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stm32--FatFs移植（SPIFlash）

本文轉載自   查看原文   2018-06-15 17:35   8103    stm32/ SPIFlash/ 嵌入式C開發/ fatfs

前言

  1. 硬件：
    1. 單片機：stm32f072CB，sram大小16k。（其他單片機只要sram>8k即可通用）
    2. SPIFlash：W25Q128FV，16Mbyte，單次擦除最小4k。
  2. 程序使用Keil編譯器，C99標准。
  3. 程序已經全部完成並測試通過，目前沒出現明顯問題。
  4. 程序使用的FatFs庫版本：R0.13b。下文所有內容僅保證在此版本可行。

添加文件

  1. 獲取FatFs庫（官網）
  2. 將source文件夾全部復制到目標工程中
  3. 添加所有.c文件到工程中，添加相關路徑

移植修改

需要修改的文件：

  1. integer.h：修改各種整型的宏定義（注：C99--long long對應64位整型）
  2. ffconf.h：修改各種設置：（全部宏定義意義見官網）
    1. FF_USE_STRFUNC設為1：開啟字符串功能
    2. FF_USE_MKFS設為1：開啟格式化功能
    3. FF_CODE_PAGE設為936：簡體中文
    4. FF_MIN_SS、FF_MAX_SS設為4096：扇區大小4k
    5. FF_FS_TINY設為1：文件對象（FIL）不再包括數據緩沖區，而是使用FatFs中的公用緩沖區，適用於RAM偏小的情況。
    6. FF_FS_NORTC設為1：禁用RTC（時間戳）功能，因為stm32不具備獲取時間的功能
  3. diskio.c：修改各磁盤IO層操作函數
    1. 修改磁盤設備定義：#define DEV_SPI 0
    2. 修改各函數中case DEV_RAM的操作：stat = STA_NOINIT; 或res = RES_PARERR;
    3. 修改各函數中case DEV_SPI的操作：指向spi_disk.c中的各執行函數
  4. spi_disk.c：自定義文件，是diskio.c中各函數指向的執行函數
    1. 定義靜態全局變量_s_SPI_Init_OK，用於指示當前磁盤初始化狀態
    2. SPI_disk_status函數：獲取驅動器狀態。_s_SPI_Init_OK為0時返回STA_NOINIT。
    3. SPI_disk_initialize函數：驅動器初始化。執行SPIFlash初始化函數，執行完畢后將_s_SPI_Init_OK置1。
    4. SPI_disk_read函數：讀磁盤驅動器。進行異常處理后，將所有數據讀到指定的指針內。 
      • 1 DRESULT SPI_disk_read(BYTE *buff, DWORD sector, UINT count) {
2   if(sector > SEC_MAX || sector + count - 1 > SEC_MAX) return RES_PARERR;
3   if(CS_STATUS() == Bit_RESET) return RES_NOTRDY;
4   
5   if(SSTF016B_RD(sector*SEC_SIZE, SEC_SIZE*count, buff) == ERR) {
6     return RES_ERROR;
7   }
8   return RES_OK;
9 }
        SPI_disk_read
    5. SPI_disk_write函數：寫磁盤驅動器。進行異常處理后，將所有數據寫入指定的扇區內。
      • 注意事項：在寫完之后，有一個延時20ms的動作。這是因為：FatFs寫頁表和目錄表時，如果寫完SPIFlash不加延時，就會寫入不成功。這導致的后果是：對頁表的修改無法生效。也就是說，對已有文件的數據修改（不改變文件大小）會生效，但新增文件、刪除文件不會生效。具體原理暫時不明。
      •  1 DRESULT SPI_disk_write(const BYTE *buff, DWORD sector, UINT count) {
 2   if(sector > SEC_MAX || sector + count - 1 > SEC_MAX) return RES_PARERR;
 3   if(CS_STATUS() == Bit_RESET) return RES_NOTRDY;
 4 
 5   if(SSTF016B_Erase(sector, sector + count - 1) == ERR) {
 6     return RES_ERROR;
 7   }
 8   if(SSTF016B_WR(sector*SEC_SIZE, buff, SEC_SIZE*count) == ERR){
 9     return RES_ERROR;
10   }
11   sys_Delay_Ms(20);
12   return RES_OK;
13 }
        SPI_disk_write
    6. SPI_disk_ioctl函數：執行ioctl命令。因為沒有開啟強制擦除的功能，強制擦除指令不執行任何操作。
      • 注意事項：GET_BLOCK_SIZE指令要獲取的是塊大小（一次擦除的扇區數量），是以扇區為單位的（不是以字節為單位），必須是扇區的2的冪倍（1,2,4,8,...）。這里單扇區設為4k，實際上SPIFlash單次擦除允許的最小也是4k，所以塊大小設為1。
      •  1 DRESULT SPI_disk_ioctl(BYTE cmd, void *buff) {
 2   DWORD *pdword = NULL;
 3   WORD  *pword = NULL;
 4   
 5   switch(cmd) {
 6     case CTRL_SYNC://確保寫入操作已完成
 7     return RES_OK;
 8     
 9     case GET_SECTOR_COUNT://獲取扇區數量
10       pdword = (DWORD *)buff;
11       *pdword = SEC_MAX + 1;
12     return RES_OK;
13     
14     case GET_SECTOR_SIZE://獲取單個扇區大小
15       pword = (WORD *)buff;
16       *pword = SEC_SIZE;
17     return RES_OK;
18     
19     case GET_BLOCK_SIZE://獲取擦除塊大小（以扇區為單位）
20       pdword = (DWORD *)buff;
21       *pdword = 1;
22     return RES_OK;
23     
24     case CTRL_TRIM://強制擦除
25     return RES_PARERR;
26   }
27   return RES_PARERR;
28 }
        SPI_disk_ioctl
  5. user_fatfs_app.c：自定義文件，定義fatfs的應用函數。
    • FatFs的基礎知識
