【IoT】FATFS 檔案系統 SPI 方式移植

1、FATFS 簡介

FatFs Module是一種完全免費開源的FAT檔案系統子產品，專門為小型的嵌入式系統而設計。

完全用标準C語言編寫，是以具有良好的硬體平台立性，隻需要簡單修改就可以移植到8051、PIC、AVR、SH、Z80、H8、ARM等系列嵌入式裝置。

支援FATl2、FATl6和FAT32，支援多個存儲媒介、有獨立的緩沖區，可以對多個檔案進行讀／寫，并特别對8位單片機和16位單片機做了優化。

2、移植準備

1）FATFS源代碼的擷取，可以到官網下載下傳：http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html 最新版本是R0.09版本；

2）解壓檔案會得到兩個檔案夾，一個是doc檔案夾，這裡是FATFS的一些使用文檔和說明，以後在檔案程式設計的時候可以檢視該文檔。

另一個是src檔案夾，裡面就是我們所要的源檔案。

3）建立一個STM32的工程，為友善調試，我們應重載printf()底層函數實作序列槽列印輸出，可以參考已經建立好的printf()列印輸出工程。

3、移植

1）在已經建立好的工程目錄User檔案夾下建立兩個檔案夾，FATFS_V0.09和SPI_SD_Card，FATFS_V0.09用于存放FATFS源檔案，SPI_SD_Card用于存放SPI的驅動檔案。

【IoT】FATFS 檔案系統 SPI 方式移植

2）将ff.c添加到工程檔案夾中，并建立diskio.c檔案，在diskio.c檔案中實作五個函數：

DSTATUS disk_initialize (BYTE);//SD卡的初始化
DSTATUS disk_status (BYTE);//擷取SD卡的狀态，這裡可以不用管
DRESULT disk_read (BYTE, BYTE*, DWORD, BYTE);//從SD卡讀取資料
DRESULT disk_write (BYTE, const BYTE*, DWORD, BYTE);//将資料寫入SD卡，若該檔案系統為隻讀檔案系統則不用實作該函數
DRESULT disk_ioctl (BYTE, BYTE, void*);//擷取SD卡檔案系統相關資訊

3）函數實作

FATFS初始化函數：

/* Physical drive nmuber (0..) */
DSTATUS disk_initialize ( BYTE drv )
{
  switch (drv)
  {
    case 0 :
            return RES_OK;
    case 1 :
            return RES_OK;
    case 2 :
            return RES_OK;
    case 3 :
            return RES_OK;
    default:
           return STA_NOINIT;
  }
}

FATFS狀态擷取函數：

/* Physical drive nmuber (0..) */
DSTATUS disk_status ( BYTE drv )
{
        switch (drv)
        {
                case 0 :
                        return RES_OK;
                case 1 :
                        return RES_OK;
                case 2 :
                        return RES_OK;
                default:
                        return STA_NOINIT;
        }
}

FATFS底層讀資料函數：

DRESULT disk_read (
                BYTE drv,                  /* Physical drive nmuber (0..) */
                BYTE *buff,                /* Data buffer to store read data */
                DWORD sector,              /* Sector address (LBA) */
                BYTE count                 /* Number of sectors to read (1..255) */
        )
{
   if( !count )
   {
           return RES_PARERR;  /* count不能等于0，否則傳回參數錯誤 */
   }
   switch (drv)
   {
           case 0:
               if(count==1)            /* 1個sector的讀操作 */
               {
                           return RES_OK;
               }
               else                    /* 多個sector的讀操作 */
               {
                           return RES_OK;
               }
           case 1:
               if(count==1)            /* 1個sector的讀操作 */
               {
                           return RES_OK;
               }
               else                    /* 多個sector的讀操作 */
               {
                           return RES_OK;
               }
           default:
                   return RES_ERROR;
   }
}

