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【文件系统】嵌入式文件系统Fatfs简介

时间：2024-11-02 20:19:56浏览次数：1  
标签：10 res 文件系统 嵌入式 Fatfs tftlcd define data SD

Fatfs

1.Fatfs简介

FatFs（File Allocation Table File System）是一个专为小型嵌入式系统设计的通用FAT文件系统模块。它完全由ANSI C语言编写，独立于硬件平台，因此具有很好的可移植性。FatFs支持FAT12、FAT16和FAT32文件系统，可以用于各种嵌入式平台，包括但不限于8051、PIC、AVR、SH、Z80、H8、ARM等系列单片机。

FatFs的主要特点包括：

  1. 多平台支持：由于使用ANSI C编写，FatFs可以在多种操作系统上运行，如Linux、Android、MacOS和Windows。
  2. 配置灵活性：通过ffconf.h配置文件，可以开启或关闭各种功能，以适应不同的应用需求。
  3. 支持多种文件系统：支持FAT12、FAT16和FAT32，以及exFAT格式。
  4. 支持多卷：可以支持多个存储媒介，最多可达10个卷。
  5. 支持长文件名：支持ANSI/OEM或Unicode编码的长文件名。
  6. 支持RTOS：适合在实时操作系统（RTOS）中使用。
  7. 多种扇区大小支持：支持多种扇区大小，适应不同的存储设备。
  8. 只读和最小化API：提供只读模式、最小化的API和I/O缓冲区配置，以满足不同应用的需求。

FatFs模块层次结构包括底层接口（包括存储媒介读写接口disk I/O和实时时钟），中间层FATFS模块（实现FAT文件读写协议），以及最顶层的应用层（提供一系列应用接口函数，如f_open、f_read、f_write和f_close等）。

FatFs广泛应用于嵌入式系统和物联网设备中，如智能家居、工业控制、消费电子等领域，特别是在需要访问可移动存储介质（如SD卡、USB闪存驱动器等）的应用中。

image

2.FatFs特性

  • 兼容 DOS/Windows 的 FAT/exFAT 文件系统。
  • 独立于平台。易于移植。
  • 程序代码和工作区占用空间极小。
  • 支持多种配置选项：
    • ANSI/OEM 或 Unicode 长文件名。
    • exFAT 文件系统、64 位 LBA 和 GPT，适用于大型存储设备。
    • RTOS 的线程安全
    • 多卷 (物理驱动器和分区）
    • 可变扇区大小
    • 多个代码页，包括 DBCS。
    • 只读、可选 API、I/O 缓冲区等。

3.FatFs接口

3.1 FatFs应用接口

如下图所示，FatFs 为应用程序提供各种文件系统功能。

image

  • 文件访问
    • f_open - 打开/创建一个文件
    • f_close - 关闭一个打开的文件
    • f_read - 从文件中读取数据
    • f_write - 写入数据到文件中
    • f_lseek - 移动读/写指针，扩展尺寸
    • f_truncate - 截断文件大小
    • f_sync - 刷新缓存数据
    • f_forward - 将数据转发到数据流
    • f_expand - 为文件分配一个连续块
    • f_gets - 读取字符串
    • f_puts - 写一个字符
    • f_printf - 写入格式化字符串
    • f_tell - 获取当前读/写指针
    • f_eof - 文件结束测试
    • f_size - 获取尺寸
    • f_error - 测试错误
  • 路径访问
    • f_opendir - 打开一个路径
    • f_closedir - 关闭一个路径
    • f_readdir - 读取目录项
    • f_findfirst - 打开一个目录，读取匹配的第一个项目
    • f_findnext - 阅读匹配的下一个项目
  • 文件和路径管理
    • f_stat - 检查文件或子目录是否存在
    • f_unlink - 删除文件或子目录
    • f_rename - 重命名/移动文件或子目录
    • f_chmod - 更改文件或子目录的属性
    • f_utime - 更改文件或子目录的时间戳
    • f_mkdir - 创建子目录
    • f_chdir - 更改当前目录
    • f_chdrive - 更改当前驱动器
    • f_getcwd - 读取当前目录和驱动器
  • 卷管理和系统配置
    • f_mount - 注册/取消注册卷的工作区
    • f_mkfs - 在逻辑驱动器上创建 FAT 卷
    • f_fdisk - 在物理驱动器上创建分区
    • f_getfree - 获取卷上的可用空间
    • f_getlabel - 获取卷标
    • f_setlabel - 设置卷标签
    • f_getlabel - 获取卷标签
    • f_setcp - 设置活动代码页

