嵌入式系统应用——FLASH应用之文件系统

1 项目目标

前面一部分介绍了flash的驱动，但是有了flash驱动

2 fatfs 介绍

电脑的 windows 系统使用的就是 FAT 文件系统，大家都知道，一般我们新买的 SD 卡，如果没有使用过，插入电脑的时候都要先格式化，是因为 SD 卡里面没有建立 FAT 文件系统，所以格式化之后，建立了 FAT 文件系统，电脑才能识别 SD 卡上面的内存和文件。

要移植 FATFS 文件系统，首先需要下载 FATFS 文件系统的源码文件，可以到官网网站上下载。也可以从本博客绑定的网站上面下载ff12c。

2.1 文件介绍

diskio.c 文件是 FatFs 移植最关键的文件，它为文件系统提供了最底层的接口访问函数，这些函数在移植时都需要我们来编写。diskio.h 定义了 FatFs用到的宏，以及 diskio.c 文件内与底层硬件接口相关的函数声明。

integer.h 文件中包含了一些数值类型定义。

ff.c 是 FatFs 核心文件，文件管理的实现方法。该文件独立于底层介质操作文件的函数，通常用户无需修改，利用这些函数实现文件的读写。

ff.h 是它的头文件。

ffconf.h 这个头文件包含了对 FatFs 功能配置的宏定义，通过修改这些宏定义就可以裁剪 FatFs 的功能，已达到自己想要的标准。下面我们看下此文件内的几个重要选项配置。

_FS_TINY
这个设置是配置是使用标准模式，还是微小模式。我们使用标准模式，这里
设置为：0。
_FS_READONLY
是否使用只读模式，我们选择可读可写。设置为：0。
_FS_MINIMIZE
这个设置是选择是否裁剪掉一些函数，具体裁剪那些，大家可以查看下面的
设置说明，我们这里使用的全功能模式。设置为：0。
_USE_STRFUNC
这个用来设置是否支持字符串类操作，我们选择使用。设置为：1。
_USE_MKFS
使用使用格式化，我们这里选择使用。设置为：1。
_USE_FASTSEEK
使用使能快速定位，我们选择使用。设置为：1。
_USE_LABEL
是否启用磁盘卷标功能。使用也可以，不使用也可以。我们这里使用。设置
为：1。
_USE_FORWARD
这个是在 TINY 模式下的设置，我们这里使用标准模式，不理它。
_CODE_PAGE
这个用于设置语言类型。我们使用的中文。设置为：936，需要将 cc936.c
文件添加到工程中。
_USE_LFN
该选项用于设置是否支持长文件名（还需要_CODE_PAGE 支持），取值范围为 0 - 3。0，表示不支持长文件名，1~3 是支持长文件名，但是存储地方不一样。我们选择使用 3，通过 ff_memalloc 函数来动态分配长文件名的存储区域。
_MAX_LFN
设置最大文件名长度，我们直接设置最大。设置为：255。
_LFN_UNICODE
是否使用 FATFS 的字符编码。我们不使用。设置为：0
_FS_RPATH
这里也是一些函数裁剪，我们这里设置为：0。
_VOLUMES
这里设置的是支持的卷轴数量，这里我们挂载 SD 卡，有时候可以挂载下
FLASH 和外部 USB，所以这里我们设置为 3 个。
_MAX_SS
这里是设置扇区缓冲的最大值，我们设置为：512。
_MULTI_PARTITION
是否使用多重分区分配。我们这里设置为：0。
_FS_EXFAT
用于定义是否支持 exFAT 文件系统，我们设置为 1，以支持 exFAT 文件系统。