FATFS底層寫資料函數：

DRESULT disk_write (
                BYTE drv,                        /* Physical drive nmuber (0..) */
                const BYTE *buff,                /* Data to be written */
                DWORD sector,                /* Sector address (LBA) */
                BYTE count                        /* Number of sectors to write (1..255) */
        )
{
  if( !count )
  {
          return RES_PARERR;  /* count不能等于0，否則傳回參數錯誤 */
  }
  switch (drv)
  {
          case 0:
              if(count==1)            /* 1個sector的寫操作 */
              {
                          return RES_OK;
              }
              else                    /* 多個sector的寫操作 */
              {
                          return RES_OK;
              }
          case 1:
              if(count==1)            /* 1個sector的寫操作 */
              {
                          return RES_OK;
              }
              else                    /* 多個sector的寫操作 */
              {
                          return RES_OK;
              }
          default:return RES_ERROR;
  }
}

FATFS磁盤控制函數：

DRESULT disk_ioctl (
                BYTE drv,                /* Physical drive nmuber (0..) */
                BYTE ctrl,                /* Control code */
                void *buff                /* Buffer to send/receive control data */
        )
{
        if (drv==0)
        {
                switch (ctrl)
                {
                        case CTRL_SYNC :
                                return RES_OK;
                        case GET_SECTOR_COUNT :
                        return RES_OK;
                        case GET_BLOCK_SIZE :
                        return RES_OK;
                        case CTRL_POWER :
                                break;
                        case CTRL_LOCK :
                                break;
                        case CTRL_EJECT :
                                break;
                /* MMC/SDC command */
                        case MMC_GET_TYPE :
                                break;
                        case MMC_GET_CSD :
                                break;
                        case MMC_GET_CID :
                                break;
                        case MMC_GET_OCR :
                                break;
                        case MMC_GET_SDSTAT :
                                break;
                }
    }else if(drv==1){
                switch (ctrl)
                {
                        case CTRL_SYNC :
                                return RES_OK;
                        case GET_SECTOR_COUNT :
                        return RES_OK;
                        case GET_SECTOR_SIZE :
                                return RES_OK;
                        case GET_BLOCK_SIZE :
                        return RES_OK;
                        case CTRL_POWER :
                                break;
                        case CTRL_LOCK :
                                break;
                        case CTRL_EJECT :
                                break;
                /* MMC/SDC command */
                        case MMC_GET_TYPE :
                                break;
                        case MMC_GET_CSD :
                                break;
                        case MMC_GET_CID :
                                break;
                        case MMC_GET_OCR :
                                break;
                        case MMC_GET_SDSTAT :
                                break;
                }
        }
        else{
                return RES_PARERR;
        }
        return RES_PARERR;
}

以上函數都隻是實作一個架構，并沒有做實際的事情，下一步就需要把操作SD卡的程式填充在這個架構裡面。

4）實作 disk_initialize() 函數

該函數在挂載檔案系統的時候會被調用，主要是實作讀寫SD卡前對SD卡進行初始化，根據SD卡的傳輸協定，我們按照如下步驟初始化SD卡：

a、判斷SD卡是否插入，可以通過檢查SD卡卡座的CD腳電平進行判斷，一般插入卡後該引腳會變成低電平;

b、稍微延時一段時間後發送至少74個時鐘給SD卡;

c、發送CMD0指令給SD卡，直到SD卡傳回0x01為止，這裡可以循環多次發送;

程式如下：

/* Start send CMD0 till return 0x01 means in IDLE state */
                for(retry=0; retry<0xFFF; retry++)
                {
                        r1 = MSD0_send_command(CMD0, 0, 0x95);
                        if(r1 == 0x01)
                        {
                                retry = 0;
                                break;
                        }
                }

d、發送CMD8擷取卡的類型，不同類型的卡其初始化方式有所不同;

e、根據卡的類型對卡進行初始化。具體初始化方式可以參考附件程式;

