基于HC32F460petb芯片给FLASH安装fat文件系统

风一样的航哥2024-04-19 10:33

FAT（File Allocation Table）文件系统是一种用于磁盘驱动器、USB闪存驱动器、软盘等存储设备的文件系统。FAT文件系统主要有两种变体：FAT12和FAT16，它们后来被FAT32所取代。FAT32文件系统是对FAT16的扩展，支持更大的文件和磁盘分区。

FAT文件系统的核心是其文件分配表（FAT），这是一个表格，它记录了磁盘上每个簇的使用情况。簇是磁盘上的一组连续扇区，用于存储文件数据。在FAT文件系统中，每个文件和目录都占用一个或多个簇，并且FAT表记录了这些簇的使用情况。

以下是FAT文件系统的一些关键特点：

  1. **簇分配**：FAT文件系统通过簇来管理文件数据。文件和目录信息存储在簇中，并且FAT表记录了哪些簇被文件和目录占用。

  2. **文件分配表（FAT）**：FAT是一个表，它列出了每个簇的使用情况。FAT表中有两种类型的簇：空簇（未使用的簇）和已分配簇（被文件或目录占用的簇）。

  3. **根目录**：FAT文件系统中的每个磁盘分区都有一个根目录，其中包含文件和目录的目录项。每个目录项都包含文件或目录的名称、大小、起始簇号等信息。

  4. **文件大小限制**：FAT文件系统的文件大小受限于簇的大小。例如，FAT12和FAT16支持的最大文件大小为2GB，而FAT32支持的最大文件大小为2TB。

  5. **兼容性**：FAT文件系统与不同的操作系统兼容，包括Windows、Linux和macOS。这使得FAT文件系统成为跨平台文件共享的理想选择。

  6. **简单性**：FAT文件系统相对简单，易于实现和维护。这使得它成为许多嵌入式系统、旧计算机和便携式存储设备的首选文件系统。

  7. **性能**：FAT文件系统具有较好的性能，因为它不需要复杂的索引结构来访问文件。文件数据直接存储在磁盘上的簇中，这使得文件访问速度较快。

FAT文件系统在历史上非常流行，但随着技术的发展，更高级的文件系统如NTFS（用于Windows）、EXT4（用于Linux）和APFS（用于macOS）等逐渐取代了FAT文件系统。然而，由于其简单性和广泛的兼容性，FAT文件系统仍然在一些旧设备和特殊应用中得到使用。

目前单片机中用的最多的文件系统就是fat32，得益于正点原子和野火的大量资料，让我们很快的就能开发出来相关的功能，本篇用来记录一次fat32的移植过程，芯片采用的是华大的PETB，flash才采用的是GD25Q40，虽然是GD系列的存储芯片，但是命令上基本兼容W25Q系列。

fat32源码的下载，可以从github下载：strawberryhacker/fat32: Tiny FAT32 file system implementation. (github.com)

也可以从官网下载，（不知道为什么我在家的电脑打不开fat官网，有遇到类似情况的小伙伴告诉我解决方案！）

可以配置ffconf.h的修改，可以参考其他博文。

这里只看diskio的移植：

cpp 复制代码 
/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Low level disk I/O module SKELETON for FatFs     (C)ChaN, 2019        */
/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* If a working storage control module is available, it should be        */
/* attached to the FatFs via a glue function rather than modifying it.   */
/* This is an example of glue functions to attach various exsisting      */
/* storage control modules to the FatFs module with a defined API.       */
/*-----------------------------------------------------------------------*/

#include "ff.h"			/* Obtains integer types */
#include "diskio.h"		/* Declarations of disk functions */

#include "ev_hc32f460_lqfp100_v2_w25qxx.h"
/* Definitions of physical drive number for each drive */
#define DEV_RAM		0	/* Example: Map Ramdisk to physical drive 0 */
#define DEV_MMC		1	/* Example: Map MMC/SD card to physical drive 1 */
#define DEV_USB		2	/* Example: Map USB MSD to physical drive 2 */

// jinyuhang 本篇移植，只考虑了外部falsh，后续考虑SD卡
/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Get Drive Status                                                      */
/*-----------------------------------------------------------------------*/

