STM32 FatFS 移植經驗分享

STM32中 FatFS移植

http://www.amobbs.com/forum.php?mod=viewthread&tid=5464257&highlight=STM32%2BFatFS%2B%E7%A7%BB%E6%A4%8D%E7%BB%8F%E9%AA%8C%E5%88%86%E4%BA%AB
前言與廢話
        做項目時網找資料，不會的東西上網查閱一下多半可以解決，一些尚未解決的問題也會有所啟發。最近由於項目的需要，仔細閱讀了SD卡相關內容，順藤摸瓜學習FatFS。網上關於SD卡和FatFS的內容非常的多，重復的部分我就不介紹了，我把移植和使用部分的經驗和大家分享一下。
剛開始的時候，我找來一些現成的代碼研究一下，不用說看的是一頭霧水。看FatFS示例代碼，也不知如何移植。最后還是下定決心，慢慢的閱讀FatFS的相關文檔和范例代碼，對於移植部分一點一點的研究，相信一定會有所收獲。
一、硬件准備
        開始移植之前，你必須要有一塊SD卡。從形狀上來說，有普通的SD卡，有很小的microSD卡，microSD卡就是手機中長見的TF卡。購買microSD卡的時候，往往會附帶一個SD卡套，那么小個頭的microSD卡就變成了普通的SD卡，接口都是一樣的。
        但是還是您注意了，建議大家購買2G以下的SD卡（如果可以的話，買個128M的SD卡就可以達到實驗的效果，價格也非常便宜）。剛開始移植的時候，我使用了4G的SD卡，但是發現程序無法完成SD卡的初始化。查閱網上相關的資料，發現SD卡技術已2G作為分界線，大於或者等於4G的卡屬於高速SD卡，和小於或者等於4G的SD卡略有區別。
二、軟件准備
        在進行移植之前，先編寫一些最簡單的STM32程序。在調試之前，我都會完成USART的初始化和發送函數，通過串口把STM32的運行狀態打印出來，這樣配合Jlink硬件調試，可以很快的找到錯誤。由於SD卡可以使用SPI進行讀寫操作，所以還需要完成SPI的初始化工作。
        先來說一下USART的操作，我個人比較喜歡使用系統的printf函數，所以還需要引入stdio頭文件。在IAR中必須設定option的某個選項。如下圖所示。

<IGNORE_JS_OP>

2012-4-3 16:51 上傳

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        除了完成USART的初始化工作以外，還需要重寫fputc函數，具體的代碼如下。

1. int fputc(int ch, FILE * f)
2. {
3.   USART_SendData(USART1, (uint8_t)ch);
4.   while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET );
5.   return ch;
6. }

復制代碼

然后說一下SPI的初始化工作。閱讀網上的代碼，發現STM32 V2的庫函數和V3函數中，關於SPI端口初始化的部分還是有些出入的。
        V2庫中，把SCK，MOSI，MISO全部設置為復用輸出。而V3庫中，SCK，MOSI設置為復用輸出，而MISO設置為浮動輸入。在SD的SPI接口中，SCK，MOSI和MOSI，甚至包括CS都使用了上拉電阻。
您需要注意一下幾點
1.         沒有上拉電阻時 MISO應該如何設置
由於我的開發板中沒有使用上拉電阻，若設定MISO為浮動輸入的話，或許會有某些問題，由於SD卡的輸出端口驅動能力很弱，很有可能就接收不到返回數據，事實也正是如此。所以MISO最后被我甚至成了上拉輸入模式，具體的代碼如下。（所以還是要相信過來人的電路圖，老實的加一個上拉電阻。）
2.        SPI的模式應該如何選擇
           SPI的速度不能太快，在初始化時時鍾設為400k以下為宜。
3.        SPI的速度應該如何選擇
           SD卡使用SPI的模式0和模式3，這兩個模式是等價的。

1. void SPI1_Config(void)
2. {
3.   //使能APB2上相關時鍾
4.   //使能SPI時鍾，使能GPIOA時鍾
5.   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1 |\
6.                          RCC_APB2Periph_GPIOA ,ENABLE );
7.   //定義一個GPIO結構體
8.   GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
10.   //SPI SCK MOSI
11.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5  |  GPIO_Pin_7;
12.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
13.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;//復用推挽輸出
14.   GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
16.   //SPI MISO
17.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
18.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
19.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;//上拉輸入
20.   GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
21.   
22.   //自定義SPI結構體
23.   SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
24.   //雙線雙向全雙工
25.   SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
26. //主機模式
27.   SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
28.   //8位幀結構
29.   SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
30.   //時鍾空閑時為低
31.   SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;        
32.   //第一個上升沿捕獲數據。模式,0
33.   SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;      
34.   //MSS 端口軟件控制，實際沒有使用
35.   SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;         
36.   //SPI時鍾72Mhz / 256 = 281.25K  < 400K
37.   SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256;
38.   //數據傳輸高位在前
39.   SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
40.   SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;//
41.   //初始化SPI1
42.   SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);
43.   //使能SPI1
44.   SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
45. }