2.2 文件移植

2.2.1 添加源文件

diskio.c - 磁盘I/O驱动接口：FatFS与物理存储介质之间的硬件抽象层，需要用户根据实际硬件实现。

ff.c - FatFS核心引擎 -FatFS的核心实现，包含完整的文件系统逻辑。

cc936.c - 中文编码转换

2.2.2 添加头文件地址

2.2.3 配置-ffconf.h 文件

1 . #define _FS_READONLY 0 支持读写

#define _USE_STRFUNC 1 支持字符串操作
#define _USE_MKFS 1 // 启用格式化功能
#define _USE_FASTSEEK 1 // 使用使能快速定位
#define _USE_LABEL 1 // 标签
#define _CODE_PAGE 936 // 支持中文系统

#define _USE_LFN 3

复制代码

 	#define _USE_LFN 0  // 禁用长文件名（只支持8.3格式）
 	#define _USE_LFN 1  // 启用长文件名（静态缓冲区）
 	#define _USE_LFN 2  // 启用长文件名（栈上动态缓冲区）
 	#define _USE_LFN 3  // 启用长文件名（堆上动态缓冲区）

#define _VOLUMES 3 // 支持flash，sd 和 U盘
#define _FS_EXFAT 1 // 拓展文件名

2.3 接口函数

2.3.1 由于使用堆的问题，

需要在ffconf.h 文件中, 添加以下文件。如果有操作系统，可以使用操作系统的堆的分配。

c 复制代码

#include "stdlib.h"
#define   ff_memalloc  malloc
#define   ff_memfree   free

2.3.2 添加disk_status的状态

disk_status 是FatFS磁盘I/O层（diskio.c）中必须实现的磁盘状态查询函数。

返回值：

c 复制代码

/* 正常状态（已初始化，有磁盘，可读写） */
return 0;

/* 常见状态组合 */
return STA_NOINIT;                    // 未初始化
return STA_NODISK;                    // 无磁盘
return STA_PROTECT;                   // 写保护
return STA_NOINIT | STA_NODISK;       // 未初始化且无磁盘
return STA_NOINIT | STA_PROTECT;      // 未初始化且写保护

修改文件

c 复制代码

#include "flash.h"
DSTATUS disk_status (
	BYTE pdrv		/* Physical drive nmuber to identify the drive */
)
{
	DSTATUS stat;
	int result;

	switch (pdrv) {
	case ATA :
	{
	//		result = ATA_disk_status();

			// translate the reslut code here
		 int initialized;
		
		if (pdrv != 0) {
			return STA_NOINIT | STA_NODISK;
		}
		
		initialized=EN25QXX_GetStatus();
		// 如果未初始化
		if (!initialized) {
			return STA_NOINIT;
		}
		
		stat= 0;  // 正常状态
		return stat;
		break;
	}

	case MMC :
//		result = MMC_disk_status();

		// translate the reslut code here

		return stat;

	case USB :
//		result = USB_disk_status();

		// translate the reslut code here

		return stat;
	}
	return STA_NOINIT;
}

2.3.3 修改disk_initialize 初始化函数

c 复制代码

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

	switch (pdrv) {
	case ATA :
//		result = ATA_disk_initialize();
		
		// translate the reslut code here
	{
        EN25QXX_Init();   // 初始化flash 文件
		    stat=0;
	}
		return stat;

	case MMC :
//		result = MMC_disk_initialize();

		// translate the reslut code here

		return stat;

	case USB :
//		result = USB_disk_initialize();

		// translate the reslut code here

		return stat;
	}
	return STA_NOINIT;
}

2.3.4 修改 disk_read 函数

c 复制代码

#define FLASH_SECTOR_SIZE 	512	   // 因为默认系统是 _MIN_SS	512	
DRESULT disk_read (
	BYTE pdrv,		/* Physical drive nmuber to identify the drive */
	BYTE *buff,		/* Data buffer to store read data */
	DWORD sector,	/* Sector address in LBA */
	UINT count		/* Number of sectors to read */
)
{
	DRESULT res;
	int result;

