stm32 Fatfs 读写SD卡

只看该作者 · 2021-7-15 22:27

读写SD是嵌入式系统中一个比较基础的功能，在很多应用中都可以用得上SD卡。折腾了几天，总算移植成功了最新版Fatfs（Fatfs R0.09），成功读写SD卡下文件。

只看该作者 · 2021-7-15 22:32

FatFs ( http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html)是一个通用的文件系统模块，用于在小型嵌入式系统中实现FAT文件系统。 FatFs 的编写遵循ANSI C，因此不依赖于硬件平台。它可以嵌入到便宜的微控制器中，如 8051, PIC, AVR, SH, Z80, H8, ARM 等等，不需要做任何修改。

只看该作者 · 2021-7-15 22:38

1. SD卡/TF卡硬件接口

SD卡有两种操作接口，SDIO和SPI。使用SDIO口的速度比较快,SPI的速度比较慢。

只看该作者 · 2021-7-15 22:41

SD卡引脚描述如下： SD卡SPI接法如下：

只看该作者 · 2021-7-15 22:45

只看该作者 · 2021-7-15 22:52

我使用的是正点原子的开发板，所以采用的是SPI接口的模式。

只看该作者 · 2021-7-15 22:58

TF卡SDIO 模式和SPI模式引脚定义：

只看该作者 · 2021-7-15 23:09

可以发现Micro SD卡只有8个引脚是因为比SD卡少了一个Vss。使用TF转SD的卡套套在Micro SD卡上，这样一来大小就和SD卡一样大，这时候卡套上的9个引脚就和SD卡一样了，你可以完全当做SD卡来操作。

只看该作者 · 2021-7-15 23:12

2. SD卡底层驱动

SD卡的操作比较复杂，需要多看看一些文档。这里附上SD底层驱动代码，代码说明详见注释

Sd卡SPi操作底层代码： sdcard.c sdcard.h

只看该作者 · 2021-7-15 23:14

3. Fatfs 移植

FatFs 软件包中相关文件：

      ffconf.h    FatFs 模块配置文件
      ff.h          FatFs 和应用模块公用的包含文件
      ff.c          FatFs 模块
      diskio.h    FatFs and disk I/O 模块公用的包含文件
      integer.h 数据类型定义
      option    可选的外部功能
      diskio.c    FatFs 与disk I/O 模块接口层文件(不属于 FatFs 需要由用户提供)

只看该作者 · 2021-7-15 23:16

FatFs 配置，文件系统的配置项都在 ffconf.h 文件之中：

      (1) _FS_TINY ：这个选项在R0.07 版本之中开始出现，在之前的版本都是以独立的文件出现，现在通过一个宏来修改使用起来更方便；
      (2) _FS_MINIMIZE、_FS_READONLY、_USE_STRFUNC、_USE_MKFS、_USE_FORWARD 这些宏是用来对文件系统进行裁剪
      (3) _CODE_PAGE ：本选项用于设置语言码的类型
      (4) _USE_LFN ：取值为0~3，主要用于长文件名的支持及缓冲区的动态分配：
            0：不支持长文件名；
            1：支持长文件名存储的静态分配，一般是存储在BSS 段；
            2：支持长文件名存储的动态分配，存储在栈上；
            3：支持长文件名存储的动态分配，存储在堆上。
      (5) _MAX_LFN ：可存储长文件的最大长度，其值一般为（12~255），但是缓冲区一般占(_MAX_LFN + 1) * 2 bytes；
      (6) _LFN_UNICODE ：为1 时才支持unicode 码；
      (7) _FS_RPATH ：R0.08a 版本改动配置项，取值范围0~2：
            0：去除相对路径支持和函数；
            1：开启相对路径并且开启f_chdrive()和f_chdir()两个函数；
            2：在1 的基础上添加f_getcwd()函数。
      (8) _VOLUMES ：支持的逻辑设备数目；
      (9) _MAX_SS ：扇区缓冲的最大值，其值一般为512；
      (10) _MULTI_PARTITION：定义为1 时，支持磁盘多个分区；
      (11) _USE_ERASE ：R0.08a 新加入的配置项，设置为1 时，支持扇区擦除；
      (12) _WORD_ACCESS ：如果定义为1，则可以使用word 访问；
      (13) _FS_REENTRANT ：定义为1 时，文件系统支持重入，但是需要加上跟操作系统信号量相关的几个函数，函数在syscall.c 文件中；
      (14) _FS_SHARE ：文件支持的共享数目。

