stm32--FatFs調試過程（SPIFlash）

移植方法參見我的另一篇博客：《stm32--FatFs移植（SPIFlash）》。

本文僅記錄在初次移植完成后，遇到的問題，和解決的過程。

 調試記錄：

1. 問題1：f_open返回3，即磁盤沒有准備好。
   • 原因：這是因為邏輯驅動器是按默認（0）初始化的，而在宏定義中把SPIFlash定義為了1。將SPIFlash定義為0即可。
2. 問題2：開機是否格式化？如果不格式化，SPIFlash無法創建創建文件系統；又不可能每次開機都格式化。
   • 處理：f_getfree檢測FAT卷空間，如果返回是FR_NO_FILESYSTEM，說明沒有格式化過，進行格式化。
3. 問題3：格式化失敗（返回FR_DISK_ERR）【此時的BLOCK_SIZE參數是錯誤的】
   • 原因：diskio.c中底層寫入函數入口判斷錯誤，入口判斷參數是否正常時 if(sector > SEC_MAX || sector + count > SEC_MAX) return RES_PARERR; 出錯，第二個判斷條件應為sector + count - 1而非sector + count。
4. 問題4：只能格式化為FAT12格式。
   • 調試過程：仿真跟蹤f_mkfs源代碼：
   • 如果輸入參數為FAT，函數中會減去63個扇區用於存放分區表，此時就只剩4033個扇區了；之后由這段代碼，sz_vol為4033，pau為1，得出n_clst為4033<4085(MAX_FAT12)，於是設為FAT12格式
   • 如果輸入參數為FAT+SFD，sz_vol值為4096，之后由這段代碼，pau為2，再執行1中代碼，n_clst為2048，依然是FAT12格式
   • 輸入參數FAT+SFD，並在輸入參數中強制pau為1，倒是不會置為FAT12格式，但是格式化返回FR_MKFS_ABORTED錯誤。查找錯誤原因，發現問題來自這段代碼。sz_blk由disk指令Get_Block_Size得到，這里我把這個值設為了4096（一個扇區），這樣最后得到的n_clst為0，小於MAX_FAT12，返回錯誤代碼。實際上這個值是以扇區為單位，應設為1。
5. 問題5：不正確的格式化。【此時對FAT文件系統結構的理解是錯誤的】
   • sz_fat只有3，於是后面格式化只格式化了3個扇區。可是sz_fat和n_clst是互斥的：如果sz_fat很大就意味着n_clst很小，無法格式化為FAT16；如果n_clst格式化為FAT16那就意味着sz_fat是小於10的數。
   • 此時嘗試創建文件，“果然”可以創建成功、但無法正確保存：每次重啟后能載入文件系統，但獲取不到之前創建的文件。
   • 於是開始走向錯誤的嘗試路徑：嘗試減小單個扇區的定義大小、單次擦除多個扇區。
   • 嘗試將單個扇區自定義為1k，block定義為4扇區，修改disk_read函數、disk_wirte函數、disk_ioctl函數，以及格式化函數f_mkfs的輸入參數。
     1. 結果：不可行。實際操作中會有寫入單個扇區的情況（分區：1系統保留區-x數據區-y頁表區），如此，在寫入第一個數據扇區的時候，會執行一次erase函數，擦除剛剛寫入的系統保留區。類似的情況也會出現在其他地方。
     2. 修改為僅在初始扇區為4的倍數時，允許擦除。如此不會擦除正確寫入的數據，但有可能無法成功修改某些單個小扇區。
     3. 修改為，在寫入扇區時，如果判斷到初始扇區不為4的倍數或結束扇區不為4的倍數，先將4k真實扇區數據讀出，再擦除真實扇區，然后將讀出的數據寫入需寫入扇區前的部分，最后將需寫入的數據寫入。
     4. 依舊不可行，格式化能返回ok，但重啟后出現無文件系統的錯誤，說明文件系統寫入還是有問題。
6. 解決問題5中文件無法正確保存的問題
   
   • 通過USB程序，將模塊連到電腦上格式化。
     1. 用8k/扇區格式化，能格式化成功。但將格式化好的模塊下載fatfs程序時，fatfs讀取出現問題，因為fatfs最大支持的單扇區大小為4096字節。
     2. 用我的電腦4k/扇區格式化，一直格式化失敗，串口打印出log發現寫入都沒有問題，寫入后的讀取卻讀不到有效內容。
     3. 在程序里面加上一段打印打碼，執行對0扇區的寫入后，打印寫入到0扇區的內容，從而判斷到底是什么導致了格式化失敗。結果，加上這段代碼后，格式化成功。
     4. 判斷為需要在寫入0扇區后延時一段時間再讀取才能成功。加入延時函數后，格式化沒有問題了。
   • 將格式化好的模塊下載fatfs程序后，讀取無問題，獲取剩余空間大小也沒有問題。但是，在f_open創建文件、f_write進行寫入操作、f_close關閉文件后，下次用f_open打開這個文件（OPEN_EXISTING選項）時，依然返回找不到文件的錯誤。
   • 經過各種調試，發現在disk_write函數中，每次進出打斷點，這樣進行的f_write和f_close操作，能成功保存文件、修改頁表，下次f_open能夠讀到這個文件。
   • 判斷是延時問題，嘗試在disk_write出口處加上100ms延時，問題解決。實驗發現，延時最短到15ms的時候，可以正常保存文件。最終將延時設為20ms。
7. 解決格式化失敗的問題：
   • 既然無法保存的問題出自寫入后的延時，那么之前的格式化之后文件無法保存的問題是否也出自這里？
   • 之前的判斷認為是fatfs將頁表存在末4個扇區內，所以導致文件無法保存的原因是只格式化了前面的數個扇區，沒有成功格式化。現在認為這個判斷是錯誤的。
   • 因為經過調試發現，前幾個扇區都是用於存儲fatfs相關內容的。之前以為是數據區的sz_fat，目前看來應該是fat文件頁表；之前認為是文件頁表的sz_dir，實際上是fat目錄表。
   • 也就是說，fat16文件系統的結構是這樣的：（參見https://blog.csdn.net/sikuon/article/details/75222224）
     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
   • 那么，昨天遇到的情況，格式化只格了前幾個扇區，是正確的操作。如此說來，GET_BLOCK_SIZE的功能的確如我所理解的那樣，是扇區數量。block_size就是一次性擦除的扇區數量。
   • 如此，格式化的參數有兩種選擇：
     1. 根據昨天的經驗，用f_mkfs("", FM_FAT, 0, work_buffer, FF_MAX_SS);這樣的參數格式化，只能格式化為FAT12（或許應該再試試，因為最初用這種參數格式化時，用的BLOCK_SIZE是4096--與此無關，只要不是SFD格式，都會-63扇區作為起始扇區）。
     2. 根據昨天的經驗，用f_mkfs("", FM_FAT+FM_SFD, 4096, work_buffer, FF_MAX_SS);這樣的參數，能成功格式化為FAT16，但這是軟盤格式，電腦上不一定可用。
     3. 最終試驗發現第一種會格式化為FAT12，第二種可行。
8. 在最開始遇到的一個問題，后來在另一個用到Fatfs的板子上又遇到了：
   1. 現象：開機f_getfree函數返回FR_NO_FILESYSTEM，進入格式化；f_mkfs函數返回FR_OK，格式化成功；下一步f_open函數又返回FR_NO_FILESYSTEM錯誤。
   2. 原因：SPIFlash虛焊。焊好后恢復正常。