📚 课程目录第4章 VxWorks dosFs文件系统

4. VxWorks dosFs文件系统

dosFs 是 VxWorks 中最常用的块设备文件系统，它直接兼容 PC 上的 FAT 文件系统，因此 U 盘、CF 卡、SD 卡、ATA 磁盘等介质只要按 FAT 格式化，就能被 VxWorks 直接挂载读写。理解 dosFs 的关键，是先看清 FAT 卷的磁盘布局，再理解挂载时驱动如何把块设备"翻译"成目录树，最后才是目录操作与文件读写的实现路径。

一、FAT12/16/32 的磁盘结构

一个 FAT 卷从第 0 扇区开始，按固定顺序排列若干区域：引导扇区（Boot Sector / BPB）、保留扇区、FAT 表区、根目录区（仅 FAT12/16）、数据区。引导扇区中的 BPB（BIOS Parameter Block）字段决定了后续所有区域的偏移和大小，dosFs 挂载时首先解析的就是它。

关键 BPB 字段包括：BPB_BytsPerSec（每扇区字节数，通常 512）、BPB_SecPerClus（每簇扇区数）、BPB_RsvdSecCnt（保留扇区数）、BPB_NumFATs（FAT 表份数，通常 2）、BPB_RootEntCnt（根目录项数，FAT32 为 0）、BPB_TotSec16/32（总扇区数）、BPB_FATSz16/32（每份 FAT 表扇区数）。FAT32 还额外使用 BPB_RootClus 指定根目录起始簇。

三种 FAT 类型的核心差异在于 FAT 表项宽度和根目录位置：FAT12 每项 12 位，最多寻址 4084 个簇，根目录固定；FAT16 每项 16 位，最多 65524 个簇，根目录固定；FAT32 每项 32 位（实际用低 28 位），簇号上限约 2.68 亿，根目录改为普通簇链，可动态增长。判断依据是簇总数：簇数 < 4085 为 FAT12，< 65525 为 FAT16，否则为 FAT32。

二、挂载流程：从块设备到目录树

dosFs 挂载的本质，是把一个块设备（如 /ata0、/sd0）与一个挂载点路径绑定，并读取 BPB 建立内存中的卷结构。典型调用是 dosFsVolFormat 格式化后，用 dosFsMount 或更常用的 dosFsMkfs/dosFsMount 组合完成挂载。实际工程中更常见的是通过 usrFdiskPartCreate 分区后，用 dosFsMount 挂载指定分区。

挂载过程可分为四步：第一步，打开块设备，读取第 0 扇区，校验签名 0x55AA；第二步，解析 BPB，计算 FAT 表起始扇区、根目录起始扇区、数据区起始扇区；第三步，读取 FAT 表首项，判断 FAT 类型（FAT12/16/32），并校验 BPB_TotSec 与设备实际容量是否一致；第四步，分配卷描述符，注册到 dosFs 的卷链表中，返回挂载点路径。若任一步失败，dosFsMount 返回 NULL，可用 errno 判断具体原因，如 S_dosFsLib_UNSUPPORTED 表示 FAT 类型不支持，S_dosFsLib_INVALID_BPB 表示 BPB 非法。

/* 典型挂载示例：将 ATA 磁盘 0 的 0 号分区挂载到 /fat0 */
STATUS st;
st = dosFsMount("/ata0", "/fat0", 0, 0);
if (st != OK) {
    printf("mount failed, errno = %d\n", errno);
} else {
    printf("mounted at /fat0\n");
}

挂载成功后，/fat0 就成为 dosFs 卷的根目录，后续所有 open、read、write、mkdir 等操作都通过 VxWorks 的 IO 系统转发到 dosFs 驱动。注意：dosFs 挂载点必须是一个空目录，且同一块设备不能被重复挂载到不同路径。

三、目录操作实现

dosFs 的目录操作遵循 VxWorks 标准 IO 接口，但底层实现与 FAT 目录项紧密相关。创建目录用 mkdir，删除空目录用 rmdir，切换目录用 chdir，获取当前目录用 getcwd。目录项在磁盘上占 32 字节，包含 8.3 短文件名、属性字节、起始簇号、文件大小等字段。长文件名（LFN）通过多个目录项拼接实现，dosFs 支持 LFN 读写。

目录遍历通常用 opendir/readdir/closedir 组合。例如列出 /fat0 下所有文件：

DIR *dir = opendir("/fat0");
struct dirent *ent;
while ((ent = readdir(dir)) != NULL) {
    printf("%s\n", ent->d_name);
}
closedir(dir);

需要注意，readdir 返回的 d_name 是当前目录项的名字，不包含路径；若要获取完整路径，需自行拼接。删除目录前必须确保目录为空，否则 rmdir 返回 ERROR。

四、文件读写实现

文件读写是 dosFs 最核心的功能。打开文件用 open，返回文件描述符；读用 read，写用 write，定位用 lseek，关闭用 close。dosFs 内部维护文件描述符表，每个描述符记录当前读写偏移、文件起始簇、当前簇号、簇内偏移等状态。

写文件时，dosFs 按簇分配空间：若当前簇写满，则从 FAT 表中查找空闲簇，将其链接到当前簇链尾部，并更新 FAT 表。若文件需要扩展但磁盘无空闲簇，write 返回 -1，errno 为 ENOSPC。读文件时，dosFs 根据偏移计算簇号和簇内偏移，从数据区读取对应扇区，若跨簇则沿 FAT 链跳转到下一簇。

/* 文件读写示例：写入并回读 */
int fd = open("/fat0/test.txt", O_CREAT | O_RDWR, 0666);
if (fd < 0) { printf("open fail\n"); return; }

char *msg = "VxWorks dosFs test";
write(fd, msg, strlen(msg));

lseek(fd, 0, SEEK_SET);          /* 回到文件头 */
char buf[64] = {0};
int n = read(fd, buf, sizeof(buf) - 1);
printf("read %d bytes: %s\n", n, buf);
close(fd);

实际调试中，常见问题包括：写入后未 close 导致 FAT 表未同步、lseek 偏移越界、跨簇读写时簇链断裂等。建议每次写操作后调用 close 或 fsync 确保数据落盘；若需检查文件系统一致性，可用 dosFsCheck 工具扫描 FAT 表和目录项。

实践提示：挂载前先用 dosFsVolFormat 格式化，或确认介质已在 PC 上格式化为 FAT16/FAT32。挂载点目录必须存在且为空，否则挂载失败。读写大文件时，建议按簇大小（通常 4KB~32KB）对齐操作，减少 FAT 表跳转次数。

注意：dosFs 不提供日志功能，掉电或异常复位可能导致 FAT 表与目录项不一致。工程中应避免在写操作过程中断电，必要时使用 dosFsCheck 修复，或改用带日志的文件系统（如 TrueFFS、HRFS）。

总结来说，dosFs 的 FAT12/16/32 结构决定了磁盘寻址方式，挂载流程完成块设备到目录树的映射，目录操作和文件读写则通过标准 IO 接口调用底层 FAT 簇链管理。掌握这三层关系，就能在 VxWorks 中稳定地使用 U 盘、CF 卡等 FAT 介质进行数据存储与交换。