CN102226893A - 一种嵌入式***中fat文件***修复方法 - Google Patents

Abstract

一种嵌入式***中FAT文件***修复方法，包括以下步骤：1)、检查操作***修改两张FAT表是否一致，如果不一致，使用第一张FAT表来覆盖第二张FAT表；2)遍历FAT文件***所有文件，采用分段读取的方法，在分段读取时记录FAT表段的起始项和结尾项对应在整个FAT表中的顺序号，依此来判断当前读取的簇对对应的FAT项是否在已经读取的FAT表段中，若不在则更新读取到内存中FAT表段和当前内存中FAT表段的起始项和结尾项对应编号；遍历完成后，得到FAT文件***的异常情况；3)按照FAT文件***规范对各个异常情况进行修复。本发明实用性良好、降低复杂度、减少硬件成本、提升修复效果。

Description

一种嵌入式***中FAT文件***修复方法

技术领域

本发明涉及一种嵌入式***中FAT文件***修复方法。

背景技术

FAT文件***以其兼容性好、简单易用等优点而得到广泛应用，已经有越来越多的嵌入式存储设备选择FAT作为其文件***。然而FAT文件***在某些异常情况下的稳定性较差。例如，在***掉电时容易发生FAT文件***完整性受到破坏的现象，而FAT文件***本身缺乏故障预防和故障后的恢复机制。这样就使得使用FAT文件***具有潜在的安全隐患。

FAT文件***稳定性增强的方法分为两种：故障预防和故障后的检测与修复。故障预防采用的手段主要是在硬件***中加入缓存记录每次写入的数据和修改操作***底层文件数据写入规则，以增加FAT文件***稳定性。比如公开号为101634997(申请号为200910111899.3)的中国专利采用增加硬件EEROM和FAT缓存的方式实现掉电时数据备份与恢复，此种方式增加硬件成本而且不能直接应用到已有***中。公开号为1776640(申请号为200510130648.1)的中国专利则是修改操作***底层软件来实现数据同步和防止数据丢失，但是对现有操作***底层软件的改变总是困难且存在风险的。增强FAT文件***稳定性的方法还有一种就是在FAT文件***故障发生后予以检测和修复，此种方案无需改***件和操作***底层文件***读写策略，从实现的复杂度、硬件成本和修复效果考虑都是比较适合于嵌入式***。目前嵌入式***中FAT文件***检测修复方面的研究成果还比较少。

发明内容

为了克服已有的嵌入式***中FAT文件***修复方法的实用性较差、复杂度较大、硬件成本较高、修复效果较差的不足，本发明提供一种实用性良好、降低复杂度、减少硬件成本、提升修复效果的嵌入式***中FAT文件***修复方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种嵌入式***中FAT文件***修复方法，所述修复方法包括以下步骤：

1)、检查嵌入式***中FAT文件***两张FAT表是否一致，如果不一致，使用第一张FAT表来覆盖第二张FAT表；

2)采用自上到下、逐层遍历算法来遍历FAT文件***所有文件，采用分段读取的方法，在分段读取时记录FAT表段的起始项和结尾项对应在整个FAT表中的顺序号，依此来判断当前读取的簇对对应的FAT项是否在已经读取的FAT表段中，若不在则更新读取到内存中FAT表段和当前内存中FAT表段的起始项和结尾项对应编号；在遍历文件过程中检测与修复各种文件***异常。

3)按照FAT文件***规范对各个异常情况进行修复。

进一步，所述步骤2)中，遍历的过程为：首先遍历FAT文件***的根目录所有文件添加到目录树中形成第一层目录节点，再从第一层目录节点开始查找属性为文件夹的文件，遍历其子文件并添加到文件目录树中形成第二层目录节点；当第一层目录节点遍历结束后，再开始遍历第二层文件的子目录，依次类推直到整个文件***的文件全部能够被遍历到。

更进一步，所述步骤2)中，文件簇链信息在FAT表中按照顺序集中排放，FAT表段更新的方法为：当遍历到的簇对应FAT项不在当前内存中FAT表段中时，则以所述FAT项为起始地址读取一段FAT表。

