摘要：設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于DSP視頻處理系統(tǒng)的CF卡FAT文件系統(tǒng)。該系統(tǒng)能在DM642平臺上,，以CF卡為存儲介質(zhì)對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時存儲,，存儲格式為FAT16文件系統(tǒng)；并與PC機(jī)兼容通過PC機(jī)對寫入CF卡的視頻文件進(jìn)行各種基本操作,。
關(guān)鍵詞：DSP視頻系統(tǒng),；CF卡；FAT16文件系統(tǒng),；實(shí)時存儲

0 引言
    隨著DSP系統(tǒng)在視頻處理領(lǐng)域中越來越廣泛的應(yīng)用,，其應(yīng)用功能也在拓展。視頻存儲是DSP系統(tǒng)中不可或缺的功能,，如何對經(jīng)過處理后的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行靈活的存儲是目前DSP系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域面臨的問題之一,。
    在存儲介質(zhì)的選擇中，CF卡以其容量大,、功耗低,、體積小等優(yōu)點(diǎn)成為目前主流的存儲介質(zhì)之一，被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域,。為了能方便地在CF卡上進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲,，需要在DSP系統(tǒng)中設(shè)計(jì)CF卡上的FAT文件系統(tǒng)。當(dāng)DSP系統(tǒng)應(yīng)用于視頻處理時,，視頻處理是以幀為單位的,，需要對每幀數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時存儲。這就要求更復(fù)雜的FAT文件系統(tǒng)設(shè)計(jì),。
    本文在DM642視頻處理系統(tǒng)上,，以CCS為開發(fā)平臺，對經(jīng)過壓縮后的視頻數(shù)據(jù)利用線程間SCOM通信,，實(shí)時地存儲到CF卡中,，存儲格式采用FAT16文件系統(tǒng),，并實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)操作的兼容。

1 DSP視頻系統(tǒng)CF卡FAT文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1．1 DSP系統(tǒng)模塊框架
    本文所涉及到的DSP視頻處理系統(tǒng)的框架示意圖如圖1所示,。

    攝像頭采集視頻,，通過DS進(jìn)行各種處理，壓縮編碼后,，存儲到CF卡中,。系統(tǒng)軟件構(gòu)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(tǒng)
    FAT16文件系統(tǒng)包括DBR(DOS BOOT RECORD)扇區(qū)、FAT表和FAT表備份,、根目錄和數(shù)據(jù)區(qū),。DBK扇區(qū)是引導(dǎo)記錄區(qū)，占用分區(qū)的第0個扇區(qū),，512個字節(jié),。根目錄用于存儲文件的目錄項(xiàng)。FAT文件系統(tǒng)在存儲文件時將數(shù)據(jù)區(qū)以簇為單位劃分,，簇大小由數(shù)據(jù)區(qū)大小決定,。文件在數(shù)據(jù)區(qū)的存儲情況都會在FAT表中體現(xiàn)出來。FAT表偏移位置對應(yīng)了數(shù)據(jù)區(qū)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(yīng)的FAT表的位置會做出相應(yīng)的標(biāo)識,。
1．3 SCOM通信
    SCOM通信是RF5結(jié)構(gòu)中線程之間數(shù)據(jù)通信的方式,。RF5結(jié)構(gòu)包含了四個處理部件：標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行數(shù)據(jù)的通信。RF5中的數(shù)據(jù)通信包括線程級通信和單元級通信,。其通信機(jī)理為使用結(jié)構(gòu)體進(jìn)行信息傳遞,。
    線程級通信中就利用SCOM通信來實(shí)現(xiàn)，即發(fā)送SCOM消息,。SCOM消息是用戶定義的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),，用于任務(wù)之間交換信息,。為實(shí)現(xiàn)信息傳遞，某個任務(wù)申請一定大小的數(shù)據(jù)緩沖區(qū),，以供其他任務(wù)讀／寫數(shù)據(jù),。
1．4 FAT16文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    針對圖1中DSP視頻處理系統(tǒng)系統(tǒng)，本文設(shè)計(jì)了基本的文件操作：
   
    格式化分為以下幾個步驟：
    (1)寫DBR扇區(qū),。將DBR扇區(qū)設(shè)在CF卡的起始位置,。在DBR扇區(qū)中的內(nèi)容如表1所示。