DSTATUS disk_status (
	BYTE pdrv		/* Physical drive nmuber to identify the drive */
)
{
	DSTATUS stat=RES_OK;
	// BSP_W25QXX_Init();
	return stat;
	// int result;

	// switch (pdrv) {
	// case DEV_RAM :
	// 	result = RAM_disk_status();

	// 	// translate the reslut code here

	// 	return stat;

	// case DEV_MMC :
	// 	result = MMC_disk_status();

	// 	// translate the reslut code here

	// 	return stat;

	// case DEV_USB :
	// 	result = USB_disk_status();

	// 	// translate the reslut code here

	// 	return stat;
	// }
	// return STA_NOINIT;
}



/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Inidialize a Drive                                                    */
/*-----------------------------------------------------------------------*/

DSTATUS disk_initialize (
	BYTE pdrv				/* Physical drive nmuber to identify the drive */
)
{
	// DSTATUS stat;
	// int result;

	// switch (pdrv) {
	// case DEV_RAM :
	// 	result = RAM_disk_initialize();

	// 	// translate the reslut code here

	// 	return stat;

	// case DEV_MMC :
	// 	result = MMC_disk_initialize();

	// 	// translate the reslut code here

	// 	return stat;

	// case DEV_USB :
	// 	result = USB_disk_initialize();

	// 	// translate the reslut code here

	// 	return stat;
	// }
	// return STA_NOINIT;
	DSTATUS stat=RES_OK;
		BSP_W25QXX_Init();
	return stat;
}



/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Read Sector(s)                                                        */
/*-----------------------------------------------------------------------*/

DRESULT disk_read (
	BYTE pdrv,		/* Physical drive nmuber to identify the drive */
	BYTE *buff,		/* Data buffer to store read data */
	LBA_t sector,	/* Start sector in LBA */
	UINT count		/* Number of sectors to read */
)
{
//	DRESULT res;
//	int result;

	// switch (pdrv) {
	// case DEV_RAM :
	// 	// translate the arguments here

	// 	result = RAM_disk_read(buff, sector, count);

	// 	// translate the reslut code here

	// 	return res;

	// case DEV_MMC :
	// 	// translate the arguments here

	// 	result = MMC_disk_read(buff, sector, count);

	// 	// translate the reslut code here

	// 	return res;

	// case DEV_USB :
	// 	// translate the arguments here

	// 	result = USB_disk_read(buff, sector, count);

	// 	// translate the reslut code here

	// 	return res;
	// }

//	return RES_PARERR;
	BSP_W25QXX_Read(sector * 512U, buff, (uint32_t)count * 512U);
	return RES_OK;
}



/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Write Sector(s)                                                       */
/*-----------------------------------------------------------------------*/
static void W25QXX_Write_NoCheck(uint8_t *pBuffer, uint32_t WriteAddr, uint16_t NumByteToWrite)
{
    uint16_t pageremain;
    pageremain = (uint16_t)(256U - WriteAddr % 256U);
    if (NumByteToWrite <= pageremain) {
        pageremain = NumByteToWrite;
    }
    for (;;) {
        (void)BSP_W25QXX_Write(WriteAddr, pBuffer, pageremain);
        if (NumByteToWrite == pageremain) {
            break;
        } else { //NumByteToWrite>pageremain
            pBuffer += pageremain;
            WriteAddr += pageremain;

            NumByteToWrite -= pageremain;
            if (NumByteToWrite > 256U) {
                pageremain = 256U;
            } else {
                pageremain = NumByteToWrite;
            }
        }
    }
}
static uint8_t u8CopybackBuf[W25Q64_SECTOR_SIZE];

