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[RISC-V MCU 应用开发] 二十六、CH32V103应用教程——FATFS文件系统（SD卡）

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 楼主| RISCVLAR 发表于 2020-12-14 17:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
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本帖最后由 RISCVLAR 于 2020-12-14 17:22 编辑

CH32V103应用教程——FATFS文件系统（SD卡）

本章教程将使用FATFS文件系统来管理SD卡，实现对SD卡文件读写等基本功能。

1、FATFS简介及相关函数介绍
FATFS 是一种免费开源的、且面向小型嵌入式系统的一种通用FAT文件系统。其采用标准C语言编写并完全独立于底层I/O介质，具有良好的硬件平**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等格式，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。

本章教程在上一章SD卡教程的基础上，将FATFS文件系统代码移植到SD卡工程中，并对其进行读写测试。关于FATFS文件系统源码可从FATFS官网进行下载。

FATFS源码文件夹src文件夹主要包含以下几个文件：
  • option文件夹下文件为一些可选外部c文件，包含多语言支持需要用到的文件和转换函数；
  • diskio.c文件是 FATFS移植最关键的文件，它为文件系统提供了最底层的访问SD卡SPI接口的方法。其包含底层存储介质的操作函数，这些函数需要用户自己实现，主要添加底层驱动函数。
  • diskio.h定义了FATFS用到的宏，以及diskio.c文件内与底层硬件接口相关的函数声明。
  • integer.h文件中包含了一些数值类型定义。
  • ff.c文件是FATFS核心文件，是文件管理的实现方法。该文件独立于底层介质操作文件的函数，利用这些函数实现文件的读写。
  • ffconf.h这个头文件包含了对FATFS功能配置的宏定义， 通过修改这些宏定义就可以裁剪FATFS的功能。

关于FATFS文件系统模块的移植，我们只需把上述几个文件添加到SD卡工程中并进行一些修改即可。

2、硬件设计
本章教程主要在SD卡基础上进行FATFS文件系统模块的移植，所需资源与上一章一致。

3、软件设计
本章教程在上一章SD卡测试基础上进行FATFS文件系统模块的移植，将FATFS源码文件夹下文件添加工工程之后，只需进行以下修改即可：

1、由于本款开发板芯片ROM容量限制原因，option文件夹中选用文件ccsbcs.c文件；

2、对ffconf.h文件进行以下修改：
  • #define _USE_MKFS  1，这个用来定时是否使能格式化，本章需要用到，所以设置这里为1。
  • #define _CODE_PAGE 437，此选项指定要在目标系统上使用的OEM代码页，错误的代码页设置可能会导致文件打开失败，此处选择U.S.，语言类型选择为英文，437，此处需要和ccsbcs.c文件同步使用；
  • #define _USE_LFN   1，该选项用于设置是否支持长文件名（还需要_CODE_PAGE 支持），取值范围为 0~3。0，表示不支持长文件名，1~3 是支持长文件名，但是存储地方不一样，我们选择使用1，通过启用BSS上的静态工作缓冲区启用LFN；
  • #define _VOLUMES   2，用于设置FATFS支持的逻辑设备数目，我们设置为 2，即支持2个设备；
  • #define _MIN_SS    512，指定扇区缓冲最小值；
  • #define _MAX_SS   4096，指定扇区缓冲最大值。

3、关于diskio.c文件，其具体程序如下：
复制

  1. 

  2. #include "diskio.h"
    

  3. #include "sd.h"
    

  4. #include "malloc.h"
    


  5. 


  6. 

  7. #define SD_CARD  0  //SD卡,卷标为0
    

  8. #define EX_FLASH 1  //外部flash,卷标为1
    


  9. 

  10. #define FLASH_SECTOR_SIZE   512
    


  11. 

  12. //初始化磁盘
    

  13. DSTATUS disk_initialize (
    

  14.     BYTE pdrv               /* Physical drive nmuber (0..) */
    

  15. )
    

  16. {
    

  17.     u8 res=0;
    

  18.     switch(pdrv)
    

  19.     {
    

  20.         case SD_CARD://SD卡
    

  21.             res = SD_Initialize();//SD_Initialize()
    

  22.             if(res)//STM32 SPI的bug,在sd卡操作失败的时候如果不执行下面的语句,可能导致SPI读写异常
    

  23.             {
    

  24.                 SD_SPI_ReadWriteByte(0xff);//提供额外的8个时钟
    

  25.             }
    

  26.             break;
    

  27.         case EX_FLASH://外部flash
    

  28.             break;
    

  29.         default:
    

  30.             res=1;
    

  31.     }
    

  32.     if(res)return  STA_NOINIT;
    

  33.     else return 0; //初始化成功
    

  34. }
    


  35. 