    在BPB塊中,，有兩個比較重要的字段,，每簇扇區(qū)數(shù)m和每FAT扇區(qū)數(shù)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(biāo)識符是0xFFF8,，在格式化后,，其對應(yīng)各個簇號的有效內(nèi)容都為0，F(xiàn)AT2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(shù)用于獲取文件的目錄項(xiàng),，參數(shù)是文件名和指向目錄項(xiàng)的指針,。執(zhí)行此函數(shù)，第二個參數(shù)pfdt指向的結(jié)構(gòu)體存放文件對應(yīng)的目錄項(xiàng),。若文件名存在,，函數(shù)返回目錄項(xiàng)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(shù)用于創(chuàng)建新文件，參數(shù)是文件名,。首先調(diào)用FAT_getfileinfo函數(shù),，如果返回值不為-1，報錯返回0,；申請目錄項(xiàng)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(xiàng)進(jìn)行初始化,。
    FAT_read函數(shù)用于讀取CF卡中的視頻文件，參數(shù)為文件名,。讀取文件時系統(tǒng)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(jìn)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(fā)送NULL消息即可,。
    視頻數(shù)據(jù)在線程之間的傳遞是以幀為單位的,，所以在進(jìn)行讀文件時也是按幀讀取。而在FAT文件系統(tǒng)中,，文件在數(shù)據(jù)區(qū)的存儲又是按簇進(jìn)行的,，所以需要對視頻數(shù)據(jù)的存儲情況進(jìn)行考慮。
    經(jīng)過壓縮的圖像幀包括幀頭信息和幀數(shù)據(jù),。幀頭信息包括幀大小和對應(yīng)的時間信息,，占用一個扇區(qū)。圖像幀的存儲有圖2所示幾種情況,。
    圖2(a)表示幀在簇內(nèi)存儲,；圖2(b)表示幀在簇內(nèi)，但是幀尾也是簇尾,；圖2(c)表示幀跨簇存儲,，只有部分幀數(shù)據(jù)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(shù)的具體操作步驟如下：
    (1)調(diào)用FAT_getfileinfo函數(shù)判斷文件是否存在,，并獲取文件的目錄項(xiàng)信息,。
    (2)讀取FAT表，并通過FAT表和目錄項(xiàng)中的起始簇號計(jì)算文件在數(shù)據(jù)區(qū)的偏移位置,。
    (3)用剩余文件長度作為循環(huán)條件重復(fù)執(zhí)行以下操作,。
    讀取幀頭信息，確定幀數(shù)據(jù)占的扇區(qū)數(shù),，并通過本簇已讀扇區(qū)判斷幀存儲情況,。參照圖2,，若是情況(a),，則在讀幀頭和幀數(shù)據(jù)時都不需要更新,；若是情況(b)，則在讀完此幀數(shù)據(jù)后更新簇號,；若是情況(c),，則在讀幀數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)信息利用SCOM通信一并發(fā)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(fā)送同步信息
    SCOM putMsg(fromWorktoDec,&MsgWork),；／／向下游線程發(fā)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(shù),，參數(shù)為文件名和寫命令。寫命令為TRUE時,，實(shí)現(xiàn)文件拼接,，為FALSE時，實(shí)現(xiàn)文件覆蓋,。寫文件時,，系統(tǒng)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(xiàng)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最后一個簇號,。并利用文件長度信息，計(jì)算出最后一簇已寫的扇區(qū)數(shù),。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(fā)送過來的幀頭信息和幀數(shù)據(jù),，將其寫入CF卡,，按照圖2所示的4種情況進(jìn)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(shù)據(jù)后，通過SCOM通信向解碼線程發(fā)送數(shù)據(jù)消息,，并更新目錄項(xiàng)和FAT表及FAT2表,。
    (4)重復(fù)以上步驟,。寫完所有的圖像幀后，將更新后的目錄項(xiàng)FAT表及FAT2表寫入CF卡相應(yīng)位置,。
    若要實(shí)現(xiàn)文件覆蓋,，在寫文件之前調(diào)用FAT_delete函數(shù)將文件刪除，然后再重新創(chuàng)建寫入即可,。
    FAT_delete函數(shù)首先調(diào)用FAT_getfileinfo函數(shù)判斷文件是否存在,，若存在則獲取文件的目錄項(xiàng)及其索引位置。將FAT表中的簇鏈清除,，并將目錄項(xiàng)中文件名的第一個字符值置為0xe5,，表示已刪除。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論
    CF卡FAT文件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能分別在DM642平臺和Windows操作系統(tǒng)中得到了驗(yàn)證,。在DM642視頻處理平臺上,，可對文件進(jìn)行各種操作，包括格式化CF卡,，創(chuàng)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(jīng)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(jī)連接，可在PC機(jī)中查看到文件并進(jìn)行各種操作,，如刪除,、移動、復(fù)制等,。
    圖3是CF卡在Windows系統(tǒng)中視頻文件的查看,。

    圖4為WinHex工具下查看的CF文件系統(tǒng)信息內(nèi)容，可以查看到CF卡中的內(nèi)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，本文設(shè)計(jì)的FAT文件系統(tǒng)能成功地運(yùn)用在DSP視頻處理平臺上。通過該系統(tǒng),，可對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行FAT文件格式的實(shí)時存儲,。此系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案還可應(yīng)用于一相關(guān)存儲設(shè)備(如SD卡)和實(shí)時系統(tǒng)。