第一百零八章：CH32V103应用教程——文件系统FatFs

草帽王子 · 发表于 2021-9-10 16:03:42

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本帖最后由草帽王子于 2021-11-30 01:37 编辑

前面教程中介绍过SPI读写FLASH，此外在论坛中看到很多朋友在此基础上运行FatFs文件系统，参考各位朋友帖子，整理汇总一下，写一个帖子。

1、FatFs简介

FatFs是一个通用的文件系统(FAT/exFAT)模块，用于在小型嵌入式系统中实现FAT文件系统。 FatFs 组件的编写遵循ANSI C(C89)，完全分离于磁盘 I/O 层,因此不依赖于硬件平台。它可以嵌入到资源有限的微控制器中，如 8051, PIC, AVR, ARM, Z80, RX等等，不需要做任何修改。

关于FatFs的具体介绍以及FatFs文件系统的源码，可去FatFs官网浏览下载，链接如下：FatFs - Generic FAT Filesystem Module

下载解压打开文件系统源码文件，可以看见里面包含两个文件夹，如下图。其中，documents文件夹下是一些帮助文档，source文件夹下是文件系统源码。本章教程主要用到source文件夹下源码文件，因此对其做主要介绍。

CH32V CH573单片机芯片-第一百零八章：CH32V103应用教程——文件系统FatFsrisc-v单片机中文社区(1)

CH32V CH573单片机芯片-第一百零八章：CH32V103应用教程——文件系统FatFsrisc-v单片机中文社区(2)

diskio.c文件：是FatFs和disk I/O模块接口文件，是与平台相关的代码，需要用户根据存储介质来编写函数。
diskio.h文件：是FatFs和disk I/O模块的公共包含文件，不需要用户修改。
ff.c文件：是FatFs模块源码，不需要用户修改。
ff.h文件：是FatFs和应用程序模块的通用包含文件，不需要用户修改。
ffconf.h文件：是FatFs模块的配置文件，需要用户根据需求来配置。
ffsystem.c文件，是可选的操作系统对接的各接口相关实现示例。
ffunicode.c文件，是可选的Unicode相关的转换函数，包含了多语言支持需要用到的文件和转换函数。

根据上述描述，因此我们在使用FatFs的时候只需要对diskio.c、ffconf.h、ffunicode.c三个文件进行配置修改即可。

2、硬件设计

本章教程使用SPI读写FLASH，由原理图可知，其片选信号通过电阻R11连接，但开发板默认R11是断开的，因此在使用FLASH之前需将R11短接。

CH32V CH573单片机芯片-第一百零八章：CH32V103应用教程——文件系统FatFsrisc-v单片机中文社区(3)

3、软件设计

本次教程在SPI读写FLASH程序基础上进行，本章教程将FatFs源码添加到工程之后对diskio.c、ffconf.h、ffunicode.c三个文件进行配置修改，在此只介绍diskio.c文件的修改，其他见工程。