再进一步，一个FAT项对应一个存储簇，一个存储簇又对应1bit的位簇标记，若此簇被使用则对应簇标记位置为1，否则置为0，所述步骤2)中，在收集文件簇链信息时，若是发现簇链中的簇标记位已经被置为1，则说明这个簇已经被使用，出现了存储簇被多次使用的异常情况(包括簇链交叉与簇链循环两种异常)；当整个文件***文件簇链信息遍历结束后，比较FAT表中每一项与位簇标记位每一项，若是某簇对应的FAT项值为非0，但是对应簇标记位为0，则说明出现此簇被非法占用的异常情况。

对于簇链不完整异常(包括文件簇链不完整和文件夹簇链不完整两种异常)进行检测时按照FAT文件***标准遍历文件信息簇链当出现存储簇对应FAT项值为0而非文件结束标志(为0xFFFFFFFF)时就说明文件簇链不完整，修复方法是将簇链中FAT项值为0的FAT项的值重置为结束标志值，强制文件在此处结束并且改变文件属性中文件长度值。文件长度信息异常是指文件属性长度值和簇链长度值不相同。对于此类异常修复方法是以文件属性长度值和簇链长度值较小的为依据，如果文件属性长度小于文件簇链长度则截断簇链，否则改写文件属性长度值。文件夹子目录信息异常是指存储子文件目录信息的首簇缺少“.”(意义是代表此处32Byte是子文件父目录文件属性信息)和“..”(意义是代表此处32Byte是子文件父目录的父目录文件属性信息)这样的标志，导致子目录信息乱码，对于这样的文件夹可以直接将其删除。当对存储设备的基本操作(如read，wirte函数操作)失败时说明已经无法再对存储设备进行修复了，可以得出设备已经损坏的结论。

本发明的技术构思为：(1)依据FAT文件***的文件组织形式，本发明提出了一种从上到下逐层扫描的算法来遍历FAT文件***的存储设备中所有文件。

(2)由于嵌入式***内存资源稀缺而FAT文件***的FAT表占用空间较大，在文件***异常检测与修复过程中需要经常查询FAT表。本发明提出了一种FAT表分段读取方法，每次只读取一定大小的FAT表段到内存，记录这个FAT表段的起始项在整个FAT表中的顺序号(当前内存中的FAT表段最小项编号)和结尾项在整个FAT表中的顺序号(当前内存中的FAT表段最大项编号)。如果需要查询的FAT项不在当前内存中时，则更新读取到内存中FAT表段和当前内存中FAT表段的起始项和结尾项对应的编号。

(3)由于FAT文件***在异常时经常出现存储簇被非法占用或者被多次使用的情况，因此本发明提出了一种基于位簇标记的簇异常检测方法，在扫描存储簇时通过对每个存储簇进行标记来对存储簇的非法占用或者多次使用进行检测。

本发明的有益效果主要表现在：实用性良好、降低复杂度、减少硬件成本、提升修复效果。

附图说明

图1是FAT文件***修复方法框架图。

图2是FAT文件遍历算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1和图2，一种嵌入式***中FAT文件***修复方法，所述修复方法包括以下步骤：

1)、检查嵌入式***中FAT文件***两张FAT表是否一致，如果不一致，使用第一张FAT表来覆盖第二张FAT表；

2)、采用自上到下、逐层遍历算法来遍历FAT文件***所有文件，采用分段读取的方法，在分段读取时记录FAT表段的起始项和结尾项对应在整个FAT表中的顺序号，依此来判断当前读取的簇对对应的FAT项是否在已经读取的FAT表段中，若不在则更新读取到内存中FAT表段和当前内存中FAT表段的起始项和结尾项对应编号；在遍历文件过程中使用基于位簇标记的存储簇异常检测方法检测文件***簇链异常。

3)、按照FAT文件***规范对各个异常情况进行修复。

嵌入***中FAT文件***修复方法框架如图1所示。

在文件遍历之前首先应该保持两张FAT表一致，由于操作***修改两张FAT表(FAT文件***一般包含两张FAT表)是按照先修改第一张FAT表，再修改第二张FAT表的。掉电时可能造成两张FAT表的不一致，这时可以使用第一张FAT表去覆盖第二张FAT表以减小FAT表中簇链的损失。FAT一致性恢复阶段需要依靠FAT表分段读取来判定是否出现FAT表不一致的情况。当出现不一致时需要通过FAT表分段读取的方法对裸设备(例如linux环境下将整个FAT文件的存储设备视作一个可以读写的普通文件，这个文件的内容是按照FAT文件***的格式组织起来的)进行读写操作使用第一张FAT表来覆盖第二张FAT表，以使两张FAT表同步。

