法每次存儲數(shù)據(jù)時都是按照先后順序依次寫入數(shù)據(jù)空間。本文所述方法與順序存儲法相比，具有下列優(yōu)點 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(jīng)存儲的數(shù)據(jù)，直到找到空閑空間為止，數(shù)據(jù)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。 刪除數(shù)據(jù)簡單。在順序存儲中，為了定位到需要刪除的數(shù)據(jù)，必須逐次讀出存儲的數(shù)據(jù)，直到找到需要刪除物數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)快，而且修改的工作量很小。 實現(xiàn)了數(shù)據(jù)空間的回收。順序存儲法中，在刪除的某次數(shù)據(jù)后，該數(shù)據(jù)所占用的空間可能無法回收使用。因為回收的空間會形成碎片該空間前后都存儲有數(shù)據(jù)，但該空間的長度無法滿足一個更大長度的數(shù)據(jù)。本文所述方法利用鏈表分配存儲空間，允