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

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

		// translate the reslut code here
	{
		for(;count>0;count--)
		{
			EN25QXX_Read(buff,sector*FLASH_SECTOR_SIZE,FLASH_SECTOR_SIZE);
			sector++;
			buff+=FLASH_SECTOR_SIZE;
		}
		return res;
	}


	case MMC :
		// translate the arguments here

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

		// translate the reslut code here

		return res;

	case USB :
		// translate the arguments here

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

		// translate the reslut code here

		return res;
	}

	return RES_PARERR;
}

2.3.5 disk_ioctl 函数

c 复制代码

#define FLASH_BLOCK_SIZE   	8     	//每个BLOCK有8个扇区	
u16	    FLASH_SECTOR_COUNT=2048*16;	//W25Q1218,16M 字节
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 ATA :

		// Process of the command for the ATA drive
	{
		switch(cmd)
		{
			case CTRL_SYNC:
				res = RES_OK; 
				break;	 
			case GET_SECTOR_SIZE:
				*(WORD*)buff = FLASH_SECTOR_SIZE;
				res = RES_OK;
				break;	 
			case GET_BLOCK_SIZE:
				*(WORD*)buff = FLASH_BLOCK_SIZE;
				res = RES_OK;
				break;	 
			case GET_SECTOR_COUNT:
				*(DWORD*)buff = FLASH_SECTOR_COUNT;
				res = RES_OK;
				break;
			default:
				res = RES_PARERR;
				break;
		}
		return res;
	}
		

	case MMC :

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

		return res;

	case USB :

		// Process of the command the USB drive

		return res;
	}

	return RES_PARERR;
}

3 简单测试功能

3.1 创建文件

c 复制代码

FRESULT res;
    FATFS fs;      /* 文件系统对象 */
    res = f_mount(&fs, "0:", 1);
    
    if (res != FR_OK) {

        printf("文件系统挂载失败: %d\n\r", res);
        /* 可能需要格式化，这里跳过 */
        return 1;
    }
    
    printf("文件系统挂载成功\n");






	FIL file;
    UINT bw;  /* 写入字节数 */
	res = f_open(&file, "0:/hello.txt", FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE);


	if (res != FR_OK) {
        printf("创建文件失败: %d\n\r", res);

		res = f_mount(NULL, "0:", 0);

        return 1;
    } 
    
    /* 写入字符串 */
    const char* text = "Hello, FatFS!\nThis is a simple example.\n";
    res = f_write(&file, text, strlen(text), &bw);

	if (res == FR_OK) {
			printf("写入成功: %u 字节\n", bw);
	}
	else
	{
		printf("写入失败 %d \r\n",res);
	}
    
    /* 关闭文件 */
    f_close(&file);



    res = f_mount(NULL, "0:", 0);
    
    if (res == FR_OK) {
        printf("文件系统已卸载\n");
    } else {
        printf("卸载失败: %d\n", res);
    }

3.2 查看文件和文件夹

c 复制代码

void list_directory(const char* path) {
    FRESULT fr;         // 操作结果
    DIR dir;            // 目录对象
    FILINFO fno;        // 文件信息对象[citation:2]

    // 1. 打开目录
    fr = f_opendir(&dir, path);
    if (fr != FR_OK) {
        printf("打开目录失败，错误码: %d\n", fr);
        return;
    }

    printf("目录内容列表: %s\n", path);
    printf("--------------------------\n");

    // 2. 循环读取目录条目
    for (;;) {
        fr = f_readdir(&dir, &fno); // 读取一个条目[citation:2]
        if (fr != FR_OK || fno.fname[0] == 0) {
            break; // 发生错误或已无更多条目
        }

        // 3. 忽略当前目录（"."）和上级目录（".."）条目
        if (fno.fname[0] == '.') continue;

        // 4. 根据属性判断是文件还是目录，并打印信息
        if (fno.fattrib & AM_DIR) {
            // 是目录
            printf("[DIR ]  %s\n", fno.fname);
        } else {
            // 是文件
            printf("[FILE]  %-12s  (大小: %lu 字节)\n", fno.fname, fno.fsize);
        }
    }

    // 5. 关闭目录 (可选，但建议执行)
    f_closedir(&dir);
}