diskio.c文件

/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* 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 "diskio.h" /* Declarations of disk functions */
/* 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 */
/* 为每个设备定义一个物理编号 */
#define ATA 1 // 预留SD卡使用
#define SPI_FLASH 0 // 外部SPI Flash
/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Get Drive Status */
/*-----------------------------------------------------------------------*/
DSTATUS disk_status (
BYTE pdrv /* Physical drive nmuber to identify the drive */
)
{
DSTATUS status = STA_NOINIT;
switch (pdrv)
{
case ATA: /* SD CARD */
break;
case SPI_FLASH:
/* SPI Flash状态检测：读取SPI Flash 设备ID */
if(W25Q16 == SPI_Flash_ReadID())
{
/* 设备ID读取结果正确 */
status &= ~STA_NOINIT;
}
else
{
/* 设备ID读取结果错误 */
status = STA_NOINIT;;
}
break;
default:
status = STA_NOINIT;
break;
}
return status;
}
/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Inidialize a Drive */
/*-----------------------------------------------------------------------*/
DSTATUS disk_initialize (
BYTE pdrv /* Physical drive nmuber to identify the drive */
)
{
DSTATUS status = STA_NOINIT;
switch (pdrv)
{
case ATA: /* SD CARD */
break;
case SPI_FLASH: /* SPI Flash */
/* 初始化SPI Flash */
SPI_Flash_Init();
/* 获取SPI Flash芯片状态 */
status=disk_status(SPI_FLASH);
break;
default:
status = STA_NOINIT;
break;
}
return status;
}
/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* 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 status = RES_PARERR;
switch (pdrv)
{
case ATA: /* SD CARD */
break;
case SPI_FLASH:
SPI_Flash_Read(buff, sector <<12, count<<12);
status = RES_OK;
break;
default:
status = RES_PARERR;
break;
}
return status;
}
/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Write Sector(s) */
/*-----------------------------------------------------------------------*/
#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 status = RES_PARERR;
if (!count) {
return RES_PARERR; /* Check parameter */
}
switch (pdrv)
{
case ATA: /* SD CARD */
break;
case SPI_FLASH:
SPI_Flash_Erase_Sector(sector);
SPI_Flash_Write((uint8_t *)buff,sector<<12,count<<12);
status = RES_OK;
break;
default:
status = RES_PARERR;
break;
}
return status;
}
#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 status = RES_PARERR;
switch (pdrv)
{
case ATA: /* SD CARD */
break;
case SPI_FLASH:
switch (cmd)
{
/* 扇区数量：1536*4096/1024/1024=6(MB) */
case GET_SECTOR_COUNT:
*(DWORD * )buff = 512;
break;
/* 扇区大小 */
case GET_SECTOR_SIZE :
*(WORD * )buff = 4096;
break;
/* 同时擦除扇区个数 */
case GET_BLOCK_SIZE :
*(DWORD * )buff = 1;
break;
}
status = RES_OK;
break;
default:
status = RES_PARERR;
break;
}
return status;
}
DWORD get_fattime(void) {
/* 返回当前时间戳 */
return ((DWORD)(2015 - 1980) << 25) /* Year 2015 */
| ((DWORD)1 << 21) /* Month 1 */
| ((DWORD)1 << 16) /* Mday 1 */
| ((DWORD)0 << 11) /* Hour 0 */
| ((DWORD)0 << 5) /* Min 0 */
| ((DWORD)0 >> 1); /* Sec 0 */
}

