AT24C512中數據的文件系統化管理

摘要：為方便單片機對AT24C512中的數據進行系統化管理，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，提高數據管理的效率。
關鍵詞：AT24C512 單片機 文件系統 數據管理
引 言

1 AT24C512介紹
　　AT24C512是Atmel公司生產的64KB串列電可擦的可編程存儲器，內部有512頁，每一頁為128位元組，任一單元的地址為16位，地址範圍為0000~0FFFFH。它採用8引腳封裝，具有結構緊湊、存儲容量大等特點，可以在2線匯流排上並接4片晶元，特別適用於具有大容量數據存儲要求的數據採集系統，因此在測控系統中被大量採用。
　　AT24C512的封裝如圖1所示，各引腳的功能如下[2]：
　　　　　　　　　　　　　　

① A0、A1——地址選擇輸入端。在串列匯流排結構中，如需連接4個AT24C512晶元，則可用A0、A1來區分各晶元。A0、A1懸空時為0。
② SDA——雙向串列數據輸入輸出口。用於存儲器與單片機之間的數據交換。
③ SCL——串列時鐘輸入。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並送往SDA。
④ WP——防寫輸入。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，該腳將在晶元內部下拉到地。
⑤ VCC——電源。
GND接地。NC懸空。
(1)與單片機介面
　　由於AT24C512沿襲了AT24C系列的介面特性，因此與單片機的連接也可沿襲傳統方法。一般A0、A1、WP接VCC或GND，SCL、SDA接到單片機的P1口，即可實現單片機對AT24C512的操作。
(2)設備選址
　　在對AT24C512開始操作前，需要先發一個8位的地址字來選擇晶元以進行讀寫。設備地址字格式如圖2所示。其中“10100”為固定的5位二進位；A0、A1用於對多個AT24C512加以區分；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的寫操作有寫位元組和寫頁兩種方式。寫位元組時通常在向AT24C512發送設備地址字並接到應答信號后，還需要發送2個8位地址來選擇要寫數據的地址。AT24C512接收到這個地址後會應答一個零信號，然後接收8位數據進來，並再返回一個零應答信號。
　　在寫頁方式時，AT24C512可以一次性寫入一頁128位元組。其初始化過程與寫位元組的方法基本相同。不同的是：當寫入一個數據位元組后，單片機不發停止狀態，而是在應答信號後接著輸入127個位元組；每一個位元組接收完畢后，AT24C512則照樣輸出一個零應答信號。
(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最低位要改成讀而已。在當前地址讀操作方式時，內部數據的地址將保持在最後的讀寫操作地址加1上，直到讀到最後位元組后又回到最開始的位置。而隨機讀操作之前先要向AT24C512寫入一個位元組地址，然後才能讀。讀串操作既可以是當前地址讀，也可以是隨機地址讀。當單片機接收到一個數據字后，會回應一個應答信號。AT24C512在接收到應答信號後會將地址加1，接著輸出下一個位元組。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。考慮到測控系統的實時性要求和硬體資源的有限性，採用了二級樹形目錄組織[3]。
　　為了管理數據方便，把AT24C512的物理空間劃分為1024個邏輯頁，每頁64位元組。按照文件系統的需要，把AT24C512的全部空間劃分為三部分：數據區，佔用最後的960頁；頁面分配區，佔用中間的30頁；目錄區，佔用前面的24頁。
(1)數據區
　　AT24C512最後面的960頁作為數據區，其序號從0開始編號。該區作為文件數據的存儲區域，在存放文件數據時，從該區內分配若干頁，每次存儲一頁。
(2)頁面分配區
　　頁面分配區記錄了數據區每一頁的分配情況。該區中每2位元組組成一個記錄項，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相應頁的使用情況。
　　在實際應用中，一個文件的數據往往大於64位元組，這樣一個文件在數據區中需佔用多個頁。但隨著文件的增刪，數據區的空閑空間出現不連續的狀況，因而數據區的分砰哀不能保證連續，而是根據當前數據區的使用情況來決定某一部分文件內容應該放在哪一頁上。為了把這些分散的數據有機連接起來，把記錄項按照鏈表的形式組織起來，每個文件對應著一個鏈表，鏈表中每個結點為一個記錄項，記錄項的內容為下一個記錄項的編號，最後一個記錄項的內容為0FFFFH，表示鏈表結束。把這些記錄項對應的頁面連接起來就構成了一個文件的完整數據。
　　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
　　目錄區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位元組雙BCD碼構成，在生成該文件時由鍵盤輸入數字(硬體上鍵盤只提供了數字鍵)作為文件名，並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位元組單BCD碼供顯示。
② 文件生成日期。佔用4位元組，按照雙BCD碼的格式存儲，如20H、04H，03H、20H則表示2004年3月20日。日期可由鍵盤輸入或通過時鐘晶元獲取。