復制代碼

除了初始化操作以外，還需要一個SPI發送函數和一個SPI接收函數。由於SPI是同步通信方式，所以SPI接收函數，實際上只需要發送0xFF就可以，具體的代碼如下。

1. uint8_t SPI1_SendByte(uint8_t byte)
2. {
3.   //等待發送緩沖寄存器為空
4.   while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);
5.   //發送數據
6.   SPI_I2S_SendData(SPI1, byte);               
7.   //等待接收緩沖寄存器為非空
8.   while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);
9.   //返回從SPI通信中接收到的數據
10.   return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);
11. }
12. uint8_t SPI1_ReceiveByte()
13. {
14.   //等待發送緩沖寄存器為空
15.   while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);
16.   //發送數據,通過發送xff,獲得返回數據
17.   SPI_I2S_SendData(SPI1, 0xff);               
18.   //等待接收緩沖寄存器為非空
19.   while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);
20.   //返回從SPI通信中接收到的數據
21.   return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);
22. }

復制代碼

三、移植前的“心靈”准備
        “移植”實際上就是研究他人的代碼，你必須敏銳的看清代碼的核心內容，了解你必須要做什么，哪一些可以以后再實現。在移植的初步階段，我建議您使用最簡單的方法完成某些內容，而不是去重視代碼效率。例如，在移植過程中需要使用到延時函數，可以使用軟件延時，可以配合Systick延時，甚至可以使用uCOS的延時函數。但是我建議您在面對選擇的時候選擇最簡單的函數——軟件延時，雖然它不准確效率也不高，但是您可以把更多的精力投入到其他重要的內容中去，你會覺得移植是那么簡單，而延時函數的效率提高是錦上添花的事情。
        例如您在移植之前會查看FatFS中關於STM32的移植范例。在該范例中，有關於SD卡插入，SD卡上電控制，SD卡寫保護檢測的函數。除了這些函數之外，代碼中通過宏定義的方法，可以選擇使用DMA來傳送SPI數據，初始化SD卡時使用低速SPI，讀寫塊的時候使用高速SPI，雖然這些改動讓您覺得代碼強大而高效，但是對您的移植一定用處都沒有。您需要從最簡單的generic開始，如果從這個文件開始，您會覺得移植是那么的簡單，僅需要十幾分鍾。我相信您看完文章就會了，其實非常的簡單。

四、移植開始——從generic開始
        您所需要操作的只是mmcbb文件，里面主要包括SD卡的初始化、讀塊和寫塊函數。其實修改僅需要三步。
        第一步，修改宏定義，添加合適的頭文件，添加延時函數
        第二步，修改多字節發送函數
        第三步，修改多字節接收函數
        下面我通過原代碼和移植代碼的比較，來說明這個移植問題。
4.1  修改頭文件和宏定義
原代碼如下

1. /* Include device specific declareation file here */
2. #include <device.h>
3. /* Initialize MMC control port (CS/CLK/DI:output, DO/WP/INS:input) */
4. #define        INIT_PORT()        { init_port(); }        
5. /* Delay n microseconds */
6. #define DLY_US(n)        { dly_us(n); }               
8. #define CS_H()                bset(P0)           /* Set MMC CS "high" */
9. #define CS_L()                 bclr(P0)            /* Set MMC CS "low" */
10. #define CK_H()                bset(P1)           /* Set MMC SCLK "high" */
11. #define  CK_L()                bclr(P1)            /* Set MMC SCLK "low" */
12. #define DI_H()                 bset(P2)           /* Set MMC DI "high" */
13. #define DI_L()                 bclr(P2)            /* Set MMC DI "low" */
14. #define DO                     btest(P3)          /* Get MMC DO value (high:true, low:false) */
16. /* Socket: Card is inserted (yes:true, no:false, default:true) */
17. #define        INS                        (1)                        
18. /* Socket: Card is write protected (yes:true, no:false, default:false) */.
19. #define        WP                        (0)                        

復制代碼

==========修改后的代碼如下==========

1. /* Include device specific declareation file here */
2. #include "stm32f10x.h"
3. #include "spi1.h"
4. #include <stdio.h>
5. /* Initialize MMC control port (CS/CLK/DI:output, DO/WP/INS:input) */
6. #define        INIT_PORT()        { init_port(); }        
7. /* Set MMC CS "high" */
8. #define        CS_H()                  GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_7)
9. /* Set MMC CS "low" */
10. #define CS_L()                  GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_7)
11. /* Delay n microseconds */
12. #define DLY_US(n)        { dly_us(n); }               
13. /* Socket: Card is inserted (yes:true, no:false, default:true) */
14. #define        INS                          (1)               
15. /* Socket: Card is write protected (yes:true, no:false, default:false) */
16. #define        WP                          (0)        

