摘要：設計并實現了基于DSP視頻處理系統的CF卡FAT文件系統。該系統能在DM642平臺上，以CF卡為存儲介質對視頻數據進行實時存儲，存儲格式為FAT16文件系統；并與PC機兼容通過PC機對寫入CF卡的視頻文件進行各種基本操作。
關鍵詞：DSP視頻系統；CF卡；FAT16文件系統；實時存儲

0 引言
    隨著DSP系統在視頻處理領域中越來越廣泛的應用，其應用功能也在拓展。視頻存儲是DSP系統中不可或缺的功能，如何對經過處理后的視頻數據進行靈活的存儲是目前DSP系統應用開發領域面臨的問題之一。
    在存儲介質的選擇中，CF卡以其容量大、功耗低、體積小等優點成為目前主流的存儲介質之一，被廣泛應用于數據采集等領域。為了能方便地在CF卡上進行數據存儲，需要在DSP系統中設計CF卡上的FAT文件系統。當DSP系統應用于視頻處理時，視頻處理是以幀為單位的，需要對每幀數據進行實時存儲。這就要求更復雜的FAT文件系統設計。
    本文在DM642視頻處理系統上，以CCS為開發平臺，對經過壓縮后的視頻數據利用線程間SCOM通信，實時地存儲到CF卡中，存儲格式采用FAT16文件系統，并實現與PC機操作的兼容。

1 DSP視頻系統CF卡FAT文件系統設計
1．1 DSP系統模塊框架
    本文所涉及到的DSP視頻處理系統的框架示意圖如圖1所示。

    攝像頭采集視頻，通過DS進行各種處理，壓縮編碼后，存儲到CF卡中。系統軟件構架包括視頻采集線程、視頻處理線程、視頻壓縮編碼線程、CF卡讀／寫線程、視頻壓縮解碼線程、視頻顯示線程。
1．2 FAT文件系統
    FAT16文件系統包括DBR(DOS BOOT RECORD)扇區、FAT表和FAT表備份、根目錄和數據區。DBK扇區是引導記錄區，占用分區的第0個扇區，512個字節。根目錄用于存儲文件的目錄項。FAT文件系統在存儲文件時將數據區以簇為單位劃分，簇大小由數據區大小決定。文件在數據區的存儲情況都會在FAT表中體現出來。FAT表偏移位置對應了數據區中的所有簇的序號，起始簇號是2。若一個文件占用了若干個簇，被占用的簇的序號對應的FAT表的位置會做出相應的標識。
1．3 SCOM通信
    SCOM通信是RF5結構中線程之間數據通信的方式。RF5結構包含了四個處理部件：標準算法、單元、通道、和線程。這四個部件位于不同的層次，處理部件之間可以進行數據的通信。RF5中的數據通信包括線程級通信和單元級通信。其通信機理為使用結構體進行信息傳遞。
    線程級通信中就利用SCOM通信來實現，即發送SCOM消息。SCOM消息是用戶定義的一個數據結構，用于任務之間交換信息。為實現信息傳遞，某個任務申請一定大小的數據緩沖區，以供其他任務讀／寫數據。
1．4 FAT16文件系統設計
    針對圖1中DSP視頻處理系統系統，本文設計了基本的文件操作：
   
    格式化分為以下幾個步驟：
    (1)寫DBR扇區。將DBR扇區設在CF卡的起始位置。在DBR扇區中的內容如表1所示。

    在BPB塊中，有兩個比較重要的字段，每簇扇區數m和每FAT扇區數n，偏移位置分別為0x0D和0x16。這兩個字段由CF卡的容量所決定的。本文中的CF卡容量為2G，m為128，n為128。
    (2)初始化FAT表和FAT2表。FAT表的起始標識符是0xFFF8，在格式化后，其對應各個簇號的有效內容都為0，FAT2表作相同的處理。
    (3)初始化根目錄表。只需全部寫入0。
    初始化成功后，返回值為0，否則為-1。
    FAT_getfileinfo函數用于獲取文件的目錄項，參數是文件名和指向目錄項的指針。執行此函數，第二個參數pfdt指向的結構體存放文件對應的目錄項。若文件名存在，函數返回目錄項在根目錄表的索引位置，若不存在或已刪除，返回-1。
    FAT_creat函數用于創建新文件，參數是文件名。首先調用FAT_getfileinfo函數，如果返回值不為-1，報錯返回0；申請目錄項空間，如果查找的范圍超出了根目錄表，報錯返回；申請成功后，對新建目錄項進行初始化。
    FAT_read函數用于讀取CF卡中的視頻文件，參數為文件名。讀取文件時系統的有效線程有CF卡讀線程、解碼線程、顯示線程。所以利用SCOM進行線程間通信時，不需要考慮CF卡的讀線程的上游線程同步，向壓縮編碼線程發送NULL消息即可。
    視頻數據在線程之間的傳遞是以幀為單位的，所以在進行讀文件時也是按幀讀取。而在FAT文件系統中，文件在數據區的存儲又是按簇進行的，所以需要對視頻數據的存儲情況進行考慮。
    經過壓縮的圖像幀包括幀頭信息和幀數據。幀頭信息包括幀大小和對應的時間信息，占用一個扇區。圖像幀的存儲有圖2所示幾種情況。
    圖2(a)表示幀在簇內存儲；圖2(b)表示幀在簇內，但是幀尾也是簇尾；圖2(c)表示幀跨簇存儲，只有部分幀數據在下一簇；圖2(d)表示圖像幀跨簇存儲且只有幀頭在本簇。對這三種情況，要做不同的處理。