      1. FAT16的結構（參見FAT16文件系統之總結構分析（一））：
        1. rsv：系統保留區（0扇區的DBR，可能存在的分區表，以及其他保留扇區），位於第0--x扇區。
        2. fat：文件頁表區（有時會有FAT2作為FAT的備份），位於x+1--y扇區。
        3. dir：文件目錄表區，位於y+1--z扇區。
        4. data：數據區，位於z+1--末扇區。
      2. FatFs的格式化（f_mkfs）：
        1. f_mkfs的第二個參數：FM_FAT、FM_FAT32、FM_EXFAT、FM_ANY，這四個選項是向下兼容的。也就是說，當你選擇FM_FAT時，只可能格式化為FAT12或者FAT16（由扇區數量和簇大小決定）；當你選擇FM_FAT32時，如果扇區數量和簇大小足以格式化為FAT32，最終就會格式化為FAT32，否則就會向下格式化為FAT16或者FAT12。
        2. f_mkfs的第二個參數：FM_SFD，是格式化為超級軟盤格式：如果不選擇此選項，rsv區會占用64個扇區（DBR、分區表等）；如果選擇了此選項，rsv區會占用1個扇區（僅含DBR）。這里如果不設置FM_SFD，減去rsv、fat、dir區后的data區簇數量低於MAX_FAT12（0xFF5），系統格式化為FAT12；所以要設置FM_SFD，以格式化為FAT16。
        3. f_mkfs的第三個參數：可限定簇大小，必須是扇區的2的冪倍（1,2,4,8,...）【注意，BLOCK_SIZE是以扇區為單位，簇大小是以字節為單位。比如塊和簇同樣設為一個扇區大小，塊設為了1，簇設為了4096】。如果設為0，程序就會根據卷數量來分配簇大小。這里設為4096，否則程序根據卷數會將簇設為2扇區，簇數量只能格式化為FAT12。
        4. f_mkfs函數只會寫入FAT16的rsv、fat、dir區，對data區不進行任何操作。
        5. f_mkfs函數需要至少一個扇區大小的工作緩沖區。這個緩沖區可以在執行格式化指令的前一句定義，而不是定義為全局數組，如此可以省下4k的ram。局部變量是存儲在棧區中的，棧區一般不會很大；而且棧區同樣要占用ram，如果把棧區定義得很大，同樣是對ram的浪費。所以，還是只能把這個緩沖區定義為全部變量。
      3. FatFs的f_open和f_close函數：
        1. f_open的第三參數：FA_OPEN_ALWAYS--存在則打開、不存在則創建；FA_OPEN_APPEND--同上，但指針指向文件尾；FA_WRITE--要寫入必須帶此參數；FA_READ--要讀取必須帶此參數。
        2. 判斷f_open操作是打開還是新建的方法：f_size文件對象，返回0則為新建，否則為打開。
        3. 執行寫入操作后，必須執行f_close或f_sync函數，這是執行刷新文件頁表和目錄表的操作。如果不執行此操作而斷電，下次上電后文件系統會出錯。
      4. FatFs判斷文件系統是否存在的方法：f_getfree，返回FR_OK就沒有問題。
    • 注意事項：
      1. 在單個扇區設為4k時，創建文件系統需要4k的ram（FATFS對象），每一個文件對象需要4k的ram（FIL對象）。當硬件sram不大時，應僅在需要時創建文件對象並使用、使用完畢馬上f_close丟棄文件對象；或者啟用FF_FS_TINY選項，文件對象不含數據緩沖區。
      2. 每次執行讀/寫操作后，文件指針都會指向之前操作的結尾處。可通過f_lseek函數移動文件指針。用f_lseek移動有三個常用的方法：移動至從頭開始的第x位--直接傳入參數x；移動至末尾前的x位：傳入參數f_size(fp)-x；前移/后移x位：傳入參數f_tell(fp)±x。
    •   1 #include "user_fatfs_app.h"
  2 
  3 extern uint8_t g_User_Data[sizeof(t_g_Statistical_Data)];
  4 extern t_g_Statistical_Data *pg_User_Data;
  5 extern uint8_t g_History_Data[sizeof(t_g_History_Data)];
  6 extern t_g_History_Data *pg_History_Data;
  7 
  8 FATFS g_Fatfs;
  9 FATFS *fs = &g_Fatfs;
 10 BYTE work_buffer[FF_MAX_SS];
 11 
 12 /******************************************************************************
 13 ** 函數名稱: fatfs_Init
 14 ** 功能描述: fatfs初始化
 15 ** 入口參數: 無
 16 ** 返 回 值: 無
 17 **
 18 ** 作　者: 
 19 ** 日　期: 
 20 **-----------------------------------------------------------------------------
 21 ******************************************************************************/
 22 void fatfs_Init(void) {
 23   DWORD num;
 24   
 25   f_mount(&g_Fatfs, "", 0);
 26   FRESULT result = f_getfree("", &num, &fs);
 27   if(result != FR_OK) {
 28     result = f_mkfs("", FM_FAT+FM_SFD, FF_MAX_SS, work_buffer, FF_MAX_SS);
 29   }
 30   
 31   memset(g_User_Data, 0, sizeof(g_User_Data));
 32   memset(g_History_Data, 0, sizeof(g_History_Data));
 33   fatfs_Get_Statistical_Data();
 34 }
 35 
 36 /******************************************************************************
 37 ** 函數名稱: fatfs_Get_Statistical_Data
 38 ** 功能描述: 獲取統計數據
 39 ** 入口參數: 無
 40 ** 返 回 值: 獲取結果：-1--打開文件失敗；0--讀取成功；>0--讀取錯誤
 41 **
 42 ** 作　者: 
 43 ** 日　期: 
 44 **-----------------------------------------------------------------------------
 45 ******************************************************************************/
 46 int8_t fatfs_Get_Statistical_Data(void) {