復制代碼

使用STM32時需要包含STM3210x頭文件；spi1.h包括了spi相關操作函數。修改了CS操作的宏定義。
        除了一個宏定義外，還需要些一個延時函數和一個初始化函數。延時函數使用軟件延時，很不精確，但是可以說明問題。初始化函數，只是配置CS端口，而SPI初始化工作在調用fatfs API函數時已完成初始化。（若是SPI初始化也完成了CS的操作，init_port()可以省略）

1. //初始化端口
2. void init_port()
3. {
4.   //初始化時鍾GPIOE
5.   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE ,ENABLE );
6.   //配置GPIOE.7
7.   //定義一個GPIO結構體
8.   GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
9.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
10.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
11.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
12.   GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
13. }
14. //軟件演示函數
15. void dly_us(uint16_t n)
16. {
17.   for( ; n > 0 ; n--)
18.     for(uint8_t i = 100 ; i > 0 ; i--);
19. }

復制代碼

4.2 多字節發送函數
原代碼和修改后的代碼如下。

1. static
2. void xmit_mmc (
3.         const BYTE* buff,        /* Data to be sent */
4.         UINT bc                                /* Number of bytes to send */
5. )
6. {
7.         BYTE d;
8.         do {
9.                 d = *buff++;        /* Get a byte to be sent */
10.                 if (d & 0x80) DI_H(); else DI_L();        /* bit7 */
11.                 CK_H(); CK_L();
12.                 if (d & 0x40) DI_H(); else DI_L();        /* bit6 */
13.                 CK_H(); CK_L();
14.                 if (d & 0x20) DI_H(); else DI_L();        /* bit5 */
15.                 CK_H(); CK_L();
16.                 if (d & 0x10) DI_H(); else DI_L();        /* bit4 */
17.                 CK_H(); CK_L();
18.                 if (d & 0x08) DI_H(); else DI_L();        /* bit3 */
19.                 CK_H(); CK_L();
20.                 if (d & 0x04) DI_H(); else DI_L();        /* bit2 */
21.                 CK_H(); CK_L();
22.                 if (d & 0x02) DI_H(); else DI_L();        /* bit1 */
23.                 CK_H(); CK_L();
24.                 if (d & 0x01) DI_H(); else DI_L();        /* bit0 */
25.                 CK_H(); CK_L();
26.         } while (--bc);
27. }

復制代碼

==========修改后的代碼===========

1. static void xmit_mmc (const BYTE* buff,        UINT bc)
2. {
3.         BYTE d;
4.         do {
5.     /* Get a byte to be sent */
6.         d = *buff++;        
7.     //通過SPI發送
8.     SPI1_SendByte(d);
9.         } while (--bc);
10. }

復制代碼

4.3 多字節接收函數
原代碼和修改后的代碼如下。

1. static
2. void rcvr_mmc (
3.         BYTE *buff,        /* Pointer to read buffer */
4.         UINT bc                /* Number of bytes to receive */
5. )
6. {
7.         BYTE r;
8.         DI_H();         /* Send 0xFF */
9.         do {
10.                 r = 0;   if (DO) r++;        /* bit7 */
11.                 CK_H(); CK_L();
12.                 r <<= 1; if (DO) r++;        /* bit6 */
13.                 CK_H(); CK_L();
14.                 r <<= 1; if (DO) r++;        /* bit5 */
15.                 CK_H(); CK_L();
16.                 r <<= 1; if (DO) r++;        /* bit4 */
17.                 CK_H(); CK_L();
18.                 r <<= 1; if (DO) r++;        /* bit3 */
19.                 CK_H(); CK_L();
20.                 r <<= 1; if (DO) r++;        /* bit2 */
21.                 CK_H(); CK_L();
22.                 r <<= 1; if (DO) r++;        /* bit1 */
23.                 CK_H(); CK_L();
24.                 r <<= 1; if (DO) r++;        /* bit0 */
25.                 CK_H(); CK_L();
26.                 *buff++ = r;                        /* Store a received byte */
27.         } while (--bc);
28. }

復制代碼

===========修改后的函數===========

1. static void rcvr_mmc ( BYTE *buff,        UINT bc        )
2. {
3.         BYTE r;
5.         do {
6.     //重新賦值
7.                 r = 0;   
8.     //通過SPI獲得數據
9.     r = SPI1_ReceiveByte();
10.     /* Store a received byte */
11.                 *buff++ = r;               
12.         } while (--bc);
13. }