    FAT_read函數的具體操作步驟如下：
    (1)調用FAT_getfileinfo函數判斷文件是否存在，并獲取文件的目錄項信息。
    (2)讀取FAT表，并通過FAT表和目錄項中的起始簇號計算文件在數據區的偏移位置。
    (3)用剩余文件長度作為循環條件重復執行以下操作。
    讀取幀頭信息，確定幀數據占的扇區數，并通過本簇已讀扇區判斷幀存儲情況。參照圖2，若是情況(a)，則在讀幀頭和幀數據時都不需要更新；若是情況(b)，則在讀完此幀數據后更新簇號；若是情況(c)，則在讀幀數據時更新簇號；如果是情況(d)，則在讀取幀頭后就立即更新簇號。保存幀頭的時間和長度信息，和幀數據信息利用SCOM通信一并發送至解碼線程。語句如下，
    MsgWork．bufChannel=FRAME_BUF；／／對SCOM消息賦值
    SCOM_putMsg(fromWorktoEnc,NULL)；／／向上游線程發送同步信息
    SCOM putMsg(fromWorktoDec,&MsgWork)；／／向下游線程發送SCOM消息
    SCOM_getMsg(fromDectoWork，SYS_FOREVER)；／／等待接受下游線程同步消息
    FAT_write為寫文件函數，參數為文件名和寫命令。寫命令為TRUE時，實現文件拼接，為FALSE時，實現文件覆蓋。寫文件時，系統中的線程全為有效線程，所以在線程通信和同步時需要同時考慮上下游線程。
    (1)讀取文件的目錄項信息，獲得其長度，起始簇號等信息，通過簇鏈找到文件已寫到的較后一個簇號。并利用文件長度信息，計算出較后一簇已寫的扇區數。若writen_seetnum為0，則需要尋找下一個未占用的簇。
    (2)利用SCOM通信獲取編碼線程發送過來的幀頭信息和幀數據，將其寫入CF卡，按照圖2所示的4種情況進行處理。與讀文件不同的是，在更新簇號時需要尋找未占用簇。
    (3)寫完此幀數據后，通過SCOM通信向解碼線程發送數據消息，并更新目錄項和FAT表及FAT2表。
    (4)重復以上步驟。寫完所有的圖像幀后，將更新后的目錄項FAT表及FAT2表寫入CF卡相應位置。
    若要實現文件覆蓋，在寫文件之前調用FAT_delete函數將文件刪除，然后再重新創建寫入即可。
    FAT_delete函數首先調用FAT_getfileinfo函數判斷文件是否存在，若存在則獲取文件的目錄項及其索引位置。將FAT表中的簇鏈清除，并將目錄項中文件名的第一個字符值置為0xe5，表示已刪除。

2 實驗結果與結論
    CF卡FAT文件系統的設計功能分別在DM642平臺和Windows操作系統中得到了驗證。在DM642視頻處理平臺上，可對文件進行各種操作，包括格式化CF卡，創建新的空文件，寫入視頻文件，包括以拼接方式寫文件和以覆蓋方式寫文件，刪除文件。
    在DM642平臺上寫入4個視頻文件到CF卡，視頻文件經過H．264格式壓縮，每個文件寫入200幀。將CF卡通過讀卡器與PC機連接，可在PC機中查看到文件并進行各種操作，如刪除、移動、復制等。
    圖3是CF卡在Windows系統中視頻文件的查看。

    圖4為WinHex工具下查看的CF文件系統信息內容，可以查看到CF卡中的內容存放形式以及各個部分的起始位置以及占用空間大小。

    實驗結果表明，本文設計的FAT文件系統能成功地運用在DSP視頻處理平臺上。通過該系統，可對視頻數據進行FAT文件格式的實時存儲。此系統設計方案還可應用于一相關存儲設備(如SD卡)和實時系統。