手把手移植FatFS文件系统到MCU

来源:嵌入式专栏发布时间:2024-08-07

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转自 | 木南创智

FatFS文件系统是单片机领域有名的一个文件系统，由于它的轻量级和兼容性，备受MCU开发者青睐。

在实现如U盘文件读写，SD卡的文件读写等工作时，我们往往需要一个文件系统来支持我们的工作。特别在一些MCU应用中，文件系统的加入能明显改善系统交互的友好性。

在这一篇中，我们就来讨论FatFS文件系统在STM32F4上的移植和应用。

1、准备工作

在开始FatFS的移植之前我们需要做一些必要的准备工作。首先需要准备相应的硬件平台，我们在这里使用的是STM32F407VET6的操作平台。USB硬件相关的库的移植工作也已完成。

其次我们还需要准备FatFS的相关源码，在这里我们使用最新的R0.14b版本，该文件可在网站下载：

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

下载的源码解压后有两个文件夹：document和source，其中document文件夹中是相关的文档资料，与网站上的内容一样，在移植时可以查看这些文档来工作。Source文件夹中则是源码相关的文件，主要包括：

在上图所示的一系列文件中，00readme.txt文件有对各个文件的介绍，我们查看其内容如下：

00readme.txt	readme文件
00history.txt	版本记录文件
ff.c	FatFs模块
ffconf.h	FatFs模块的配置文件
ff.h	FatFs应用模块的头文件
diskio.h	FatFs和磁盘IO模块的头文件
diskio.c	一个将磁盘IO函数附加到FatFS的实例
ffunicode.c	Unicode编码功能函数
ffsystem.c	可选的操作系统相关文件实例

在这些文件中，ff.c和ff.h是核心文件。ffunicode.c是字符编码，会根据配置文件的配置选择编码。ffsystem.c文件根据自己的需要决定。所以与具体的应用平台相关的，并需要我们来实现的文件是配置文件ffconf.h和磁盘操作文件diskio.h与diskio.c，这几个文件也是我们移植的重点。

2、实现移植

我们已经完成了移植的准备工作，接下来就来实现面向大容量U盘的应用移植。前面我们已经说过，移植需要处理的文件是配置文件ffconf.h和磁盘操作文件diskio.h与diskio.c。

关于配置文件ffconf.h其实它本身有一个实例，我们只需要根据需要修改配置就好。这里我们需要修改的配置参数包括：

所支持的编码方式配置参数FF_CODE_PAGE，这个关系到文件编码的问题，我们将其配置为简体中文支持。

逻辑驱动器的数量配置参数FF_VOLUMES，FatFS可以同时应用于多个驱动器，所以我们需要根据实际情况配置驱动器的数量。

时间戳配置参数FF_FS_NORTC，我们大多时候并不需要记录时间戳，所以在这里我们将其关闭。

余下就是实现磁盘IO操作的相关函数，在FatFS的帮助文档中告诉了我们需要实现的函数有两类：一类是磁盘设备控制相关的函数，主要是获取设备状态函数、初始化设备函数、读取数据函数、写入数据函数以及控制设备相关功能函数；二类是实时时钟操作函数，主要是获取当前时间函数。所以实现这6个函数就是移植的主要工作。

2.1、获取设备状态函数

磁盘状态检测函数disk_status。用于检测磁盘状态，在ff.c文件中会被调用。其函数原型如下：

DSTATUS disk_status(BYTE drV)；

根据其原型定义以及我们USB大容量存储设备的要求，我们可以实现磁盘状态获取函数如下：

/*用于USBH的状态获取函数*/static DSTATUS USBH_status(BYTE lun){  DRESULT res = RES_ERROR;
  if(USBH_MSC_UnitIsReady(&hUsbHostFS, lun))  {    res = RES_OK;  }  else  {    res = RES_ERROR;  }
  return res;}

2.2、初始化设备函数

存储媒介初始化函数disk_initialize。用于对磁盘设备进行初始化，在ff.c文件中会被调用。其函数原型如下：

DSTATUS disk_initialize(BYTE drv)；

根据其原型定义以及我们USB大容量存储设备的要求，我们可以实现磁盘驱动器初始化函数，但这里我们其实不需要，因为在USB HOST库中已经完成了初始化，所以直接返回正确就可以了。