复制代码

关于程序理解可见注释。

Main.c文件

/********************************** (C) COPYRIGHT *******************************
* File Name : main.c
* Author : WCH
* Version : V1.0.0
* Date : 2020/04/30
* Description : Main program body.
*******************************************************************************/
#include "debug.h"
#include "spi.h"
#include "diskio.h" /* FatFs lower layer API */
#include "ff.h" /* FatFs lower layer API */
#include "string.h"
FATFS fs; /* FatFs文件系统对象 */
FIL fnew; /* 文件对象 */
FRESULT res_flash; /* 文件操作结果 */
DIR dire; // 目录对象
FILINFO fnow; // 定义静态文件信息结构对象
UINT fnum; /* 文件成功读写数量 */
BYTE ReadBuffer[1024]={0}; /* 读缓冲区 */
BYTE WriteBuffer[] = /* 写缓冲区*/
"这是一个基于CH32V103串行Flash的fatfs的评测实验\r\n";
BYTE work[FF_MAX_SS];
FRESULT scan_files (
char* path /* Start node to be scanned (***also used as work area***) */
);
/*******************************************************************************
* Function Name : main
* Description : Main program.
* Input : None
* Return : None
*******************************************************************************/
int main(void)
{
char pathBuff[256]; //定义路径数组
char filename[20];
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
Delay_Init();
USART_Printf_Init(115200);
SPI_Flash_Init();
printf("****** 这是一个SPI FLASH 文件系统实验 ******\r\n");
printf("FLASH正在整体擦除....\r\n");
SPI_Flash_Erase_Chip();
printf("FLASH整体擦除完毕....\r\n");
//在外部SPI Flash挂载文件系统，文件系统挂载时会对SPI设备初始化
//初始化函数调用流程如下
//f_mount()->find_volume()->disk_initialize->SPI_FLASH_Init()
//f_mount:注册或注销一个工作区域
//f_mount 函数有三个形参，
//第一个参数是指向 FATFS 变量指针，如果赋值为 NULL 可以取消物理设备挂载。
//第二个参数为逻辑设备编号，使用设备根路径表示，与物理设备编号挂钩，在diskio.c文件中我们定义 SPI Flash 芯片物理编号为 0，所以这里使用“0：”。
//第三个参数可选 0 或 1， 1 表示立即挂载， 0 表示不立即挂载，延迟挂载。
//f_mount 函数会返回一个 FRESULT 类型值，指示运行情况。
//返回值：FR_OK (0)，函数成功 FR_INVALID_DRIVE，驱动器无效
res_flash = f_mount(&fs,"0:",1);
if(res_flash==FR_OK)
{
printf("》文件系统挂载成功\r\n");
}
else
{
printf("！！文件系统挂载失败：(%d)\r\n",res_flash);
}
/*----------------------- 格式化测试 -----------------*/
/* 如果没有文件系统就格式化创建创建文件系统 */
//如果 f_mount 函数返回值为 FR_NO_FILESYSTEM，说明没有 FAT 文件系统，比如新出厂的 SPI Flash 芯片就没有 FAT 文件系统。我们就必须对物理设备进行格式化处理。
if(res_flash == FR_NO_FILESYSTEM)
{
printf("》FLASH还没有文件系统，即将进行格式化...\r\n");
/* 格式化 */
//f_mkfs:在驱动器上创建一个文件系统
//f_mkfs 函数有三个形参，
//第一个参数为逻辑设备编号；
//第二参数可选 0 或者 1， 0 表示设备为一般硬盘， 1 表示设备为软盘。
//第三个参数指定扇区大小，如果为 0，表示通过代码 disk_ioctl 函数获取。格式化成功后需要先取消挂载原来设备，再重新挂载设备
res_flash=f_mkfs("0:",0,work,sizeof(work));
if(res_flash == FR_OK)
{
printf("》FLASH已成功格式化文件系统。\r\n");
/* 格式化后，先取消挂载 */
res_flash = f_mount(NULL,"0:",1);
/* 重新挂载 */
res_flash = f_mount(&fs,"0:",1);
}
else
{
printf("《《格式化失败。》》\r\n");
while(1);
}
}
else if(res_flash!=FR_OK)
{
printf("！！外部Flash挂载文件系统失败。(%d)\r\n",res_flash);
printf("！！可能原因：SPI Flash初始化不成功。\r\n");
while(1);
}
else
{
printf("》文件系统挂载成功，可以进行读写测试\r\n");
}
/*----------------------- 文件系统测试：创建文件目录 -------------------*/
//strcpy:strcpy把含有'\0'结束符的字符串复制到另一个地址空间，返回值的类型为char*
strcpy(filename, "123");
//f_mkdir:创建一个目录
res_flash = f_mkdir(filename);