注：在初始化SD卡之前應該初始化SPI接口和相關的管腳。

實作後的程式如下：

DSTATUS disk_initialize (
                BYTE drv                                /* Physical drive nmuber (0..) */
        )
        {
                int Status;
                switch (drv)
                {
                        case 0 :
                                Status = MSD0_Init();
                                if(Status==0){
                                        return RES_OK;
                                }else{
                                        return STA_NOINIT;
                                }
                        case 1 :
                                return RES_OK;
                        case 2 :
                                return RES_OK;
                        case 3 :
                                return RES_OK;
                        default:
                                return STA_NOINIT;
                }
        }

MSD0_Init()函數在SPI_MSD0_Driver.c檔案中實作。

5）實作disk_read()函數

該函數是讀取SD卡扇區資料的函數，根據SD卡資料傳輸協定可知有讀取單扇區和讀取多扇區兩種操作模式，為提高讀檔案的速度應該實作讀取多扇區函數。

實作後的程式如下：

DRESULT disk_read (
                BYTE drv,                /* Physical drive nmuber (0..) */
                BYTE *buff,                /* Data buffer to store read data */
                DWORD sector,        /* Sector address (LBA) */
                BYTE count                /* Number of sectors to read (1..255) */
        )
        {
                int Status;
                if( !count )
                {
                        return RES_PARERR;  /* count不能等于0，否則傳回參數錯誤 */
                }
                switch (drv)
                {
                        case 0:
                            if(count==1)            /* 1個sector的讀操作 */
                            {
                                        Status =  MSD0_ReadSingleBlock( sector ,buff );
                                        if(Status == 0){
                                                return RES_OK;
                                        }else{
                                                return RES_ERROR;
                                        }
                            }
                            else                    /* 多個sector的讀操作 */
                            {
                                        Status = MSD0_ReadMultiBlock( sector , buff ,count);
                                        if(Status == 0){
                                                return RES_OK;
                                        }else{
                                                return RES_ERROR;
                                        }
                            }
                        case 1:
                            if(count==1)            /* 1個sector的讀操作 */
                            {
                                        return RES_OK;
                            }
                            else                    /* 多個sector的讀操作 */
                            {
                                        return RES_OK;
                            }
                        default:
                                return RES_ERROR;
                }
        }

MSD0_ReadSingleBlock()和MSD0_ReadMultiBlock()函數都是SD卡操作的底層函數，我們在SPI_MSD0_Driver.c檔案中實作。

6）實作disk_write()函數

該函數主要實作對SD卡進行寫資料操作，和讀資料操作一樣也分單塊寫和多塊寫，建議實作多塊寫的方式，這樣可以提高寫資料速度。

實作後的程式如下：

DRESULT disk_write (
                BYTE drv,                        /* Physical drive nmuber (0..) */
                const BYTE *buff,                /* Data to be written */
                DWORD sector,                /* Sector address (LBA) */
                BYTE count                        /* Number of sectors to write (1..255) */
        )
        {
                int Status;
                if( !count )
                {
                        return RES_PARERR;  /* count不能等于0，否則傳回參數錯誤 */
                }
                switch (drv)
                {
                        case 0:
                            if(count==1)            /* 1個sector的寫操作 */
                            {
                                        Status = MSD0_WriteSingleBlock( sector , (uint8_t *)(&buff[0]) );
                                        if(Status == 0){
                                                return RES_OK;
                                        }else{
                                                return RES_ERROR;
                                        }
                            }
                            else                    /* 多個sector的寫操作 */
                            {
                                        Status = MSD0_WriteMultiBlock( sector , (uint8_t *)(&buff[0]) , count );
                                        if(Status == 0){
                                                return RES_OK;
                                        }else{
                                                return RES_ERROR;
                                        }
                            }
                        case 1:
                            if(count==1)            /* 1個sector的寫操作 */
                            {
                                        return RES_OK;
                            }
                            else                    /* 多個sector的寫操作 */
                            {
                                        return RES_OK;
                            }
                        default:return RES_ERROR;
                }
        }

MSD0_WriteSingleBlock()和MSD0_WriteMultiBlock()函數都是SD卡操作的底層函數，我們在SPI_MSD0_Driver.c檔案中實作。