復制代碼

在這里多說一句，源代碼中
DI_H();         /* Send 0xFF */
        作者的本意應該是把IO設為輸入狀態，51系列單片機就是這么操作的，但是寫代碼注釋寫成了發送0xFF，其實並不需要發送0xFF。
到這里就完成了fatfs的STM32移植工作，雖然只有簡單的三步，但是卻花了我整整三天的時間。我想您看了這樣的描述，不知道能否在10分鍾之內完成修改。

五 FatFS初步使用
        接下來就是使用FatFS了，看了這個函數我找回了當初初學C語言的感覺，打開一個文件，然后讀一些數據，然后創建另一個文件，在文件中寫一些數據，最后關閉文件。

1. int main(void)
2. {
3.   //初始化Systick
4.   RCC_Config();
5.   //初始化串口
6.   USART1_Config();
7.   //初始化SPI1
8.   SPI1_Config();
9.   printf("start to read file\n");
10.   /* Register volume work area (never fails) */
11.   f_mount(0, &fatfs);               
12.   printf("\nOpen a test file (test.txt).\n");
13. rc = f_open(&fil, "test.txt", FA_READ);
14. if (rc) die(rc);
15.   
16.         printf("\nType the file content.\n");
17.         for (;;) {
18.                 rc = f_read(&fil, buff, sizeof(buff), &br);        /* Read a chunk of file */
19.                 if (rc || !br) break;                                    /* Error or end of file */
20.                 for (i = 0; i < br; i++)                                /* Type the data */
21.                         putchar(buff[i]);
22.         }
23.         if (rc) die(rc);
25.         printf("\nClose the file.\n");
26.         rc = f_close(&fil);
27.         if (rc) die(rc);
29.         printf("\nCreate a new file (hello.txt).\n");
30.         rc = f_open(&fil, "HELLO.TXT", FA_WRITE | FA_CREATE_ALWAYS);
31.         if (rc) die(rc);
33.         printf("\nWrite a text data. (Hello world!)\n");
34.         rc = f_write(&fil, "Hello world!\r\n", 14, &bw);
35.         if (rc) die(rc);
36.         printf("%u bytes written.\n", bw);
38.         printf("\nClose the file.\n");
39.         rc = f_close(&fil);
40.         if (rc) die(rc);
41.   
42.   while (1)
43.   {
44.   }
45. }

復制代碼

如果出現失敗的話，程序會進入die函數，該函數會輸出錯誤代碼，並進入一個無限循環。
通過串口的輸出結果如下所示。

<IGNORE_JS_OP>

2012-4-3 16:51 上傳

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我再把SD卡從目標板上拿下，查看文件中的內容。的確hello.txt文件中寫了hello world字符（應該還有回車和換行符）。

<IGNORE_JS_OP>

2012-4-3 16:51 上傳

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六         我的錯誤經歷
        再快要移植成功的時候，我一運行程序，程序就進入die函數，並顯示錯誤1，提示應該是SD卡操作錯誤。我通過斷點調試和printf輸出，把問題定位到發送cmd0處，返回的結果為一個非法的命令。我從CMD17命令入手，查閱了網上各位大神的經驗，有說是發送命令的延時時候不夠。但是照着這個修改之后問題存在，無奈之下在電腦面前苦苦思考。直到我的女朋友，在愚人節那天“玩”我，當時我正在仔細的檢查代碼，她和我說某某老師要找我並提醒我一定要拿手機，我收拾起我凌亂的思緒，立刻跑過去時，她卻打電話給我說愚人節快樂。我很無奈但也有點開心的回到電腦面前，一動鼠標就看到了某些異樣。
#define CMD17        (7)                        /* READ_SINGLE_BLOCK */
我把CMD17命令的宏定義寫成了7，而實際上是17。就這么一個簡答的錯誤，花費了我一天的時間。也非常感謝女朋友的這個愚人節玩笑，沒有她或許就無法發現這個問題。
        一個尚未解決的問題！
        還有一個比較特殊的地方請聰明的你注意一下，在generic中man函數中，把這些定義在了main函數里面。這些定義如下

1.           FRESULT rc;                                /* Result code */
2.         FATFS fatfs;                                /* File system object */
3.         FIL fil;                                                /* File object */
4.         DIR dir;                                        /* Directory object */
5.         FILINFO fno;                                /* File information object */
6.         UINT bw, br, i;
7.         BYTE buff[128];

復制代碼

如果把這些變量的聲明都放在main函數中的話，系統將會運行到一個異常中，如下圖所示。這個錯誤會讓人非常的沮喪。雖然我沒有找到原因，但是我找到了解決的方法。把這些變量的聲明放在函數之外。
<IGNORE_JS_OP>

2012-4-3 16:51 上傳

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IAR版本 V5.5

<IGNORE_JS_OP> STM32 FatFS.zip (563.81 KB, 下載次數: 1758)

2012-4-3 16:56 上傳

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