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

　　在由單片機構成的數據采集系統及智能儀器儀表當中，往往有大量數據要保存。隨著測控系統數字化的發展，人們對數據存儲提出了更高的要求，因而用于存儲數據的存儲器容量也越來越大。但是，在增大數據存儲量的同時，人們也希望能更便捷高效地操作其中的數據（包括瀏覽、添加和刪除等），即像PC機上管理數據一樣簡單易行。然而，單片機以及用于保存數據的芯片本身并沒有提供這種功能，為此，需要開發一種用于管理單片機數據的有效方法。本文在吸取PC機文件管理思想的基礎上，以AT24C512為例，構造了一種類似于文件系統的用于管理單片機數據的方法，大大提高了數據操作的效率。

1 AT24C512介紹

　　AT24C512是Atmel公司生產的64KB串行電可擦的可編程存儲器，內部有512頁，每一頁為128字節，任一單元的地址為16位，地址范圍為0000～0FFFFH。它采用8引腳封裝，具有結構緊湊、存儲容量大等特點，可以在2線總線上并接4片芯片，特別適用于具有大容量數據存儲要求的數據采集系統，因此在測控系統中被大量采用。

　　AT24C512的封裝如圖1所示，各引腳的功能如下：

　　①A0、A1——地址選擇輸入端。在串行總線結構中，如需連接4個AT24C512芯片，則可用A0、A1來區分各芯片。A0、A1懸空時為0。

　　②SDA——雙向串行數據輸入輸出口。用于存儲器與單片機之間的數據交換。

　　③SCL——串行時鐘輸入。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并送往SDA。

　　④WP——寫保護輸入。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，該腳將在芯片內部下拉到地。

　　⑤VCC——電源。

　　GND接地。NC懸空。

（1）與單片機接口

　　由于AT24C512沿襲了AT24C系列的接口特性，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接地單片機的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位的地址字來選擇芯片以進行讀寫。設備地址字格式如圖2所示。其中“10100”為固定的5位二進制；A0、A1用于對多個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的寫操作有寫字節和寫頁兩種方式。寫字節時通常在向AT24C512發送設備地址字并接到應答信號后，還需要發送2個8位地址來選擇要寫數據的地址。AT24C512接收到這個地址后會應答一個零信號，然后接收8位數據進來，并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字節。其初始化過程與寫字節的方法基本相同。不同的是：當寫入一個數據字節后，單片機不發停止狀態，而是在應答信號后接著輸入127個字節；每一個字節接收完畢后，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后的讀寫操作地址加1上，直到讀到最后字節后又回到最開始的位置。而隨機讀操作之前先要向AT24C512寫入一個字節地址，然后才能讀。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在接收到應答信號后會將地址加1，接著輸出下一個字節。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件資源的有限性，采用了二級樹形目錄組織。

　　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字節。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，占用最后的960頁；頁面分配區，占用中間的30頁；目錄區，占用前面的24頁。

（1） 數據區

　　AT24C512最后面的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字節組成一個記錄項，共有960個記錄項（30