基于STM32完成FATFS文件系统移植与运用--这是完全免费开源的FAT文件系统
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了基于STM32完成FATFS文件系统移植与运用--这是完全免费开源的FAT文件系统相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
一、环境介绍
主控MCU: STM32F103ZET6
STM32程序开发IDE: keil5
STM32程序风格: 采用寄存器方式开发，注释齐全，执行效率高，方便移植
硬件包含: 一块STM32F103ZET6系统板、一个SPI接口的SD卡卡槽模块、一张SD卡
工程完整源码下载地址: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/19687693
这篇文章主要演示FATFS文件系统如何移植到自己的工程，并完成文件的读写。
因为SD卡采用的是SPI模拟时序，所以，其他单片机一样可以照着移植，代码都可以复制粘贴的。
二、FATFS文件系统介绍
2.1 FATFS简介
FatFs 是一种完全免费开源的 FAT 文件系统模块，专门为小型的嵌入式系统而设计。它完全用标准C 语言编写，所以具有良好的硬件平台独立性，可以移植到 8051、 PIC、 AVR、 SH、 Z80、 H8、 ARM 等系列单片机上而只需做简单的修改。它支持 FATl2、 FATl6 和 FAT32，支持多个存储媒介；有独立的缓冲区，可以对多个文件进行读／写，并特别对 8 位单片机和 16 位单片机做了优化。
2.2 特点
- Windows兼容的FAT文件系统
- 不依赖于平台，易于移植
- 代码和工作区占用空间非常小
- 多种配置选项
- 多卷(物理驱动器和分区)
- 多ANSI/OEM代码页，包括DBCS
- 在ANSI/OEM或Unicode中长文件名的支持
- RTOS的支持
- 多扇区大小的支持
- 只读，最少API，I/O缓冲区等等
2.3 移植性
fatfs模块是ANSI C(C89)编写的。 没有平台的依赖, 编译器只要符合ANSI C标准就可以编译。
fatf模块假设大小的字符/短/长8/16/32位和int是16或32位。 这些数据类型在integer.h文件中定义。这些数据类型在大多数的编译器中定义都符合要求。 如果现有的定义与编译器有任何冲突发生时，需要自己解决。
2.4 源码下载
下载地址：http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html
FATFS有两个版本，一个大版本，一个小版本。小版本主要用于8位机(内存小)使用。
下载图：
2.5 FATFS源码文件介绍
将下载的源码解压后可以得到两个文件夹： doc 和 src。 doc 里面主要是对 FATFS 的介绍(离线文档—英文和日文)，而 src 里面才是我们需要的源码。
其中，与平台无关的是：
| ffconf.h FATFS配置文件 ff.h 应用层头文件 ff.c 应用层源文件 diskio.h 硬件层头文件 interger.h 数据类型定义头文件 option 可选的外部功能（比如支持中文等） |
与平台相关的代码：
diskio.c 底层接口文件（需要用户提供）
FATFS 模块在移植的时候，我们一般只需要修改 2 个文件，即 ffconf.h 和 diskio.c。
FATFS模块的所有配置项都是存放在 ffconf.h 里面，我们可以通过配置里面的一些选项，来满足自己的需求。
FATFS最顶层是应用层，使用者无需理会 FATFS 的内部结构和复杂的 FAT 协议，只需要调用FATFS 模块提供给用户的一系列应用接口函数，如 f_open， f_read， f_write 和 f_close 等，就可以像在 PC 上读／写文件那样简单。
中间层 FATFS 模块， 实现了 FAT 文件读／写协议。 FATFS 模块提供的是 ff.c 和 ff.h。除非有必要，使用者一般不用修改，使用时将头文件直接包含进去即可。
需要我们编写移植代码的是 FATFS 模块提供的底层接口，它包括存储媒介读／写接口 （ disk、I/O） 和供给文件创建修改时间的实时时钟。
三、 移植FATFS文件系统
移植之前，首先得准备一个能正常编译的工程，并且工程里有SD卡的驱动代码，提供了读写扇区这些函数才能进行FATFS文件系统的正常移植。
关于如何编写SD卡驱动，SD卡的时序介绍、命令介绍等知识点下篇文章再讲解。这篇文章重点是FATFS文件系统的移植过程。
3.1 新建工程
FATFS文件系统源码下载下来，解压之后，移植修改的步骤如下：
打开KEIL工程，添加FATFS文件源码：
加入.h文件主要是方便配。cc936.c 用于支持中文。
3.2 修改diskio.c文件
注释掉现在不需要的用到的文件，因为我们现在用的是SD卡，与USB，ATA，MMC卡没关系。
并加入一个新的宏 :
#define SD 0
定义SD卡的物理驱动器号为0。
修改 disk_status函数，该函数主要是用来获取磁盘状态。现在未用到，可以直接函数体内代码删除。
修改截图：
代码示例：
| #include "diskio.h" /* fatf底层API */ #include "sd.h" /* SD卡驱动头文件 */ /* 定义每个驱动器的物理驱动器号*/ #define SD 0
/*-----------------------------------------------------------------------*/ /* 获取设备(磁盘)状态 */ /*-----------------------------------------------------------------------*/