if(res_flash==FR_OK)
{
printf("》文件夹%s创建成功\r\n",filename);
}
else if(res_flash==FR_EXIST)
{
printf("！！文件夹已存在：(%d)\r\n",res_flash);
}
else
{
printf("！！文件夹创建失败：(%d)\r\n",res_flash);
}
strcpy(filename, "123/456");
res_flash = f_mkdir(filename);
if(res_flash==FR_OK)
{
printf("》文件夹%s创建成功\r\n",filename);
}
else if(res_flash==FR_EXIST)
{
printf("！！文件夹已存在：(%d)\r\n",res_flash);
}
else
{
printf("！！文件夹创建失败：(%d)\r\n",res_flash);
}
strcpy(filename, "123/456/789");
res_flash = f_mkdir(filename);
if(res_flash==FR_OK)
{
printf("》文件夹%s创建成功\r\n",filename);
}
else if(res_flash==FR_EXIST)
{
printf("！！文件夹已存在：(%d)\r\n",res_flash);
}
else
{
printf("！！文件夹创建失败：(%d)\r\n",res_flash);
}
/*----------------------- 文件系统测试：写测试 -------------------*/
/* 打开文件，每次都以新建的形式打开，属性为可写 */
printf("\r\n****** 即将进行文件写入测试... ******\r\n");
//f_open:打开或创建一个文件 FA_CREATE_ALWAYS:创建一个新文件，如果文件已存在，则它将被被截断并覆盖
res_flash = f_open(&fnew, "0:123/456/789/CH32V103x.txt",FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE );
if ( res_flash == FR_OK )
{
printf("》打开/创建CH32V103x.txt文件成功，向文件写入数据。\r\n");
/* 将指定存储区内容写入到文件内 */
//f_write:写文件
res_flash=f_write(&fnew,WriteBuffer,sizeof(WriteBuffer),&fnum);
if(res_flash==FR_OK)
{
printf("》文件写入成功，写入字节数据：%d\r\n",fnum);
printf("》向文件写入的数据为：\r\n%s\r\n",WriteBuffer);
}
else
{
printf("！！文件写入失败：(%d)\n",res_flash);
}
/* 不再读写，关闭文件 */
//f_close:关闭一个文件
f_close(&fnew);
}
else
{
printf("！！打开/创建文件失败。\r\n");
}
/*------------------- 文件系统测试：读测试 --------------------------*/
printf("****** 即将进行文件读取测试... ******\r\n");
//f_open:打开或创建一个文件 FA_OPEN_EXISTING:打开一个文件，如果文件不存在，则打开失败（默认）
res_flash = f_open(&fnew, "0:123/456/789/CH32V103x.txt",FA_OPEN_EXISTING | FA_READ);
if(res_flash == FR_OK)
{
printf("》打开文件成功。\r\n");
//f_read:读文件
res_flash = f_read(&fnew, ReadBuffer, sizeof(ReadBuffer), &fnum);
if(res_flash==FR_OK)
{
printf("》文件读取成功,读到字节数据：%d\r\n",fnum);
printf("》读取得的文件数据为：\r\n%s \r\n", ReadBuffer);
}
else
{
printf("！！文件读取失败：(%d)\n",res_flash);
}
}
else
{
printf("！！打开文件失败。\r\n");
}
/* 不再读写，关闭文件 */
f_close(&fnew);
printf("*************** 文件信息获取测试 **************\r\n");
/* 操作完成，停机 */
printf("》开始扫描文件目录....\r\n");
strcpy(pathBuff, "");
scan_files(pathBuff);
/* 不再使用文件系统，取消挂载文件系统 */
//f_mount：注册或注销一个工作区域
f_mount(NULL,"0:",1);
while(1)
{
}
}
FRESULT scan_files (
char* path /* Start node to be scanned (***also used as work area***) */
)
{
FRESULT res;
DIR dir;
UINT i;
static FILINFO fno;
//f_opendir:打开一个目录
res = f_opendir(&dir, path); /* Open the directory */
if (res == FR_OK)
{
for (;;)
{
//f_readdir:读取目录条目
res = f_readdir(&dir, &fno); /* Read a directory item */
if (res != FR_OK || fno.fname[0] == 0) break; /* Break on error or end of dir */
if (fno.fattrib & AM_DIR)//假如是文件夹
{
/* It is a directory */
i = strlen(path); //计算出路径长度
sprintf(&path[i], "/%s", fno.fname); //文件名加到路径后面
res = scan_files(path); /* Enter the directory */
if (res != FR_OK) break;
path[i] = 0;
}
else
{ /* It is a file. */
printf("%s/%s\r\n", path, fno.fname);
}
}
//f_closedir:关闭一个已经打开的目录
f_closedir(&dir);
}
return res;
}