3.2存储媒介访问接口

由于 FatFs 模块是独立于平台和存储介质的文件系统层，因此它与存储卡、硬盘和任何类型的存储设备等物理设备完全分离。 存储设备控制模块不是 FatFs 模块的一部分，需要由实现者提供。 FatFs 通过下图所示的简单媒体访问接口控制存储设备。 一些平台的实现示例也可从下载中获取。

image

  • 存储设备控制
    • disk_status - 获取设备状态
    • disk_initialize - 初始化设备
    • disk_read - 读取数据
    • disk_write - 写入数据
    • disk-ioctl - 控制设备相关功能
  • 实时时间时钟
    • get_fattime - 获取当前时间

4.FatFs移植

4.1 FatFs源码下载

R0.15下载地址：

FatFs - Generic FAT Filesystem Module (elm-chan.org)

4.2 FatFs移植

将FatFs源码添加到工程中，然后修改diskio.c，用于打通文件系统的软件部分与存储硬件驱动：

/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* 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 "EN25Q128.h"
#include "malloc.h"	
#include "sdio_sdcard.h"
#include "system.h"
#include "usart.h"

/* Definitions of physical drive number for each drive */
#define DEV_FLASH   1	/* Example: Map MMC/Flash to physical drive 1 */
#define DEV_SD      0   /* Example: Map SD to physical drive 3 */


#define FLASH_SECTOR_SIZE 	512		
//对于EN25Q128
//前12M字节给fatfs用,12M字节后,用于存放字库,字库占用3.09M. 剩余部分给自己用	 			    
u16	    FLASH_SECTOR_COUNT=2048*12;	//EN25Q128,前12M字节给FATFS占用
#define FLASH_BLOCK_SIZE   	8     	//每个BLOCK有8个扇区

/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Get Drive Status                                                      */
/*-----------------------------------------------------------------------*/

DSTATUS disk_status (
	BYTE pdrv		/* Physical drive nmuber to identify the drive */
)
{
	return STA_NOINIT;
}


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

DSTATUS disk_initialize (
	BYTE pdrv				/* Physical drive nmuber to identify the drive */
)
{
	u8 res=0;	 

	switch (pdrv) {
	case DEV_FLASH :
		while(EN25Q128 != EN25QXX_Init())				//初始化EN25Q128	
  		{
			printf("EN25Q128 Init Error!\r\n");
		}
		FLASH_SECTOR_COUNT=2048*12;//EN25Q1218,前12M字节分配给FATFS
		break;
	case DEV_SD :
		while(res = SD_Init())//检测不到SD卡
		{
			printf("SD Card Error!\r\n");		
		}
		break;
	default:
		res = 1;
		break;
	}
	if(res)return  STA_NOINIT;
	else return 0; //初始化成功 
}