只看该作者 · 2021-7-15 23:18

Fatfs 开源文件系统从R0.07e 之后版本开始就不再提供底层接口文件 diskio.c 模板，这里附上根据
以上SD卡底层驱动对应的 diskio.c 源码：

只看该作者 · 2021-7-15 23:19

#include "common.h"
/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Inidialize a Drive                                                 */

DSTATUS disk_initialize (
BYTE drv /* Physical drive nmuber (0..) */
)
{
u8 state;

if(drv)
{
      return STA_NOINIT;  //仅支持磁盘0的操作
}

state = SD_Init();
if(state == STA_NODISK)
{
      return STA_NODISK;
}
else if(state != 0)
{
      return STA_NOINIT;  //其他错误：初始化失败
}
else
{
      return 0;          //初始化成功
}
}

/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Return Disk Status                                                 */

DSTATUS disk_status (
BYTE drv /* Physical drive nmuber (0..) */
)
{
if(drv)
{
      return STA_NOINIT;  //仅支持磁盘0操作
}

//检查SD卡是否插入
if(!SD_DET())
{
      return STA_NODISK;
}
return 0;
}

/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Read Sector(s)                                                       */

DRESULT disk_read (
BYTE drv, /* Physical drive nmuber (0..) */
BYTE *buff, /* Data buffer to store read data */
DWORD sector, /* Sector address (LBA) */
BYTE count /* Number of sectors to read (1..255) */
)
{
u8 res=0;
if (drv || !count)
{
      return RES_PARERR;  //仅支持单磁盘操作，count不能等于0，否则返回参数错误
}
if(!SD_DET())
{
      return RES_NOTRDY;  //没有检测到SD卡，报NOT READY错误
}

if(count==1)          //1个sector的读操作
{
      res = SD_ReadSingleBlock(sector, buff);
}
else                   //多个sector的读操作
{
      res = SD_ReadMultiBlock(sector, buff, count);
}
/*
do
{
      if(SD_ReadSingleBlock(sector, buff)!=0)
      {
         res = 1;
         break;
      }
      buff+=512;
}while(--count);
*/
//处理返回值，将SPI_SD_driver.c的返回值转成ff.c的返回值
if(res == 0x00)
{
      return RES_OK;
}
else
{
      return RES_ERROR;
}
}

/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Write Sector(s)                                                    */

#if _READONLY == 0
DRESULT disk_write (
BYTE drv, /* Physical drive nmuber (0..) */
const BYTE *buff, /* Data to be written */
DWORD sector, /* Sector address (LBA) */
BYTE count /* Number of sectors to write (1..255) */
)
{
u8 res;

if (drv || !count)
{
      return RES_PARERR;  //仅支持单磁盘操作，count不能等于0，否则返回参数错误
}
if(!SD_DET())
{
      return RES_NOTRDY;  //没有检测到SD卡，报NOT READY错误
}

// 读写操作
if(count == 1)
{
      res = SD_WriteSingleBlock(sector, buff);
}
else
{
      res = SD_WriteMultiBlock(sector, buff, count);
}
// 返回值转换
if(res == 0)
{
      return RES_OK;
}
else
{
      return RES_ERROR;
}
}
#endif /* _READONLY */

/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Miscellaneous Functions                                              */

DRESULT disk_ioctl (
BYTE drv, /* Physical drive nmuber (0..) */
BYTE ctrl, /* Control code */
void *buff /* Buffer to send/receive control data */
)
{
DRESULT res;

if (drv)
{
      return RES_PARERR;  //仅支持单磁盘操作，否则返回参数错误
}

//FATFS目前版本仅需处理CTRL_SYNC，GET_SECTOR_COUNT，GET_BLOCK_SIZ三个命令
switch(ctrl)
{
case CTRL_SYNC:
      SD_CS_ENABLE();
      if(SD_WaitReady()==0)
      {
         res = RES_OK;
      }
      else
      {
         res = RES_ERROR;
      }
      SD_CS_DISABLE();
      break;

case GET_BLOCK_SIZE:
      *(WORD*)buff = 512;
      res = RES_OK;
      break;

case GET_SECTOR_COUNT:
      *(DWORD*)buff = SD_GetCapacity();
      res = RES_OK;
      break;
default:
      res = RES_PARERR;
      break;
}

return res;
}

/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* User defined function to give a current time to fatfs module       */
/* 31-25: Year(0-127 org.1980), 24-21: Month(1-12), 20-16: Day(1-31) */
/* 15-11: Hour(0-23), 10-5: Minute(0-59), 4-0: Second(0-29 *2) */
DWORD get_fattime (void)
{
  return 0;
}