DSTATUS disk_status ( BYTE pdrv /* 物理驱动识别 */ ) { return 0; //该函数现在无需用到，直接返回0 } |
修改disk_initialize函数，添加SD卡的初始化，其他不用到的代码直接删掉，该函数成功返回0，失败返回1。
修改截图：
代码示例：
| /*-----------------------------------------------------------------------*/ /* 初始化磁盘驱动 */ /*-----------------------------------------------------------------------*/
DSTATUS disk_initialize ( BYTE pdrv /* 物理驱动识别 */ ) { DSTATUS stat; int result;
switch (pdrv) { case SD : //选择SD卡 stat=SD_Init(); //初始化SD卡-用户自己提供 } if(stat)return STA_NOINIT; //磁盘未初始化 return 0; //初始化成功 } |
修改disk_read函数，加入SD卡读任意扇区的函数(需要用户自己提供)，其他不用到的选项可以删掉。
修改代码如下：
| /*-----------------------------------------------------------------------*/ /* 读扇区 */ /*-----------------------------------------------------------------------*/ DRESULT disk_read ( BYTE pdrv, /* 物理驱动编号 - 范围0-9*/ BYTE *buff, /* 数据缓冲区存储读取数据 */ DWORD sector, /* 扇区地址*/ UINT count /* 需要读取的扇区数*/ ) { DRESULT res; int result; switch (pdrv) { case SD: res=SD_Read_Data((u8*)buff,sector,count); //读SD扇区函数--用户提供 return res; //在此处可以判错误 } return RES_PARERR; //无效参数 } |
修改disk_write 函数，添加写扇区函数：
代码：
| /*-----------------------------------------------------------------------*/ /* 写扇区 */ /*-----------------------------------------------------------------------*/
#if _USE_WRITE DRESULT disk_write ( BYTE pdrv, /* 物理驱动号*/ const BYTE *buff, /* 要写入数据的首地址 */ DWORD sector, /* 扇区地址 */ UINT count /* 扇区数量*/ ) { DRESULT res; int result;
switch (pdrv) { case SD: res=SD_Write_Data((u8*)buff,sector,count); //写入扇区 return res; } return RES_PARERR; //无效参数 } #endif |
修改disk_ioctl 函数，填充ioctl命令功能。这些功能是标准的命令，在diskio.h有定义。
代码如下：
| /*-----------------------------------------------------------------------*/ /* 其他函数 */ /*-----------------------------------------------------------------------*/
#if _USE_IOCTL DRESULT disk_ioctl ( BYTE pdrv, /* 物理驱动号 */ BYTE cmd, /* 控制码 */ void *buff /* 发送/接收数据缓冲区地址 */ ) { DRESULT res; int result;
switch (pdrv) { case SD: switch(cmd) { case CTRL_SYNC: //等待写过程 SD_CS(0); //选中SD卡 if(SD_Wait_Ready())result = RES_ERROR;/*等待卡准备好*/ else res = RES_OK; //成功 SD_CS(1); //释放SD卡 break;
case GET_SECTOR_SIZE://获取扇区大小 *(DWORD*)buff = 512; res = RES_OK; //成功 break;
case GET_BLOCK_SIZE: //获取块大小 *(WORD*)buff = 8; //块大小(扇区为单位)，一块等于8个扇区 res = RES_OK; break;
case GET_SECTOR_COUNT: //获取总扇区数量 *(DWORD*)buff = SD_Get_Sector_Count(); res = RES_OK; break;
default: //命令错误 res = RES_PARERR; break; } return res; } return RES_PARERR; //返回状态 } |
diskio.c 文件修改完整代码：