  36. //获得磁盘状态
    

  37. DSTATUS disk_status (
    

  38.     BYTE pdrv       /* Physical drive nmuber (0..) */
    

  39. )
    

  40. {
    

  41.     return 0;
    

  42. }
    


  43. 

  44. //读扇区
    

  45. //drv:磁盘编号0~9
    

  46. //*buff:数据接收缓冲首地址
    

  47. //sector:扇区地址
    

  48. //count:需要读取的扇区数
    

  49. DRESULT disk_read (
    

  50.     BYTE pdrv,      /* Physical drive nmuber (0..) */
    

  51.     BYTE *buff,     /* Data buffer to store read data */
    

  52.     DWORD sector,   /* Sector address (LBA) */
    

  53.     UINT count      /* Number of sectors to read (1..128) */
    

  54. )
    

  55. {
    

  56.     u8 res=0;
    

  57.     if (!count)return RES_PARERR;//count不能等于0，否则返回参数错误
    

  58.     switch(pdrv)
    

  59.     {
    

  60.         case SD_CARD://SD卡
    

  61.             res=SD_ReadDisk(buff,sector,count);
    

  62.             if(res)//STM32 SPI的bug,在sd卡操作失败的时候如果不执行下面的语句,可能导致SPI读写异常
    

  63.             {
    

  64.                 SD_SPI_ReadWriteByte(0xff);//提供额外的8个时钟
    

  65.             }
    

  66.             break;
    

  67.         case EX_FLASH://外部flash
    

  68.             res=0;
    

  69.             break;
    

  70.         default:
    

  71.             res=1;
    

  72.     }
    

  73.    //处理返回值，将SPI_SD_driver.c的返回值转成ff.c的返回值
    

  74.     if(res==0x00)return RES_OK;
    

  75.     else return RES_ERROR;
    

  76. }
    


  77. 

  78. //写扇区
    

  79. //drv:磁盘编号0~9
    

  80. //*buff:发送数据首地址
    

  81. //sector:扇区地址
    

  82. //count:需要写入的扇区数
    

  83. #if _USE_WRITE
    

  84. DRESULT disk_write (
    

  85.     BYTE pdrv,          /* Physical drive nmuber (0..) */
    

  86.     const BYTE *buff,   /* Data to be written */
    

  87.     DWORD sector,       /* Sector address (LBA) */
    

  88.     UINT count          /* Number of sectors to write (1..128) */
    

  89. )
    

  90. {
    

  91.     u8 res=0;
    

  92.     if (!count)return RES_PARERR;//count不能等于0，否则返回参数错误
    

  93.     switch(pdrv)
    

  94.     {
    

  95.         case SD_CARD://SD卡
    

  96.             res=SD_WriteDisk((u8*)buff,sector,count);
    

  97.             break;
    

  98.         case EX_FLASH://外部flash
    

  99.             res=0;
    

  100.             break;
    

  101.         default:
    

  102.             res=1;
    

  103.     }
    

  104.     //处理返回值，将SPI_SD_driver.c的返回值转成ff.c的返回值
    

  105.     if(res == 0x00)return RES_OK;
    

  106.     else return RES_ERROR;
    

  107. }
    

  108. #endif
    


  109. 


  110. 

  111. //其他表参数的获得
    

  112.  //drv:磁盘编号0~9
    

  113.  //ctrl:控制代码
    

  114.  //*buff:发送/接收缓冲区指针
    

  115. #if _USE_IOCTL
    

  116. DRESULT disk_ioctl (
    

  117.     BYTE pdrv,      /* Physical drive nmuber (0..) */
    

  118.     BYTE cmd,       /* Control code */
    

  119.     void *buff      /* Buffer to send/receive control data */
    

  120. )
    

  121. {
    

  122.     DRESULT res;
    

  123.     if(pdrv==SD_CARD)//SD卡
    

  124.     {
    

  125.         switch(cmd)
    

  126.         {
    

  127.             case CTRL_SYNC:
    

  128.                 SD_CS_L;
    

  129.                 if(SD_WaitReady()==0)res = RES_OK;
    

  130.                 else res = RES_ERROR;
    

  131.                 SD_CS_H;
    

  132.                 break;
    

  133.             case GET_SECTOR_SIZE:
    

  134.                 *(WORD*)buff = 512;
    

  135.                 res = RES_OK;
    

  136.                 break;
    

  137.             case GET_BLOCK_SIZE:
    