/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* 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 */
)
{
	u8 res=0; 
    if (!count)return RES_PARERR;//count不能等于0，否则返回参数错误		 	 
	switch(pdrv)
	{
		case DEV_SD://SD卡
			res=SD_ReadDisk(buff,sector,count);	 
			while(res)//读出错
			{
				SD_Init();	//重新初始化SD卡
				res=SD_ReadDisk(buff,sector,count);	
				//printf("sd rd error:%d\r\n",res);
			}
			break;
		case DEV_FLASH://外部flash
			for(;count>0;count--)
			{
				EN25QXX_Read(buff,sector*FLASH_SECTOR_SIZE,FLASH_SECTOR_SIZE);
				sector++;
				buff+=FLASH_SECTOR_SIZE;
			}
			res=0;
			break;
		default:
			res=1; 
	}
   //处理返回值，将SPI_SD_driver.c的返回值转成ff.c的返回值
    if(res==0x00)return RES_OK;	 
    else return RES_ERROR;	
}



/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* 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 */
)
{
u8 res=0;  
    if (!count)return RES_PARERR;//count不能等于0，否则返回参数错误		 	 
	switch(pdrv)
	{
		case DEV_SD://SD卡
			res=SD_WriteDisk((u8*)buff,sector,count);
			while(res)//写出错
			{
				SD_Init();	//重新初始化SD卡
				res=SD_WriteDisk((u8*)buff,sector,count);	
				//printf("sd wr error:%d\r\n",res);
			}
			break;
		case DEV_FLASH://外部flash
			for(;count>0;count--)
			{										    
				EN25QXX_Write((u8*)buff,sector*FLASH_SECTOR_SIZE,FLASH_SECTOR_SIZE);
				sector++;
				buff+=FLASH_SECTOR_SIZE;
			}
			res=0;
			break;
		default:
			res=1; 
	}
    //处理返回值，将SPI_SD_driver.c的返回值转成ff.c的返回值
    if(res == 0x00)return RES_OK;	 
    else return RES_ERROR;	
}

#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;						  			     
	if(pdrv==DEV_SD)//SD卡
	{
	    switch(cmd)
	    {
		    case CTRL_SYNC:
				res = RES_OK; 
		        break;	 
		    case GET_SECTOR_SIZE:
				*(DWORD*)buff = 512; 
		        res = RES_OK;
		        break;	 
		    case GET_BLOCK_SIZE:
				*(WORD*)buff = SDCardInfo.CardBlockSize;
		        res = RES_OK;
		        break;	 
		    case GET_SECTOR_COUNT:
		        *(DWORD*)buff = SDCardInfo.CardCapacity/512;
		        res = RES_OK;
		        break;
		    default:
		        res = RES_PARERR;
		        break;
	    }
	}else if(pdrv==DEV_FLASH)	//外部FLASH  
	{
	    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;
	    }
	}else res=RES_ERROR;//其他的不支持
    return res;
}

DWORD get_fattime(void)
{
	return 0;
}

// 动态分配内存
void *ff_memalloc(UINT size)
{
	return (void*)mymalloc(SRAM_IN,size);
}

void ff_memfree(void *mf)
{
	myfree(SRAM_IN,mf);
}

再增加一个fatfs_app.c文件用于为文件系统对象申请内存，创建对象

#ifndef _fatfs_app_H
#define _fatfs_app_H


#include "system.h"
#include "ff.h" 


typedef struct
{
	uint8_t type[6];		   //后缀6个字节
	uint8_t name[100];		   //路径和文件名字100个字节（支持25个汉字大小名字）
} FileNameTypeDef;


extern FATFS *fs[FF_VOLUMES];  
extern FIL *file;	 
extern FIL *ftemp;	 
extern UINT br,bw;
extern FILINFO fileinfo;
extern DIR dir;
extern u8 *fatbuf;//SD卡数据缓存区


//f_typetell返回的类型定义
//根据表FILE_TYPE_TBL获得.在exfuns.c里面定义
#define T_BIN		0X00	//bin文件
#define T_LRC		0X10	//lrc文件
#define T_NES		0X20	//nes文件

#define T_TEXT		0X30	//.txt文件
#define T_C			0X31	//.c文件
#define T_H			0X32    //.h文件

#define T_WAV		0X40	//WAV文件
#define T_MP3		0X41	//MP3文件 
#define T_APE		0X42	//APE文件
#define T_FLAC		0X43	//FLAC文件

