2022年10月12日 | 基于STM32完成FATFS文件系统移植与运用

一、环境介绍

主控MCU: STM32F103ZET6 

STM32程序开发IDE: keil5

STM32程序风格:  采用寄存器方式开发，注释齐全，执行效率高，方便移植

硬件包含:  一块STM32F103ZET6系统板、一个SPI接口的SD卡卡槽模块、一张SD卡

工程完整源码下载地址:  https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/19687693

这篇文章主要演示FATFS文件系统如何移植到自己的工程，并完成文件的读写。

因为SD卡采用的是SPI模拟时序，所以，其他单片机一样可以照着移植，代码都可以复制粘贴的。

二、FATFS文件系统介绍

2.1 FATFS简介

FatFs 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、 SH、 Z80、 H8、 ARM 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。

2.2 特点

 Windows兼容的FAT文件系统

不依赖于平台，易于移植

代码和工作区占用空间非常小

 多种配置选项

多卷(物理驱动器和分区)

 多ANSI/OEM代码页，包括DBCS

在ANSI/OEM或Unicode中长文件名的支持

RTOS的支持

多扇区大小的支持

只读，最少API，I/O缓冲区等等

2.3 移植性

fatfs模块是ANSI C(C89)编写的。 没有平台的依赖, 编译器只要符合ANSI C标准就可以编译。

fatf模块假设大小的字符/短/长8/16/32位和int是16或32位。 这些数据类型在integer.h文件中定义。这些数据类型在大多数的编译器中定义都符合要求。 如果现有的定义与编译器有任何冲突发生时，需要自己解决。

2.4 源码下载

下载地址：http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html

FATFS有两个版本，一个大版本，一个小版本。小版本主要用于8位机(内存小)使用。

下载图：

2.5 FATFS源码文件介绍

将下载的源码解压后可以得到两个文件夹： doc 和 src。 doc 里面主要是对 FATFS 的介绍(离线文档—英文和日文)，而 src 里面才是我们需要的源码。

其中，与平台无关的是：

ffconf.h     FATFS配置文件

ff.h        应用层头文件

ff.c        应用层源文件

diskio.h    硬件层头文件

interger.h   数据类型定义头文件

option     可选的外部功能（比如支持中文等）

与平台相关的代码：

diskio.c     底层接口文件（需要用户提供）

FATFS 模块在移植的时候，我们一般只需要修改 2 个文件，即 ffconf.h 和 diskio.c。

FATFS模块的所有配置项都是存放在 ffconf.h 里面，我们可以通过配置里面的一些选项，来满足自己的需求。

FATFS最顶层是应用层，使用者无需理会 FATFS 的内部结构和复杂的 FAT 协议，只需要调用FATFS 模块提供给用户的一系列应用接口函数，如 f_open， f_read， f_write 和 f_close 等，就可以像在 PC 上读／写文件那样简单。

中间层 FATFS 模块， 实现了 FAT 文件读／写协议。 FATFS 模块提供的是 ff.c 和 ff.h。除非有必要，使用者一般不用修改，使用时将头文件直接包含进去即可。

需要我们编写移植代码的是 FATFS 模块提供的底层接口，它包括存储媒介读／写接口 （ disk、I/O） 和供给文件创建修改时间的实时时钟。

三、 移植FATFS文件系统

移植之前，首先得准备一个能正常编译的工程，并且工程里有SD卡的驱动代码，提供了读写扇区这些函数才能进行FATFS文件系统的正常移植。

关于如何编写SD卡驱动，SD卡的时序介绍、命令介绍等知识点下篇文章再讲解。这篇文章重点是FATFS文件系统的移植过程。

3.1  新建工程

FATFS文件系统源码下载下来，解压之后，移植修改的步骤如下：

打开KEIL工程，添加FATFS文件源码：

加入.h文件主要是方便配。cc936.c 用于支持中文。

3.2  修改diskio.c文件

注释掉现在不需要的用到的文件，因为我们现在用的是SD卡，与USB，ATA，MMC卡没关系。

并加入一个新的宏 :

