1 概述

关于ExFat 格式描述，请参考 http://www.ntfs.com/exfat-overview.htm

先看一下大致的exFAT 文件系统结构图：

本博文主要以一个SD卡插实例，展示exFAT 的一些技术细节，一边有更深刻的了解；从格式化SD卡开始；

2 格式化后ExFAT

2.1 格式化SD卡

在格式化中，选择文件系统类型为exFAT, 使用默认分配单元大小32K, 请记住分配单元，即簇的大小，后续分析要用到；

2.2 格式化后的数据分析

DRB区域：

DRB主要关注4个区域，

0x0~0x03: 跳转码，基本固定位“EB7690"

0x02~0x0B: OEM, 固定位“EXFAT”, 根据这两个可以确定文件系统的类型；

0x40~0x70：BPB区域，之所以在这里，据说是为了和FAT16、FAT32等区分开，不放在一起；

0x1FE~0x1FF: 结束符，固定位"55AA"

这里重点是BPB区域，根据定义，加上上述SD卡格式化数据，制作分析表格如下；

字节偏移	长度	字段名和定义	实际值(hex)	字节偏移	长度	字段名和定义	实际值(hex)
0x40	8	隐藏扇区数	2000	0x68	2	卷版本号	0100
0x48	8	分区总扇区数	01DAAC00	0x6A	2	卷状态	0000
0x50	4	FAT表起始扇区号	0800	0x6C	1	每扇区字节数描述	09
0x54	4	FAT表扇区数	0F00	0x6D	1	每簇扇区数描述	06
0x58	4	首簇起始扇区号	1800	0x6E	1	FAT表个数	01
0x5C	4	分区内的总簇数	076A50	0x6F	1	驱动标记	80
0x60	4	根目录首簇号	05	0x70	1	分区使用百分比	00
0x64	4	卷序列号	1862CCC8

上述好多信息都是以扇区来描述的，所以先要搞明白扇区、簇大小分配；

扇区大小：由偏移0x6C决定，值为2^N 字节，这里N=9，所以扇区大小为512 字节；

簇大小：由偏移0x6E 决定，值为2^N 个扇区，这里N=6，所以簇大小= 2^6 * 512 = 32 KB , 还记得格式化的时候选的最小分配单元吗？选的默认值就是32KB，就是在这里对应的；

0x40偏移：隐藏扇区数， 0x2000

0x48偏移: 分区总扇区数，用于计算容量， 0x01DAAC00 * 512 = ‭15927345152‬(字节)，对应于我这16G的SD卡；

0x50偏移， FAT表的位置：所以FAT表的位置为：扇区0x800，即偏移0x10000处；

0x58偏移，首簇起始扇区，首簇的编号为2，通常2号簇是分配给簇位图文件使用，所以这里也是簇位图文件的起始位置；

即本例子中，首簇位于扇区0x1800位置，偏移地址为 0x1800 * 512 = 0x30000

0x60偏移，根目录首簇号： 用于确定根目录位置，通过0x58偏移可以知道首簇的位置，那么可以通过根目录的首簇号，推断出根目录的位置信息，即起始位于0x1800 + (5-2) *64= 6336 扇区，即偏移 0x318000;

其余的，比较简单，字面意思即可；

解析来继续看FAT区域吧。。。。。

FAT区域：

根据DRB中的计算，找到FAT表的位置为：扇区0x800，即偏移0x10000处；如下图所示

可以看出每个FAT项占用4字节：其中0号FAT项描述介质类型，其首字节为“F8”，表示介质类型为硬盘；1号FAT项写入4个“FF”；从2号FAT项开始对应2号簇，3号FAT项开始对应3号簇，一直到最后一个簇。目前2、3、4三个FAT项中都是结束标志，说明簇位图文件、大写字符文件、根目录各占一个簇。

根目录区域：

根据DRB中的计算，找到根目录的位置为：0x1800 + (5-2) *64= 6336 扇区，偏移0x318000 如下图所示

根据目录项的作用和结构特点，可以把目录项分为四种类型：

◆卷标目录项；类型03H，固定32字节，对应上图第一个红色框，

◆簇位图文件的目录项；类型81H，固定32字节，对应上图第二个红色框

◆大写字符文件的目录项；类型82H，固定32字节，对应于上图第三个红色框

◆用户文件的目录项。类型85H , 根据文件名长度可变，对应第四个红色框；

具体格式描述，请参看相关规范，不做详细描述

簇位图文件区域：

根据簇位图文件的目录项可以查到，一般位于2号簇；

大写字符文件区域：

簇位图文件结束后的下一个簇一般分配给大写字符文件使用，也可以通过大写字符文件目录查到，在该目录中，偏移0x14表示大写字符目录起始簇的位置

这里我们可以看到起始簇未 0x04; 计算位置为 0x1800 + (4-2)*64 =0x18 80扇区，偏移0x310000

大写字符文件是ExFAT文件系统中的第二个元文件，类似于NTFS文件系统中的元文件$UpCase。Unicode字母表中的每一个字符在这个文件中都有对应的条目，用于比较、排序、计算Hash值方面。

大写字符文件是在分区格式化时创建的，该文件不允许用户访问和修改。

大写字符文件的大小固定为5836字节。

今天先分析到此结束！

文件系统学习实例（之exFAT）