7）實作disk_ioctl()函數

該函數在磁盤格式化、擷取檔案系統資訊等操作時會被調用。

實作後的程式如下：

DRESULT disk_ioctl (
                BYTE drv,                /* Physical drive nmuber (0..) */
                BYTE ctrl,                /* Control code */
                void *buff                /* Buffer to send/receive control data */
        )
        {
                if (drv==0)
                {
                        MSD0_GetCardInfo(&SD0_CardInfo);
                        switch (ctrl)
                        {
                                case CTRL_SYNC :
                                        return RES_OK;
                                case GET_SECTOR_COUNT :
                                        *(DWORD*)buff = SD0_CardInfo.Capacity/SD0_CardInfo.BlockSize;
                                return RES_OK;
                                case GET_BLOCK_SIZE :
                                        *(WORD*)buff = SD0_CardInfo.BlockSize;
                                return RES_OK;
                                case CTRL_POWER :
                                        break;
                                case CTRL_LOCK :
                                        break;
                                case CTRL_EJECT :
                                        break;
                        /* MMC/SDC command */
                                case MMC_GET_TYPE :
                                        break;
                                case MMC_GET_CSD :
                                        break;
                                case MMC_GET_CID :
                                        break;
                                case MMC_GET_OCR :
                                        break;
                                case MMC_GET_SDSTAT :
                                        break;
                        }
            }else if(drv==1){
                        switch (ctrl)
                        {
                                case CTRL_SYNC :
                                        return RES_OK;
                                case GET_SECTOR_COUNT :
                                return RES_OK;
                                case GET_SECTOR_SIZE :
                                        return RES_OK;
                                case GET_BLOCK_SIZE :
                                return RES_OK;
                                case CTRL_POWER :
                                        break;
                                case CTRL_LOCK :
                                        break;
                                case CTRL_EJECT :
                                        break;
                        /* MMC/SDC command */
                                case MMC_GET_TYPE :
                                        break;
                                case MMC_GET_CSD :
                                        break;
                                case MMC_GET_CID :
                                        break;
                                case MMC_GET_OCR :
                                        break;
                                case MMC_GET_SDSTAT :
                                        break;
                        }
                }
                else{
                        return RES_PARERR;
                }
                return RES_PARERR;
        }

MSD0_GetCardInfo()函數也在SPI_MSD0_Driver.c檔案中實作，其中SD0_CardInfo為PMSD_CARDINFO類型的全局變量，它在SPI_MSD0_Driver.h檔案中被定義。

8）到此diskio.c這個檔案中的所有函數就已經實作，下一步就是實作SPI_MSD0_Driver.c檔案中的相關函數。

4、檔案系統測試

1）測試寫檔案

測試代碼如下：

    printf("write file test......\n\r");
        res = f_open(&fdst, "0:/test.txt", FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE);
        if(res != FR_OK){
                printf("open file error : %d\n\r",res);
        }else{
                res = f_write(&fdst, textFileBuffer, sizeof(textFileBuffer), &bw);               /* Write it to the dst file */
                if(res == FR_OK){
                        printf("write data ok! %d\n\r",bw);
                }else{
                        printf("write data error : %d\n\r",res);
                }
                /*close file */
                f_close(&fdst);
        }

注意：成功打開檔案後一定要調用f_close()函數，否則資料無法寫入SD卡中。

2）測試讀檔案

        printf("read file test......\n\r");
        res = f_open(&fsrc, "0:/test.txt", FA_OPEN_EXISTING | FA_READ);
        if(res != FR_OK){
                printf("open file error : %d\n\r",res);
        }else{
                res = f_read(&fsrc, buffer, sizeof(textFileBuffer), &br);     /* Read a chunk of src file */
                if(res==FR_OK){
                        printf("read data num : %d\n\r",br);
                        printf("%s\n\r",buffer);
                }else{
                        printf("read file error : %d\n\r",res);
                }
                /*close file */
                f_close(&fsrc);
        }

refer：

http://bbs.21ic.com/icview-883729-1-1.html

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