  138.                 *(WORD*)buff = 8;
    

  139.                 res = RES_OK;
    

  140.                 break;
    

  141.             case GET_SECTOR_COUNT:
    

  142.                 *(DWORD*)buff = SD_GetSectorCount();
    

  143.                 res = RES_OK;
    

  144.                 break;
    

  145.             default:
    

  146.                 res = RES_PARERR;
    

  147.                 break;
    

  148.         }
    

  149.     }
    

  150.     else res=RES_ERROR;//其他的不支持
    

  151.     return res;
    

  152. }
    

  153. #endif
    

  154. //获得时间
    

  155. //User defined function to give a current time to fatfs module      */
    

  156. //31-25: Year(0-127 org.1980), 24-21: Month(1-12), 20-16: Day(1-31) */
    

  157. //15-11: Hour(0-23), 10-5: Minute(0-59), 4-0: Second(0-29 *2) */
    

  158. DWORD get_fattime (void)
    

  159. {
    

  160.     return 0;
    

  161. }
diskio.c文件主要进行磁盘初始化以及进行获取磁盘状态和读写扇区等操作；

4、关于main.c文件
复制
  1. /********************************** (C) COPYRIGHT *******************************
    

  2. * File Name          : main.c
    

  3. * Author             : WCH
    

  4. * Version            : V1.0.0
    

  5. * Date               : 2020/04/30
    

  6. * Description        : Main program body.
    

  7. *******************************************************************************/
    

  8. #include "debug.h"
    

  9. #include "spi.h"
    

  10. #include "sd.h"
    

  11. #include "ff.h"
    


  12. 


  13. 

  14. //定义变量
    

  15. FATFS fs;                     /* FatFs文件系统对象 */
    

  16. FIL fnew;                     /* 文件对象 */
    

  17. FRESULT res_sd;               /* 文件操作结果 */
    

  18. UINT fnum;                    /* 文件成功读写数量 */
    

  19. BYTE ReadBuffer[1024]={0};    /* 读缓冲区 */
    

  20. BYTE WriteBuffer[] =          /* 写缓冲区*/
    

  21. "欢迎使用沁恒CH32V103开发板，新建文件系统测试文件\r\n";
    


  22. 

  23. /*******************************************************************************
    

  24. * Function Name  : main
    

  25. * Description    : Main program.
    

  26. * Input          : None
    

  27. * Return         : None
    

  28. *******************************************************************************/
    

  29. int main(void)
    

  30. {
    

  31.     u32 sd_size;
    


  32. 

  33.         NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    

  34.     Delay_Init();
    

  35.         USART_Printf_Init(115200);
    


  36. 

  37.         printf("SystemClk:%d\r\n",SystemCoreClock);
    

  38.         printf("This is SD FATFS example\r\n");
    


  39. 

  40.         if(SD_Detect()==0)
    

  41.         {
    

  42.             printf("未检测SD卡插入!\n");
    

  43.         }
    

  44.         else
    

  45.         {
    

  46.             printf("已检测SD卡插入!\n");
    


  47. 

  48.             if(SD_Initialize())
    

  49.             {
    

  50.                 printf("SD卡初始化出错，请检查！!\n");
    

  51.                 Delay_Ms(500);
    

  52.             }
    

  53.             else
    

  54.             {
    

  55.                 printf("SD卡初始化完成！\n");
    

  56.                 sd_size=SD_GetSectorCount();//得到扇区数
    

  57.                 printf("SD Card Size（MB）:%d\n",sd_size>>11);
    

  58.             }
    

  59.         }
    


  60. 

  61.     //在外部SPI SD挂载文件系统，文件系统挂载时会对SPI设备初始化
    

  62.     res_sd = f_mount(&fs,"0:",1);
    


  63. 

  64.     /*----------------------- 格式化测试 ---------------------------*/
    

  65.         /* 如果没有文件系统就格式化创建创建文件系统 */
    

  66.         if(res_sd == FR_NO_FILESYSTEM)
    

  67.         {
    

  68.             printf("》SD卡还没有文件系统，即将进行格式化...\r\n");
    

  69.         /* 格式化 */
    

  70.             res_sd=f_mkfs("0:",0,0);
    


  71. 