#define T_BMP		0X50	//bmp文件
#define T_JPG		0X51	//jpg文件
#define T_JPEG		0X52	//jpeg文件		 
#define T_GIF		0X53	//gif文件   

#define T_AVI		0X60	//avi文件  


#define	TYPE_BIN		(0X00)
#define	TYPE_LRC		(0X10)
#define	TYPE_GAME		(0X20)
#define	TYPE_TEXT		(0X30)
#define	TYPE_MUSIC		(0X40)
#define	TYPE_PICTURE	(0X50)

 
u8 FATFS_Init(void);							//申请内存
u8 FATFS_GetFree(u8 *drv,u32 *total,u32 *free);	//得到磁盘总容量和剩余容量

#endif


#include "fatfs_app.h"
#include "malloc.h"
#include "string.h"

#define FILE_MAX_TYPE_NUM    7     // 最多FILE_MAX_TYPE_NUM个大类
#define FILE_MAX_SUBT_NUM    4     // 最多FILE_MAX_SUBT_NUM个小类

// 文件类型列表
u8* const FILE_TYPE_TBL[FILE_MAX_TYPE_NUM][FILE_MAX_SUBT_NUM] = 
{
{"BIN"},
{"LRC"},
{"NES"},			//NES文件
{"TXT","C","H"},	//文本文件
{"WAV","MP3","APE","FLAC"},//支持的音乐文件
{"BMP","JPG","JPEG","GIF"},//图片文件
{"AVI"},			//视频文件
};

///////////////////////////////公共文件区,使用malloc的时候////////////////////////////////////////////
// 公共文件区,使用malloc的时候
FATFS *fs[FF_VOLUMES];     // 逻辑磁盘工作区.	
FIL *file;               // 文件1
FIL *ftemp;	  		     // 文件2.
UINT br,bw;			     // 读写变量
FILINFO fileinfo;	     // 文件信息
DIR dir;  			     // 目录

u8 *fatbuf;			     // SD卡数据缓存区

// SD卡数据缓存区
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//为exfuns申请内存
//返回值:0,成功
//1,失败
u8 FATFS_Init(void)
{
    u8 i;
    for(i = 0;i < FF_VOLUMES;i++)
    {
        fs[i] = (FATFS*)mymalloc(SRAM_IN,sizeof(FATFS));   // 为磁盘i工作区申请内存	
        if(!fs[i])
			break;
    }
    file = (FIL*)mymalloc(SRAM_IN,sizeof(FIL));            // 为file申请内存
    ftemp = (FIL*)mymalloc(SRAM_IN,sizeof(FIL));		   // 为ftemp申请内存
    fatbuf = (u8*)mymalloc(SRAM_IN,512);				   // 为fatbuf申请内存
    if(i == FF_VOLUMES&&file&&ftemp&&fatbuf) return 0;     // 申请有一个失败,即失败.
    else return 1;
}

//得到磁盘剩余容量
//drv:磁盘编号("0:"/"1:")
//total:总容量	 （单位KB）
//free:剩余容量	 （单位KB）
//返回值:0,正常.其他,错误代码
u8 FATFS_GetFree(u8 *drv,u32 *total,u32 *free)
{
    FATFS *fs1;
	u8 res;
    u32 fre_clust=0, fre_sect=0, tot_sect=0;
    //得到磁盘信息及空闲簇数量
    res =(u32)f_getfree((const TCHAR*)drv, (DWORD*)&fre_clust, &fs1);
    if(res==0)
	{											   
	    tot_sect=(fs1->n_fatent-2)*fs1->csize;	//得到总扇区数
	    fre_sect=fre_clust*fs1->csize;			//得到空闲扇区数	   
#if FF_MAX_SS!=512				  				//扇区大小不是512字节,则转换为512字节
		tot_sect*=fs1->ssize/512;
		fre_sect*=fs1->ssize/512;
#endif	  
		*total=tot_sect>>1;	//单位为KB
		*free=fre_sect>>1;	//单位为KB 
 	}
	return res;
}