只看该作者 · 2021-7-15 23:20

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#include "common.h"

/*-----------------------------------------------------------------------*/

/* Inidialize a Drive                                                    */

 

DSTATUS disk_initialize (

        BYTE drv                                /* Physical drive nmuber (0..) */

)

{

    u8 state;

 

    if(drv)

    {

        return STA_NOINIT;  //仅支持磁盘0的操作

    }

 

    state = SD_Init();

    if(state == STA_NODISK)

    {

        return STA_NODISK;

    }

    else if(state != 0)

    {

        return STA_NOINIT;  //其他错误：初始化失败

    }

    else

    {

        return 0;           //初始化成功

    }

}

 

 

 

/*-----------------------------------------------------------------------*/

/* Return Disk Status                                                    */

 

DSTATUS disk_status (

        BYTE drv                /* Physical drive nmuber (0..) */

)

{

    if(drv)

    {

        return STA_NOINIT;  //仅支持磁盘0操作

    }

 

    //检查SD卡是否插入

    if(!SD_DET())

    {

        return STA_NODISK;

    }

    return 0;

}

 

 

 

/*-----------------------------------------------------------------------*/

/* Read Sector(s)                                                        */

 

DRESULT disk_read (

        BYTE drv,                /* Physical drive nmuber (0..) */

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

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

        BYTE count                /* Number of sectors to read (1..255) */

)

{

        u8 res=0;

    if (drv || !count)

    {    

        return RES_PARERR;  //仅支持单磁盘操作，count不能等于0，否则返回参数错误

    }

    if(!SD_DET())

    {

        return RES_NOTRDY;  //没有检测到SD卡，报NOT READY错误

    }

 

    

        

    if(count==1)            //1个sector的读操作      

    {                                                

        res = SD_ReadSingleBlock(sector, buff);      

    }                                                

    else                    //多个sector的读操作     

    {                                                

        res = SD_ReadMultiBlock(sector, buff, count);

    }                                                

        /*

    do                           

    {                                          

        if(SD_ReadSingleBlock(sector, buff)!=0)

        {                                      

            res = 1;                           

            break;                             

        }                                      

        buff+=512;                             

    }while(--count);                                         

    */

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

    if(res == 0x00)

    {

        return RES_OK;

    }

    else

    {

        return RES_ERROR;

    }

}

 

 

 

/*-----------------------------------------------------------------------*/

/* Write Sector(s)                                                       */

 

#if _READONLY == 0

DRESULT disk_write (

        BYTE drv,                        /* Physical drive nmuber (0..) */

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

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

        BYTE count                        /* Number of sectors to write (1..255) */

)

{

        u8 res;

 

    if (drv || !count)

    {    

        return RES_PARERR;  //仅支持单磁盘操作，count不能等于0，否则返回参数错误

    }

    if(!SD_DET())

    {

        return RES_NOTRDY;  //没有检测到SD卡，报NOT READY错误

    }

 

    // 读写操作

    if(count == 1)

    {

        res = SD_WriteSingleBlock(sector, buff);

    }

    else

    {

        res = SD_WriteMultiBlock(sector, buff, count);

    }

    // 返回值转换

    if(res == 0)

    {

        return RES_OK;

    }

    else

    {

        return RES_ERROR;

    }

}

#endif /* _READONLY */

 

 

 

/*-----------------------------------------------------------------------*/

/* Miscellaneous Functions                                               */

 

DRESULT disk_ioctl (

        BYTE drv,                /* Physical drive nmuber (0..) */

        BYTE ctrl,                /* Control code */

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

)

{

    DRESULT res;

 

 

    if (drv)

    {    

        return RES_PARERR;  //仅支持单磁盘操作，否则返回参数错误

    }

    