| /*-----------------------------------------------------------------------*/ /* 低级别磁盘I / O模块框架fatf(C)ChaN)2014 *存储控制模块fatf模块定义了一个API。 */ /*-----------------------------------------------------------------------*/
#include "diskio.h" /* fatf底层API */ #include "sd.h" /* SD卡驱动头文件 */
/* 定义每个驱动器的物理驱动器号*/ #define SD 0
/*-----------------------------------------------------------------------*/ /* 获取设备(磁盘)状态 */ /*-----------------------------------------------------------------------*/
DSTATUS disk_status ( BYTE pdrv /* 物理驱动识别 */ ) { return 0; //该函数现在无需用到，直接返回0 }
/*-----------------------------------------------------------------------*/ /* 初始化磁盘驱动 */ /*-----------------------------------------------------------------------*/
DSTATUS disk_initialize ( BYTE pdrv /* 物理驱动识别 */ ) { DSTATUS stat; int result;
switch (pdrv) { case SD : //选择SD卡 stat=SD_Init(); //初始化SD卡-用户自己提供 } if(stat)return STA_NOINIT; //磁盘未初始化 return 0; //初始化成功 }
/*-----------------------------------------------------------------------*/ /* 读扇区 */ /*-----------------------------------------------------------------------*/
DRESULT disk_read ( BYTE pdrv, /* 物理驱动编号 - 范围0-9*/ BYTE *buff, /* 数据缓冲区存储读取数据 */ DWORD sector, /* 扇区地址*/ UINT count /* 需要读取的扇区数*/ ) { DRESULT res; int result;
switch (pdrv) { case SD: res=SD_Read_Data((u8*)buff,sector,count); //读SD扇区函数--用户提供 return res; //在此处可以判错误 } return RES_PARERR; //无效参数 }
/*-----------------------------------------------------------------------*/ /* 写扇区 */ /*-----------------------------------------------------------------------*/
#if _USE_WRITE DRESULT disk_write ( BYTE pdrv, /* 物理驱动号*/ const BYTE *buff, /* 要写入数据的首地址 */ DWORD sector, /* 扇区地址 */ UINT count /* 扇区数量*/ ) { DRESULT res; int result;
switch (pdrv) { case SD: res=SD_Write_Data((u8*)buff,sector,count); //写入扇区 return res; } return RES_PARERR; //无效参数 } #endif
/*-----------------------------------------------------------------------*/ /* 其他函数 */ /*-----------------------------------------------------------------------*/
#if _USE_IOCTL DRESULT disk_ioctl ( BYTE pdrv, /* 物理驱动号 */ BYTE cmd, /* 控制码 */ void *buff /* 发送/接收数据缓冲区地址 */ ) { DRESULT res; int result;
switch (pdrv) { case SD: switch(cmd) { case CTRL_SYNC: //等待写过程 SD_CS(0); //选中SD卡 if(SD_Wait_Ready())result = RES_ERROR;/*等待卡准备好*/ else res = RES_OK; //成功 SD_CS(1); //释放SD卡 break;
case GET_SECTOR_SIZE://获取扇区大小 *(DWORD*)buff = 512; res = RES_OK; //成功 break;
case GET_BLOCK_SIZE: //获取块大小 *(WORD*)buff = 8; //块大小--一块等于8个扇区 res = RES_OK; break;
case GET_SECTOR_COUNT: //获取总扇区数量 *(DWORD*)buff = SD_Get_Sector_Count(); res = RES_OK; break;