编写测试程序：

#include "system.h"
#include "SysTick.h"
#include "led.h"
#include "usart.h"
#include "tftlcd.h" 
#include "malloc.h" 
#include "sdio_sdcard.h" 
#include "EN25Q128.h"
#include "ff.h" 
#include "fatfs_app.h"



int main()
{	
	u8 i=0;
	u32 free_sd,total_sd,free_mmc,total_mmc;
	u8 res=0;
	
	SysTick_Init(168);
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);  //中断优先级分组 分2组
	LED_Init();
	USART1_Init(9600);
	TFTLCD_Init();			    //LCD初始化
	my_mem_init(SRAM_IN);		//初始化内部内存池
    FATFS_Init();				//为fatfs相关变量申请内存				 

	FRONT_COLOR=RED;//设置字体为红色 
	LCD_ShowString(10,10,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"PRECHIN STM32F4");	
	LCD_ShowString(10,30,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"Fatfs Test");	
	LCD_ShowString(10,50,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"www.prechin.net");
	

    res = f_mount(fs[0],"0:",1); 		//挂载SD卡
    if(res!=FR_OK)
	{
		//LCD_ShowString(10,80,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"Flash Disk Format Error ");	//格式化失败
        printf(" fs[0] res = %d\n",res);
        delay_ms(1000);
        return res;
	}

    res = f_mount(fs[1],"1:",1); 	//挂载FLASH.
	if(res!=FR_OK)
	{
		//LCD_ShowString(10,80,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"Flash Disk Format Error ");	//格式化失败
        printf("fs[1] res = %d\n",res);
        delay_ms(1000);
        return res;
	}	

	
 	FRONT_COLOR=BLUE;	//设置字体为蓝色 
	//检测SD卡成功 			
	printf("SD Card & EN25Q128 OK!\r\n");	
	LCD_ShowString(10,100,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"SD Card & EN25Q128 OK    ");
	
	LCD_Fill(10,80,tftlcd_data.width,80+16,WHITE);		//清除显示
	while(FATFS_GetFree("0:",&total_sd,&free_sd))	//得到SD卡的总容量和剩余容量
	{
		LCD_ShowString(10,80,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"SD Card Fatfs Error!");
		delay_ms(200);
		led2=!led2;
	}			
    while(FATFS_GetFree("1:",&total_mmc,&free_mmc))	//得到SD卡的总容量和剩余容量
	{
		LCD_ShowString(10,80,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"flash Fatfs Error!");
		delay_ms(200);
		led2=!led2;
	}		
	LCD_ShowString(10,80,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"FATFS OK!");	 
	LCD_ShowString(10,100,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"SD Total Size:     MB");	 
	LCD_ShowString(10,120,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"SD  Free Size:     MB"); 	  
    LCD_ShowString(10,140,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"FLASH Total Size:     MB");	 
	LCD_ShowString(10,160,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height,16,"FLASH  Free Size:     MB");   
 	LCD_ShowNum(10+8*14,100,total_sd>>10,5,16);	//显示SD卡总容量 MB
 	LCD_ShowNum(10+8*14,120,free_sd>>10,5,16);     //显示SD卡剩余容量 MB
    LCD_ShowNum(10+8*14,140,total_mmc>>10,5,16);	//显示MMC卡总容量 MB
 	LCD_ShowNum(10+8*14,160,free_mmc>>10,5,16);     //显示MMC卡剩余容量 MB
	
	while(1)
	{
		i++;
		if(i%10==0)
		{
			led1=!led1;
		}
		delay_ms(10);	
	}
}

参考资料：

Fatfs中的doc目录

标签：10,res,文件系统,嵌入式,Fatfs,tftlcd,define,data,SD
From： https://www.cnblogs.com/Wangzx000/p/18522414

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