54...STM32F469I discovery为SD卡添加文件系统

feixiang20

我们使用的SD卡，基本上都是以文件系统的存在访问的。因为所存放在SD卡上的内容是以文件形式存在的，对于普通用户而言，当SD卡插入电脑PC后，访问他的内容就行访问我们电脑的磁盘一样。对于程序员而言，因为文件系统的存在，当操作SD卡时，都可以以文件的打开，读写进行操作，简化了编程的难度。总之各种好处。

本文在此只叙述一个关于轻量级的文件系统的使用，不探讨文件系统如何在SD卡上进行存储分布等等，因为其太过复杂，通常来说，也不是很有必要去理解这个内部的实现，如果真正的使用到特殊应用，再稍微补充就好。下面笼统的介绍一下文件系统。

目前常用的文件系统主要有微软的 FATl2、FATl6、FAT32、NTFS，以及Linux系统下的EXT2、EXT3、EXT4等。由于微软 Windows 的广泛应用，在当前的消费类电子产品中，用得最多的还是 FAT 文件系统，如U盘、MP3、MP4、数码相机等，所以找到一款容易移植和使用、占用硬件资源相对较小而功能又强大的 FAT 开源文件系统，对于单片机系统设计者来说是很重要的。并且对于单片机开发者而言，所要求的文件系统必须满足如下两个要求：

（1）运行占用内存要足够小。

（2）系统稳定强大，易用性强。

FatFs Module 是一种完全免费开源的FAT文件系统模块，专门为小型的嵌入式系统而设计。它完全采用标准C语言编写，所以具有良好的硬件平台独立性，可以移植到8051、PIC、AVR、ARM（包括各个系列的，不过在这里主要针对M系列，其他系列有足够大的内存运行完整的文件系统）等系列单片机上而只需做简单的修改。它支持 FATl2、FATl6 和 FAT32，支持多个存储媒介；有独立的缓冲区，可以对多个文件进行读／写，并特别对 8 位单片机和 16 位单片机做了优化。

FatFs Module一开始就是为了能在不同的单片机上使用而设计的,所以具有良好的层次结构。如下图所示：



整一个文件系统分为三层，二通常普通用户和普通开发者不需要去了解Fatfs Module文件系统的FAT协议和数据结构，只需要调用应用层提供的API（对于普通开发者而言，普通用户直接操作图形界面），比如f_open、f_read、f_write、f_close等接口函数进行操作。中间层 FatFs Module实现了FAT文件读／写协议。FatFs Module 的完全版提供的是ff.c、ff.h文件进行调用。最底层就是关于SD卡的最基本的驱动了，如我的上一篇文章一样，以扇区为单位进行操作SD卡，这就是最底层干的事。二通常我们是需要移植中间层到我们的单片机程序中，即可实现对SD卡以文件系统的方式访问。（注，此段内容来自于百度）。

上文之所以长篇幅介绍FatFs Module文件系统，原因是在ST的例程中已经为我们提供了FatFs Module文件系统作为使用，再因为其为轻量级的文件系统，并且其的运行时占用RAM仅仅有1KB，所以选择它成为了一直必然；另一个原因是FatFs Module文件系统（它是Fatfs的分支，还有其他分支）的设计很实用与SD卡等存储设备。

那么要使用此文件系统，需要做哪些事情呢？下面将一一解答。

1.获取文件系统源码。

源码肯定是在官网获取了，如下图：



上图表述了关于此文件系统的资源和平台。

2.完成SD卡驱动并移植FatFs Module文件系统。

很幸运，在官方已经提供了移植文件系统的教程，只需要做相应的修改，即可将文件系统移植到程序中，并使用。如下图：



没错，上图就是移植教程了，只需要将上图中提到的6个接口进行配置，即可在SD卡上使用文件系统。

disk_initialize函数为初始化SD卡。

disk_status函数为获取SD卡的状态。

disk_read函数为读取SD卡扇区。

disk_write函数为写SD卡扇区。

disk_ioctl函数为SD卡的特性控制操作。

get_fattime函数为获取FAT文件系统的当前时间。

只需要实现以上函数，即可将文件系统使用与SD卡。



如上图即为FatFs Module文件系统的源码了，其实主要就是diskio.c、ff.c、ff_gen_drv.c这三个文件。这就是前面所说的三层了。二移植要干 就是底层，即diskio.c文件。这个文件中默认的内容为disk_initialize、disk_status、disk_read、disk_write、disk_ioctl、get_fattime这几个函数，并且都为空函数，也就是这些函数中没有内容，需要开发者自己去添加操作硬件的实现，这就是移植，非常简单。如下图：







以上即为移植好的这几个函数了，并且此为ST移植好的，我只是借来用用。我并不想说移植的过程，我的目的在于告诉读者知道该从何入手去移植。

3.使用FatFs Module文件系统。



上图为官网中提供的部分文件系统的接口，这也就是应用层了，对应于ff_gen_drv.c文件。一切就只在于调用了。只有使用方法，在官网中也已经详述了。

到这里，搞讲讲我要做的实验了

（1）首先是初始化好设备，然后在SD卡中创建一个文件，最好在文件中写一段话，然后关闭文件。

（2）再打开文件，将文件的内容读取出来，打印在终端中。

下面就是贴代码时间了。

（1）STM32F469基本初始化和必要变量定义



（2）初始化设备并挂载设备。



如上图，STM32F469的时钟初始化，然后是初始化设备，然后是挂载设备，最后是创建文件系统。

（3）创建文件并往文件中写入字符串。



没得说的，打开名为STM32.TXT的文件，注意使用的条件是FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE，意味着，当SD卡中的位置存在此文件是，打开文件，否则常见文件，并且文件的属性可写。然后就是通过f_write函数将定义的字符串写入文件中。最后就是关闭文件了。

（4）读取文件中的内容，并打印出来。



如上图，同样是打开文件，但是是以读的方式打开，然后通过函数f_read读取文件的内容，然后关闭文件。最后将读取到的内容通过printf函数打印到终端。

当然，因为是测试程序，所以在退出时，使用FATFS_UnLinkDriver函数将设备卸载，不再控制设备。

（5）实验结果。

将程序Rebuild编译，然后烧录到板卡中，在终端中打印如下图：



如上图所示，说明程序以及运行成功。字符串“This is STM32 working with FatFs”即为从在SD卡中创建的文件STM32.TXT中读取出来的字符串。为了验证正确性，将SD卡拔出板卡，通过读卡器将其与PC电脑连接，得到如下图：



如上图即为SD卡插入PC电脑后的内容了，可以看到它的内容为STM32.TXT文件，并且才文件的属性，创建时间等等也能够查出啦。

4.总结：本文简单的介绍了文件系统的使用，并基于STM32F469平台做了实例验证。本文只给出一个使用轻量级文件系统的使用方法，和使用思路，并未谈及文件系统的实现原理等等。其实这已经实用与大多数的开发。