  72.             if(res_sd == FR_OK)
    

  73.             {
    

  74.                 printf("》SD卡已成功格式化文件系统。\r\n");
    

  75.           /* 格式化后，先取消挂载 */
    

  76.                 res_sd = f_mount(NULL,"0:",1);
    

  77.           /* 重新挂载   */
    

  78.                 res_sd = f_mount(&fs,"0:",1);
    

  79.             }
    

  80.             else
    

  81.             {
    

  82.                 printf("《《格式化失败。》》res_sd =%d\r\n",res_sd);
    

  83.                 while(1);
    

  84.             }
    

  85.         }
    

  86.       else if(res_sd!=FR_OK)
    

  87.       {
    

  88.         printf("！！SD卡挂载文件系统失败。(%d)\r\n",res_sd);
    

  89.         printf("！！可能原因：SD卡初始化不成功。\r\n");
    

  90.             while(1);
    

  91.       }
    

  92.       else
    

  93.       {
    

  94.         printf("》文件系统挂载成功，可以进行读写测试\r\n");
    

  95.       }
    

  96.         /*----------------------- 文件系统测试：写测试 -----------------------------*/
    

  97.             /* 打开文件，如果文件不存在则创建它 */
    

  98.             printf("\r\n****** 即将进行文件写入测试... ******\r\n");
    

  99.             res_sd = f_open(&fnew, "0:FatFs读写测试文件.txt",FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE );
    

  100.             if ( res_sd == FR_OK )
    

  101.             {
    

  102.                 printf("》打开/创建FatFs读写测试文件.txt文件成功，向文件写入数据。\r\n");
    

  103.             /* 将指定存储区内容写入到文件内 */
    

  104.                 res_sd=f_write(&fnew,WriteBuffer,sizeof(WriteBuffer),&fnum);
    

  105.             if(res_sd==FR_OK)
    

  106.             {
    

  107.               printf("》文件写入成功，写入字节数据：%d\n",fnum);
    

  108.               printf("》向文件写入的数据为：\r\n%s\r\n",WriteBuffer);
    

  109.             }
    

  110.             else
    

  111.             {
    

  112.               printf("！！文件写入失败：(%d)\n",res_sd);
    

  113.             }
    

  114.                 /* 不再读写，关闭文件 */
    

  115.             f_close(&fnew);
    

  116.             }
    

  117.             else
    

  118.             {
    

  119.                 printf("！！打开/创建文件失败。\r\n");
    

  120.             }
    


  121. 

  122.         while(1)
    

  123.     {
    

  124.         }
    

  125. }
    


  126.
main.c文件主要进行相关函数初始化以及读取输出相关信息。

4、下载验证
将编译好的程序下载到开发板并复位，当未插入SD卡时，串口打印情况具体如下：
图片1.png
插入SD卡并复位后，串口打印情况如下：
图片2.png


25、FATFS.rar

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评论

Jekele
学习。  发表于 2020-12-18 11:47

相关帖子
xdqfc 发表于 2020-12-15 11:59 | 显示全部楼层
楼主能否在磁盘（SD）下多增加几个文件，然后再扫描磁盘下的目录，并且print出来，那样就更加完美了。先期待一下。
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 楼主| RISCVLAR 发表于 2020-12-15 14:08 | 显示全部楼层
xdqfc 发表于 2020-12-15 11:59
楼主能否在磁盘（SD）下多增加几个文件，然后再扫描磁盘下的目录，并且print出来，那样就更加完美了。先期 ...

好的，后面有空会搞得
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gtbestom 发表于 2021-8-4 13:38 | 显示全部楼层
这个新建的文件，文件名乱码了。
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gtbestom 发表于 2021-8-4 14:10 | 显示全部楼层
64K的Flash空间，放不下936对照表，所以中文文件名会显示乱码
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sesefadou 发表于 2021-8-11 15:57 | 显示全部楼层
FATFS需要占用多大的内存额   
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earlmax 发表于 2021-8-11 15:58 | 显示全部楼层
支持flash芯片吗   
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maudlu 发表于 2021-8-11 15:58 | 显示全部楼层
必须用malloc吗？     
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mattlincoln 发表于 2021-8-11 15:58 | 显示全部楼层
读取文件的时候特别慢。           
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mollylawrence 发表于 2021-8-11 15:58 | 显示全部楼层
FATFS文件系统速度可行？  
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geraldbetty 发表于 2021-8-11 15:59 | 显示全部楼层
这个扇区是怎么划分   
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macpherson 发表于 2021-8-11 15:59 | 显示全部楼层
哪里是配置空间大小的呢  
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jonas222 发表于 2021-8-11 16:00 | 显示全部楼层
可以通过usb管理SD卡吗  
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claretttt 发表于 2021-8-11 16:00 | 显示全部楼层
CH32V103可以直接生成fatfs代码吗  
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kkzz 发表于 2021-8-11 16:00 | 显示全部楼层
8位单片机没有移植成功过。
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