/*用于USBH的初始化函数*/static DSTATUS USBH_initialize(BYTE lun){  //USB HOST库中已经完成了初始化  return RES_OK;}

2.3、读取数据

读扇区函数disk_read。用于实现对磁盘数据的读取，根据具体的磁盘IO编写，在ff.c文件中会被调用。其函数原型如下：

DRESULT disk_read(BYTE drv，BYTE*buff，DWORD sector，BYTE．count)；

根据其原型定义以及我们USB大容量存储设备的要求，我们可以实现磁盘数据读取函数如下：

/*用于USBH的读扇区函数*/static DRESULT USBH_read(BYTE lun, BYTE *buff, DWORD sector, UINT count){  DRESULT res = RES_ERROR;  MSC_LUNTypeDef info;
  if(USBH_MSC_Read(&hUsbHostFS, lun, sector, buff, count) == USBH_OK)  {    res = RES_OK;  }  else  {    USBH_MSC_GetLUNInfo(&hUsbHostFS, lun, &info);
    switch (info.sense.asc)    {     case SCSI_ASC_LOGICAL_UNIT_NOT_READY:     case SCSI_ASC_MEDIUM_NOT_PRESENT:     case SCSI_ASC_NOT_READY_TO_READY_CHANGE:      USBH_ErrLog ("USB Disk is not ready!");      res = RES_NOTRDY;      break;
     default:      res = RES_ERROR;      break;    }  }
  return res;}

2.4、写入数据

写扇区函数disk_write。用于实现对磁盘数据的写入，根据具体的磁盘IO编写，在ff.c文件中会被调用。其函数原型如下：

DRESULT disk_write(BYTE drv，const BYTE*buff，DWORD sector，BYTE count)；

根据其原型定义以及我们USB大容量存储设备的要求，我们可以实现磁盘数据写入函数如下：

/*用于USBH的写扇区函数*/static DRESULT USBH_write(BYTE lun, const BYTE *buff, DWORD sector, UINT count){  DRESULT res = RES_ERROR;  MSC_LUNTypeDef info;
  if(USBH_MSC_Write(&hUsbHostFS, lun, sector, (BYTE *)buff, count) == USBH_OK)  {    res = RES_OK;  }  else  {    USBH_MSC_GetLUNInfo(&hUsbHostFS, lun, &info);
     switch (info.sense.asc)    {     case SCSI_ASC_WRITE_PROTECTED:      USBH_ErrLog("USB Disk is Write protected!");      res = RES_WRPRT;      break;
     case SCSI_ASC_LOGICAL_UNIT_NOT_READY:     case SCSI_ASC_MEDIUM_NOT_PRESENT:     case SCSI_ASC_NOT_READY_TO_READY_CHANGE:      USBH_ErrLog("USB Disk is not ready!");      res = RES_NOTRDY;      break;
     default:      res = RES_ERROR;      break;    }  }
  return res;}

2.5、控制设备相关功能

存储媒介控制函数disk_ioctl。可以在此函数里编写自己需要的功能代码，比如获得存储媒介的大小、检测存储媒介的上电与否存储媒介的扇区数等。如果是简单的应用，也可以不用编写。其函数原型如下：

DRESULT disk_ioctl(BYTE drv，BYTE ctrl，VoiI*buff)；

根据其原型定义以及我们USB大容量存储设备的要求，我们可以实现磁盘设备控制相关功能函数如下：

/*USBH IO控制函数 */static DRESULT USBH_ioctl(BYTE lun, BYTE cmd, void *buff){  DRESULT res = RES_ERROR;  MSC_LUNTypeDef info;
  switch (cmd)  {    /* Make sure that no pending write process */    case CTRL_SYNC:     res = RES_OK;     break;
    /* Get number of sectors on the disk (DWORD) */    case GET_SECTOR_COUNT :     if(USBH_MSC_GetLUNInfo(&hUsbHostFS, lun, &info) == USBH_OK)    {      *(DWORD*)buff = info.capacity.block_nbr;      res = RES_OK;    }     else    {      res = RES_ERROR;    }     break;
    /* Get R/W sector size (WORD) */    case GET_SECTOR_SIZE :     if(USBH_MSC_GetLUNInfo(&hUsbHostFS, lun, &info) == USBH_OK)    {      *(DWORD*)buff = info.capacity.block_size;      res = RES_OK;    }     else    {      res = RES_ERROR;    }     break;
     /* Get erase block size in unit of sector (DWORD) */    case GET_BLOCK_SIZE :
     if(USBH_MSC_GetLUNInfo(&hUsbHostFS, lun, &info) == USBH_OK)    {      *(DWORD*)buff = info.capacity.block_size / USB_DEFAULT_BLOCK_SIZE;      res = RES_OK;    }     else    {      res = RES_ERROR;    }     break;
    default:     res = RES_PARERR;  }
  return res;}