#define  SD  0

定义SD卡的物理驱动器号为0。 

修改 disk_status函数，该函数主要是用来获取磁盘状态。现在未用到，可以直接函数体内代码删除。

修改截图：

代码示例：

#include "diskio.h"           /* fatf底层API */

#include "sd.h"                      /* SD卡驱动头文件  */

/* 定义每个驱动器的物理驱动器号*/

#define SD    0

/*-----------------------------------------------------------------------*/

/* 获取设备(磁盘)状态                                                     */

/*-----------------------------------------------------------------------*/

DSTATUS disk_status (

        BYTE pdrv             /* 物理驱动识别 */

)

{

   return 0;  //该函数现在无需用到，直接返回0

}

修改disk_initialize函数，添加SD卡的初始化，其他不用到的代码直接删掉，该函数成功返回0，失败返回1。

修改截图：

代码示例：

/*-----------------------------------------------------------------------*/

/* 初始化磁盘驱动                                                        */

/*-----------------------------------------------------------------------*/

DSTATUS disk_initialize (

        BYTE pdrv                             /* 物理驱动识别 */

)

{

        DSTATUS stat;

        int result;

        switch (pdrv) {

        case SD :            //选择SD卡

                stat=SD_Init();   //初始化SD卡-用户自己提供

        }

        if(stat)return STA_NOINIT;  //磁盘未初始化

        return 0; //初始化成功

}

修改disk_read函数，加入SD卡读任意扇区的函数(需要用户自己提供)，其他不用到的选项可以删掉。

修改代码如下：

/*-----------------------------------------------------------------------*/

/* 读扇区                                                                */

/*-----------------------------------------------------------------------*/

DRESULT disk_read (

        BYTE pdrv,            /* 物理驱动编号 - 范围0-9*/

        BYTE *buff,           /* 数据缓冲区存储读取数据 */

        DWORD sector,  /* 扇区地址*/

        UINT count             /* 需要读取的扇区数*/

)

{

        DRESULT res;

        int result;

        switch (pdrv) {

                case SD:

                  res=SD_Read_Data((u8*)buff,sector,count);  //读SD扇区函数--用户提供

                  return res; //在此处可以判错误

        }

        return RES_PARERR;  //无效参数

}

修改disk_write 函数，添加写扇区函数：

代码：

/*-----------------------------------------------------------------------*/

/* 写扇区                                                                */

/*-----------------------------------------------------------------------*/

#if _USE_WRITE

DRESULT disk_write (

        BYTE pdrv,                      /* 物理驱动号*/

        const BYTE *buff,        /* 要写入数据的首地址 */

        DWORD sector,                 /* 扇区地址 */

        UINT count                        /* 扇区数量*/

)

{

        DRESULT res;

        int result;

        switch (pdrv) {

                case SD:

                        res=SD_Write_Data((u8*)buff,sector,count); //写入扇区

                  return res;

        }

        return RES_PARERR;  //无效参数

}

#endif

修改disk_ioctl 函数，填充ioctl命令功能。这些功能是标准的命令，在diskio.h有定义。

代码如下：

/*-----------------------------------------------------------------------*/

/* 其他函数                                              */

/*-----------------------------------------------------------------------*/

#if _USE_IOCTL

DRESULT disk_ioctl (

        BYTE pdrv,            /* 物理驱动号 */

        BYTE cmd,               /* 控制码  */

        void *buff               /* 发送/接收数据缓冲区地址 */

)

{

        DRESULT res;

        int result;

        switch (pdrv) {

                case SD:

                         switch(cmd)

                         {

                                 case CTRL_SYNC:      //等待写过程

                                         SD_CS(0);          //选中SD卡

                                         if(SD_Wait_Ready())result = RES_ERROR;/*等待卡准备好*/

                                     else res = RES_OK;     //成功

                                         SD_CS(1);            //释放SD卡

                        break;     

                         case GET_SECTOR_SIZE://获取扇区大小

                           *(DWORD*)buff = 512;

                        res = RES_OK;     //成功

                        break;     

                         case GET_BLOCK_SIZE:    //获取块大小

                                *(WORD*)buff = 8;      //块大小(扇区为单位)，一块等于8个扇区

                         res = RES_OK;

                         break;