 47   FIL statistical_data;
 48   UINT len = 0;
 49   int8_t result = 0;
 50   
 51   result = f_open(&statistical_data, "0:statdat.bin", FA_OPEN_ALWAYS | FA_WRITE | FA_READ);//指針指向文件頭
 52   if(result == FR_OK) {
 53     uint16_t size = f_size(&statistical_data);
 54     if(size < sizeof(t_g_Statistical_Data)) { //初次創建
 55       pg_User_Data->year  = 2018;
 56       pg_User_Data->month = 7;
 57       pg_User_Data->day   = 1;
 58       pg_User_Data->hour  = 12;
 59       pg_User_Data->min   = 0;
 60       pg_User_Data->sec   = 0;
 61       f_write(&statistical_data, g_User_Data, sizeof(t_g_Statistical_Data), &len);
 62       f_lseek(&statistical_data, 0);
 63     }
 64     f_read(&statistical_data, g_User_Data, sizeof(t_g_Statistical_Data), &len);
 65   } else {
 66     result = -1;
 67   }
 68   result = f_close(&statistical_data);
 69 //  free(&statistical_data);
 70   return result;
 71 }
 72 
 73 
 74 /******************************************************************************
 75 ** 函數名稱: fatfs_Update_Statistical_Data
 76 ** 功能描述: 更新統計數據
 77 ** 入口參數: 無
 78 ** 返 回 值: 更新結果：-1--打開文件失敗；0--寫入成功；>0--寫入錯誤
 79 **
 80 ** 作　者: 
 81 ** 日　期: 
 82 **-----------------------------------------------------------------------------
 83 ******************************************************************************/
 84 int8_t fatfs_Update_Statistical_Data(void) {
 85   FIL statistical_data;
 86   UINT len = 0;
 87   int8_t result = 0;
 88   
 89   result = f_open(&statistical_data, "0:statdat.bin", FA_OPEN_EXISTING | FA_WRITE);//指針指向文件頭
 90   if(result == FR_OK) {
 91     result = f_write(&statistical_data, g_User_Data, sizeof(t_g_Statistical_Data), &len);
 92   } else {
 93     result = -1;
 94   }
 95   f_close(&statistical_data);
 96 //  free(&statistical_data);
 97   
 98   return result;
 99 }
100 
101 
102 /******************************************************************************
103 ** 函數名稱: fatfs_Add_Historical_Data
104 ** 功能描述: 添加歷史記錄
105 ** 入口參數: 無
106 ** 返 回 值: 添加結果：-2--打開文件錯誤；-1--寫入錯誤；>0--更新成功
107 **
108 ** 作　者: 
109 ** 日　期: 
110 **-----------------------------------------------------------------------------
111 ******************************************************************************/
112 int8_t fatfs_Add_Historical_Data(void) {
113   FIL historical_data;
114   char node_type[2][7] = {"Zigbee", "LoRa"};
115   char test_result[2][8] = {"Fail", "Success"};
116   int8_t result = 0;
117   
118   result = f_open(&historical_data,  "0:histdat.csv",  FA_OPEN_APPEND | FA_WRITE);//指針指向文件尾
119   if(result == FR_OK) {
120     result = f_printf(&historical_data, \
121              "%u,%s,%s,#%08x%08x%08x,%04u/%02u/%02u,%02u:%02u:%02u\r\n", \
122              pg_History_Data->index, node_type[pg_History_Data->type], \
123              test_result[pg_History_Data->result], pg_History_Data->id[0], \
124              pg_History_Data->id[1], pg_History_Data->id[2], pg_History_Data->year,\
125              pg_History_Data->month, pg_History_Data->day, pg_History_Data->hour, \
126              pg_History_Data->min, pg_History_Data->sec);
127   } else {
128     result = -2;
129   }
130   f_close(&historical_data);
131 //  free(&historical_data);
132   
133   return result;
134 }
      user_fatfs_app.c