static void SpiFlashWrite(uint8_t *pbuf, uint32_t WriteAddr, uint16_t NumByteToWrite)
{
    uint32_t secpos;
    uint16_t secoff;
    uint16_t secremain;
    uint16_t i;
    uint8_t *pu8CbBuf;
    pu8CbBuf = u8CopybackBuf;
    secpos = WriteAddr / W25Q64_SECTOR_SIZE;
    secoff = (uint16_t)(WriteAddr % W25Q64_SECTOR_SIZE);
    secremain = (uint16_t)(W25Q64_SECTOR_SIZE - secoff);
    if (NumByteToWrite <= secremain) {
        /* less than 4K */
        secremain = NumByteToWrite;
    }
    for (;;) {
        (void)BSP_W25QXX_Read(secpos * W25Q64_SECTOR_SIZE, pu8CbBuf, W25Q64_SECTOR_SIZE);
        /* check if blank sector */
        for (i = 0U; i < secremain; i++) {
            if (pu8CbBuf[secoff + i] != 0XFFU) {
                break;
            }
        }
        if (i < secremain) {
            /* not blank, need erase */
            (void)BSP_W25QXX_EraseSector(secpos * W25Q64_SECTOR_SIZE);
            /* backup first */
            for (i = 0U; i < secremain; i++) {
                pu8CbBuf[i + secoff] = pbuf[i];
            }
            /* write back after erase */
            W25QXX_Write_NoCheck(pu8CbBuf, secpos * W25Q64_SECTOR_SIZE, (uint16_t)W25Q64_SECTOR_SIZE);

        } else {
            W25QXX_Write_NoCheck(pbuf, WriteAddr, secremain);
        }
        if (NumByteToWrite == secremain) {
            break;
        } else {
            /* next sector */
            secpos++;
            secoff = 0U;

            pbuf += secremain;
            WriteAddr += secremain;
            NumByteToWrite -= secremain;
            if (NumByteToWrite > W25Q64_SECTOR_SIZE) {
                secremain = (uint16_t)W25Q64_SECTOR_SIZE;
            } else {
                secremain = NumByteToWrite;
            }
        }
    }
}

#if FF_FS_READONLY == 0

DRESULT disk_write (
	BYTE pdrv,			/* Physical drive nmuber to identify the drive */
	const BYTE *buff,	/* Data to be written */
	LBA_t sector,		/* Start sector in LBA */
	UINT count			/* Number of sectors to write */
)
{
//	DRESULT res;
//	int result;

//	// switch (pdrv) {
//	// case DEV_RAM :
//	// 	// translate the arguments here

//	// 	result = RAM_disk_write(buff, sector, count);

//	// 	// translate the reslut code here

//	// 	return res;

//	// case DEV_MMC :
//	// 	// translate the arguments here

//	// 	result = MMC_disk_write(buff, sector, count);

//	// 	// translate the reslut code here

//	// 	return res;

//	// case DEV_USB :
//	// 	// translate the arguments here

//	// 	result = USB_disk_write(buff, sector, count);

//	// 	// translate the reslut code here

//	// 	return res;
//	// }

//	return RES_PARERR;

	SpiFlashWrite(( BYTE *)buff, sector * 512U,  (uint32_t)count * 512U);
	return RES_OK;
}

#endif


/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Miscellaneous Functions                                               */
/*-----------------------------------------------------------------------*/

DRESULT disk_ioctl (
	BYTE pdrv,		/* Physical drive nmuber (0..) */
	BYTE cmd,		/* Control code */
	void *buff		/* Buffer to send/receive control data */
)
{
	DRESULT res;
//	int result;

	switch (pdrv) {
	case DEV_RAM :

		// Process of the command for the RAM drive

		return res;

	case DEV_MMC :

		// Process of the command for the MMC/SD card

		return res;

	case DEV_USB :

		// Process of the command the USB drive

		return res;
	}

	return RES_PARERR;
}

//
DWORD get_fattime (void)
{
	return 0;
}

主要实现初始化，读和写的函数就可以了，如果大家看了关于USB的例程的话，就会发现这里的读写函数就是USB-msc例程中的读写函数，完全可以使用。也得到了一个经验：USB的msc功能需要配置的读写和fat32需要的读写接口都是一样的，想想这个事情也合理，USB读取U盘也是fat32格式。

实测功能正常。需要注意的是，fat32是单片机读写flash的操作，USB的msc操作是通过USB主机如电脑读写flash的操作，这两个操作应该是独立的，否则会有冲突。在实际的项目中，如果接上USB，那么单片机内部的fat32就不应该再发生读写等冲突的操作了。

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