default: //命令错误 res = RES_PARERR; break; } return res; } return RES_PARERR; //返回状态 } #endif
//返回FATFS时间 //获得时间 DWORD get_fattime (void) { return (DWORD)(2017-1980)<<25| //年 7<<21| //月 27<<16| //日 12<<11| //时 13<<5| //分 14; //秒 }
/* Return Value Currnet local time is returned with packed into a DWORD value. The bit field is as follows: bit31:25 Year origin from the 1980 (0..127) bit24:21 Month (1..12) bit20:16 Day of the month(1..31) bit15:11 Hour (0..23) bit10:5 Minute (0..59) bit4:0 Second / 2 (0..29) */ |
3.3 修改ffconf.h文件
需要注意的一些宏配置：
#define _CODE_PAGE 936 //采用中文GBK编码 (64行)
#define _USE_LFN 3 //动态的堆上工作 （93行）
#define _MAX_LFN 255 /*_USE_LFN选项开关LFN(长文件名)特性。
#define _VOLUMES 1 /* 支持的磁盘数量(逻辑驱动器)。 */ (142行)
#define _MIN_SS 512 (165行)
#define _MAX_SS 512 /*这些选项配置支持扇区大小的范围。(512,1024, 4096*/
#define _FS_NORTC 0 /*启用RTC时间功能*/ (202行)
#define _NORTC_MON 1
#define _NORTC_MDAY 1
#define _NORTC_YEAR 2015 //年
/*需要实现：get_fattime()函数*/
ffconf.h 文件源码（讲解）：
| /*---------------------------------------------------------------------------/ / FatFs - FAT文件系统模块配置文件 R0.11a (C)ChaN, 2015 /---------------------------------------------------------------------------*/
#define _FFCONF 64180 /* 版本识别*/
/*---------------------------------------------------------------------------/ / 功能配置 /---------------------------------------------------------------------------*/
#define _FS_READONLY 0 /* 这个选项开关只读配置。(0:读/写或1:只读) /只读配置删除编写API函数,f_write(),f_sync(), / f_unlink(),f_mkdir(),f_chmod(),f_rename(),f_truncate(),f_getfree() /写和可选的功能. */
#define _FS_MINIMIZE 0 /*此选项定义删除一些基本的API函数极小化水平。 / / 0:所有基本功能都是激活的。 / 1:f_stat(),f_getfree(),f_unlink(),f_mkdir(),f_chmod(),f_utime(), / f_truncate()和f_rename()函数删除。 / 2:f_opendir(),f_readdir()和f_closedir()中除了1。 / 3:f_lseek()函数删除除了2。*/
#define _USE_STRFUNC 1 /*这个选项开关字符串函数,f_gets(),f_putc(),f_puts()和 / f_printf()。 / / 0:禁用字符串函数。 / 1:启用没有LF-CRLF转换。 / 2:启用LF-CRLF(回车换行)转换。*/
#define _USE_FIND 0 /*这个选项开关过滤目录读取特性和相关功能, / f_findfirst()和f_findnext()。(0:禁用或1:启用)*/
#define _USE_MKFS 1 /* 这个选项开关f_mkfs()函数。(0:禁用或1:启用) */
#define _USE_FASTSEEK 1 /* 这个选项开关快速寻求功能。(0:禁用或1:启用) */
#define _USE_LABEL 1 /* 磁盘卷标这个选项开关功能,f_getlabel()和f_setlabel()。 /(0:禁用或1:启用) */
#define _USE_FORWARD 0 /* 这个选项开关f_forward()函数。(0:禁用或1:启用) /启用它,也_FS_TINY需要设置为1. */
/*---------------------------------------------------------------------------/ / 语言环境和名称空间配置 STM32+雷龙SD NAND(贴片SD卡)完成FATFS文件系统移植与测试 STM32 下 FatFs的移植，实现了擦写均衡，坏块管理，硬件 ECC，ECC纠错 STM32之独立版USB(Host)驱动+MSC+Fatfs移植 |