待優化的問題：

  1. 文件頁表區、目錄表區對應扇區的擦寫次數必然遠大於數據區，等到文件頁表區、目錄表區擦寫次數超限后，數據區仍能繼續擦寫很多次。考慮加入平衡擦寫功能。

調試修改

詳見我的另一篇博客《stm32--FatFs調試過程（SPIFlash）》。

 

后續優化

  1. 將一個文件設為隱藏，以免使用USB功能時被修改：
    1. FF_USE_CHMOD設為1：開啟元數據控制功能（允許更改文件/目錄的屬性、時間戳）
    2. 通過f_chmod("0:statdat.bin", AM_HID, AM_HID); 將此文件設為隱藏
    3. 第二個參數：要設置的屬性，對應第三個參數中的屬性。 
    4. 第三個參數：要變更的屬性。如果是第二個參數中存在的屬性，就設置這個屬性；如果是第二個參數中不存在的屬性，就清除這個屬性。
  2. 添加文件時間戳功能，創建/修改文件時記錄操作時間：
    1. FF_FS_NORTC設為0：開啟文件時間戳功能
    2. 在diskio.c中添加函數get_fattime，用於獲取當前RTC時間
    3. 返回值是32位無符號數，31-25位為當前年份與1980的差值；24-21位為月；20-16為日；15-11為時；10-5為分；4-0為秒除以2。
    4.  1 DWORD get_fattime (void) {
 2   extern t_g_Statistical_Data *pg_User_Data;
 3   DWORD fat_time = 0;
 4   
 5   fat_time += (pg_User_Data->year - 1980) << 25;
 6   fat_time += pg_User_Data->month << 21;
 7   fat_time += pg_User_Data->day << 16;
 8   fat_time += pg_User_Data->hour << 11;
 9   fat_time += pg_User_Data->min << 5;
10   fat_time += pg_User_Data->sec / 2;
11   
12   return fat_time;
13 }
      get_fattime
    5. 在diskio.h中添加get_fattime函數聲明


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