在文件遍历算法中需要经常查询FAT表进行文件目录信息定位，这需要使用FAT表分段读取的方法来确保要查询的FAT项在当前内存中。对于目录信息和文件信息所使用的簇要使用位簇标记法进行标记，以对存储簇的异常进行检测。

表1

异常修复依靠文件遍历算法、FAT表分段读取和基于位簇标记的簇异常检测对文件***中所有文件进行检查是否出现了手工FAT文件***掉电实验所复现的文件***异常，如表1所示：

然后按照文献微软公司的FAT文件******对各个异常部分按照规范进行修复。对于簇链不完整异常(包括文件簇链不完整和文件夹簇链不完整两种异常)进行检测时按照FAT文件***标准遍历文件信息簇链当出现存储簇对应FAT项值为0而非文件结束标志(为0xFFFFFFFF)时就说明文件簇链不完整，修复方法是将簇链中FAT项值为0的FAT项的值重置为结束标志值，强制文件在此处结束并且改变文件属性中文件长度值。文件长度信息异常是指文件属性长度值和簇链长度值不相同。对于此类异常修复方法是以文件属性长度值和簇链长度值较小的为依据，如果文件属性长度小于文件簇链长度则截断簇链，否则改写文件属性长度值。文件夹子目录信息异常是指存储子文件目录信息的首簇缺少“.”(意义是代表此处32Byte是子文件父目录文件属性信息)和“..”(意义是代表此处32Byte是子文件父目录的父目录文件属性信息)这样的标志，导致子目录信息乱码，对于这样的文件夹可以直接将其删除。当对存储设备的基本操作(如read，wirte函数操作)失败时说明已经无法再对存储设备进行修复了，可以得出设备已经损坏的结论。

下面对文件遍历算法、FAT表分段读取、基于位簇标记的存储簇异常检测三个主要模块进行详细介绍。

(1)文件遍历算法

从表1中可以发现FAT文件***的异常其实大多数情况就是由于掉电时形成的一些不符合FAT文件***规范(微软FAT文件******)的文件。因此要对FAT文件***进行异常修复就必须能够遍历到FAT文件***中所有文件，再按照FAT文件***规范对遍历到的文件进行表1所示异常的检查与修复。

由于FAT文件***存储文件的架构近似于树状分层结构，且FAT文件***根目录的相对位置固定(位于FAT表之后)，可以首先遍历FAT文件***的根目录所有文件添加到目录树中形成第一层目录节点，再从第一层目录节点开始查找属性为文件夹的文件，遍历其子文件并添加到文件目录树中形成第二层目录节点。当第一层目录节点遍历结束后，再开始遍历第二层文件的子目录，依次类推直到整个文件***的文件全部能够被遍历到。遍历算法流程图如图2所示。

(2)FAT表分段读取

由于在文件***修复的过程中，需要不断查询FAT表来遍历文件目录信息、文件的簇链信息和进行文件信息定位，若是将FAT表全部读出，对于嵌入式***的内存来说几乎是不可能的。例如一张16GB的SD卡它的一张FAT表占用的存储空间大约是7.4MB，若是在两张FAT表一致性恢复阶段需要比较两张FAT表的异同时就需要近15MB的内存。可见如何在嵌入式***内存有限的条件下实现FAT表的读取也是设计修复方法中一个很重要的问题。在本文方案中采用分段读取的方法，并且在分段读取时记录这个FAT表段的起始项在整个FAT表中的顺序号(当前内存中的FAT表段最小项编号)和结尾项在整个FAT表中的顺序号(当前内存中的FAT表段最大项编号)，依此来判断当前读取的簇对应的FAT项是否在已经读取的FAT表段中，若不在则需要更新读取到内存中FAT表段和当前内存中FAT表段的起始项和结尾项对应的编号。段大小的设定与***本身的可用内存有关，不能大于***实际可用内存，否则会造成***无法成功分配内存，也不能太小，否则会造成***频繁更新读取到内存中的FAT表段，影响速度。内存中FAT表段的具体更新方法为：当遍历到的簇对应的FAT项对应编号不在当前内存中FAT表段范围内时，则以这个FAT项为起始地址读取一段FAT表。由于文件簇链信息一般在FAT表中按照顺序集中排放，这样就可以极大限度的增加命中概率，减少内存中FAT表段的更新次数，提高性能和效率。