2.6、获取当前时间

实时时钟函数get_fattime。用于获取当前时间，返回一个32位无符号整数，时钟信息包含在这32位中。如果不使用时间戳，可以直接返回一个数，如0。其函数原型如下：

DWORD get_fattime(Void)；

根据其原型定义以及我们USB大容量存储设备的要求，我们可以实现磁盘状态获取函数如下：

/*读取时钟函数*/DWORD get_fattime(void){  return 0;}

完成上述6个程序的编写，移植工作也就基本完成了。大家可能会发现，我们实现的函数名似乎与原型函数不一样，主要是考虑方便在多个存储设备同时存在时进行操作，我们在目标函数中调用我们实现的函数就可以了。

3、应用测试

我们完成了FatFS的移植，现在来验证移植的是否正确。为此，我们来编写一个应用，向U盘中写入数据到文件以及读取文件的数据等。

/* USB HOST MSC操作函数，这部分功能根据需求设定 */static void MSC_Application(void){  FRESULT res;                      /* FatFs函数返回值 */  uint32_t byteswritten, bytesread;           /* 文件读写的数量 */  uint8_t wtext[] = "This is STM32 working with FatFs!"; /* 写文件缓冲器 */  uint8_t wtext2[] = "这是一个FatFs读写的例子！"; /* 写文件缓冲器 */  uint8_t wtext3[] = "这是一个向文件追加数据的测试！"; /* 写文件缓冲器 */  uint8_t rtext[100];                  /* 读文件缓冲器 */
  /* 注册文件系统对象到FatFs模块 */  if(f_mount(&USBHFatFS, (TCHAR const*)USBHPath, 0) != FR_OK)  {     /* 错误处理 */     Error_Handler();  }  else  {     /* 打开一个文件 */     if(f_open(&USBHFile, "STM32.TXT", FA_OPEN_EXISTING | FA_WRITE) != FR_OK)    {       /* 错误处理 */       Error_Handler();    }     else    {       res=f_lseek(&USBHFile,f_size(&USBHFile));  //将指针指向文件末       //res=f_lseek(&USBHFile,100); //将指针指向文件末       /* 写数据到文件 */       res = f_write(&USBHFile, wtext, sizeof(wtext), (void *)&byteswritten);       res = f_write(&USBHFile, "\r\n", sizeof("\r\n")-1, &byteswritten);       res = f_write(&USBHFile, wtext2, sizeof(wtext2), (void *)&byteswritten);       res = f_write(&USBHFile, "\r\n", sizeof("\r\n")-1, &byteswritten);       res = f_write(&USBHFile, wtext3, sizeof(wtext3), (void *)&byteswritten);       res = f_write(&USBHFile, "\r\n", sizeof("\r\n")-1, &byteswritten);              if((byteswritten == 0) || (res != FR_OK))      {         /* 错误处理 */         Error_Handler();      }       else      {         /* 关闭文件 */         f_close(&USBHFile);                  /* 打开文件读 */         if(f_open(&USBHFile, "STM32.TXT", FA_READ) != FR_OK)        {           /* 错误处理 */           Error_Handler();        }         else        {           /* 从文件读数据 */           res = f_read(&USBHFile, rtext, sizeof(rtext), (void *)&bytesread);                      if((bytesread == 0) || (res != FR_OK))          {             /* 错误处理 */             Error_Handler();          }           else          {             /* 关闭文件 */             f_close(&USBHFile);                          /* 比较读和写的数据 */             if((bytesread != byteswritten))            {                       /* 错误处理*/               Error_Handler();            }             else            {               /* 无错误 */                           }          }        }      }    }  }
  FATFS_UnLinkDriver(USBHPath);}