(3)基于位簇标记的存储簇异常检测

本模块的主要功能是存储簇异常检测。在文件***修复中必须对每一个簇单元是否被使用进行标记。本模块使用1bit表示一个簇是否被文件使用，若此簇被使用则对应簇标记位置为1，否则置为0。使用1bit来标记存储簇使用状态的方法占用内存极少，其中存储簇标记所占用的内存M_bit与FAT表大小M_fat关系为：

$M_{\mathrm{bit}}=\frac{M_{\mathrm{fat}}}{32}---\left(1\right)$

在FAT文件***中一个FAT项用4Byte表示，一个FAT项对应一个存储簇，一个存储簇又对应1bit的位簇标记，这三者都是按照顺序对应起来的，FAT表中第N个FAT项、第N个存储簇和第N个位簇标记位这三者是相互对应的。基于位簇标记的存储簇异常检测包括以下两方面功能：

(a)在收集文件簇链信息时，若是发现簇链中的簇标记位已经被置为1，则说明这个簇已经被使用，出现了存储簇被多次使用的情况(包括簇链循环和簇链交叉两种文件***异常)，这种情况属于文件***文件异常，需要将这些文件从被多次使用的存储簇这里截断，即文件簇链到此结束。

(b)在整个文件***文件簇链信息遍历结束后，比较FAT表中每一项与位簇标记位每一项，若是某簇对应的FAT项值为非0(已占用)，但是对应簇标记位为0，则说明此簇是被非法占用的，可以将这样的簇进行释放(将簇对应的FAT项置为0)，以增大可用的存储空间。

尽管已经示出并描述了本发明的实施例，但本领域的技术人员应该理解，在未背离发明精神和原理的情况下，在所附权利要求及其等效物限定的范围内，可以对这些实例做各种改变。

Claims (4)

1.一种嵌入式***中FAT文件***修复方法，其特征在于：所述修复方法包括以下步骤：

(1)、检查嵌入式***中FAT文件***的两张FAT表是否一致，如果不一致，使用第一张FAT表来覆盖第二张FAT表；

(2)、采用自上到下、逐层遍历算法来遍历FAT文件***中所有文件；采用分段读取的方法，在分段读取时记录FAT表段的起始项和结尾项在整个FAT表中的顺序号，依此来判断当前读取的簇对应的FAT项是否在已经读取的FAT表段中，若不在则更新读取到内存中FAT表段和当前内存中FAT表段的起始项和结尾项对应顺序号；

(3)、按照FAT文件***规范对各个异常情况进行修复。

2.如权利要求1所述的嵌入式***中FAT文件***修复方法，其特征在于：所述步骤(2)中，遍历的过程为：首先遍历FAT文件***的根目录所有文件添加到目录树中形成第一层目录节点，再从第一层目录节点开始查找属性为文件夹的文件，遍历其子文件并添加到文件目录树中形成第二层目录节点；当第一层目录节点遍历结束后，再开始遍历第二层文件的子目录，依次类推直到整个文件***的文件全部能够被遍历到。

3.如权利要求1所述的嵌入式***中FAT文件***修复方法，其特征在于：所述步骤(2)中，文件簇链信息在FAT表中按照顺序集中排放，FAT表段更新的方法为：当遍历到的簇对应FAT项不在当前内存中FAT表段中时，则以所述FAT项为起始地址读取一段FAT表。

4.如权利要求1或3所述的嵌入式***中FAT文件***修复方法，其特征在于：一个FAT项对应一个存储簇，一个存储簇又对应1bit的位簇标记，若此簇被使用则对应簇标记位置为1，否则置为0，所述步骤(2)中，使用基于位簇标记的存储簇异常检测方法，在收集文件簇链信息时，若是发现簇链中的簇标记位已经被置为1，则说明这个簇已经被使用，出现了存储簇被多次使用的异常情况；当整个文件***文件簇链信息遍历结束后，比较FAT表中每一项与位簇标记位每一项，若是某簇对应的FAT项值为非0，但是对应簇标记位为0，则说明出现存储簇被非法占用的异常情况。

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