    //FATFS目前版本仅需处理CTRL_SYNC，GET_SECTOR_COUNT，GET_BLOCK_SIZ三个命令

    switch(ctrl)

    {

    case CTRL_SYNC:

        SD_CS_ENABLE();

        if(SD_WaitReady()==0)

        {

            res = RES_OK;

        }

        else

        {

            res = RES_ERROR;

        }

        SD_CS_DISABLE();

        break;

        

    case GET_BLOCK_SIZE:

        *(WORD*)buff = 512;

        res = RES_OK;

        break;

 

    case GET_SECTOR_COUNT:

        *(DWORD*)buff = SD_GetCapacity();

        res = RES_OK;

        break;

    default:

        res = RES_PARERR;

        break;

    }

 

    return res;

}

 

/*-----------------------------------------------------------------------*/

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

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

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

DWORD get_fattime (void)

{

  return 0;

}

只看该作者 · 2021-7-15 23:21

这里的结构函数为Fatfs提供和SD卡的通信接口。在最新版本的Fatfs中还加入了对中文文件名的支持，需要修改 ffconf.h
#define _CODE_PAGE 936 //- Simplified Chinese GBK (DBCS, OEM, Windows)
同时应该添加 option/cc936.c文件。但是这个文件有700多K占相当大的ROM，像stm32F103RBT6这种小FLASH的MCU根本不行，加入当前工程文件中代码将增加160KB 左右。

配置好Stm32的串口和SPI等IO口设置后，就可以使用Fatfs做一些文件操作了。

只看该作者 · 2021-7-15 23:25

4. Fatfs 文件操作

文件分配表FAT(File AllocationTable)用来记录文件所在位置的表格.它对于硬盘的使用是非常重要的，假若丢失文件分配表，那么硬盘上的数据就会因无法定位而不能使用了。

只看该作者 · 2021-7-15 23:27

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#include "common.h"

#include <string.h>

 

FRESULT scan_files (char* path);

 

#define  F_PUTS                 1                //测试向文件写入字符串

#define  F_READ         1       //测试从文件中读出数据

#define  F_UNLINK       0       //测试删除文件

#define  SCAN_FILES         1       //测试目录扫描

 

FATFS fs;

FRESULT res;

FIL file;                                                   

UINT br;

BYTE buffer[4096];                                //以上变量作为全局变量 可以避免一些Bug

 

int main(void)

{

        u16 i,n;        

        

 

        //stm32 初始化                

        RCC_Configuration();

        NVIC_Configuration();                

        USART_Configuration();

        SPI_Configuration();

        GPIO_Configuration();

 

 

        //fatfs 操作

 

        f_mount(0, &fs);

 

        //如果data.txt存在，则打开；否则，创建一个新文件

        res = f_open(&file, "0:/data.txt",FA_OPEN_ALWAYS|FA_READ|FA_WRITE ); 

 

        if(res!=FR_OK)

        {

                printf("\r\n f_open() fail .. \r\n");

        }else{

                printf("\r\n f_open() success .. \r\n");

        }

 

#if F_READ

 

        while(1){                                                                         //使用f_read读文件

                res = f_read(&file, buffer, 1, &br);     //一次读一个字节知道读完全部文件信息

 

                if (res == FR_OK )

                {

                        printf("%s",buffer);

                }else{

                    printf("\r\n f_read() fail .. \r\n");        

                }

 

                if(f_eof(&file)) {break;}

        }

 

        /*if( f_gets(buffer,sizeof(buffer),&file) != NULL)         //使用f_gets读文件        ,存在 Bugs 待调试

        {

                printf("%s",buffer);

        }else{

            printf("\r\n f_gets() fail .. \r\n");        

        } */ 

 

#endif

 

#if F_PUTS

 

        //将指针指向文件末

        //res = f_lseek(&file,(&file)->fsize); 

        res = f_lseek(&file,file.fsize);        

 

        n = f_puts("\r\n hello dog ..\r\n", &file) ;  //向文件末写入字符串

                                      

        if(n<1)  //判断写是否成功                        

        {                                                      

                printf("\r\n f_puts() fail .. \r\n");                                             

        }else{

                printf("\r\n f_puts() success .. \r\n");

        }

 

#endif

 

#if F_UNLINK

 

        res = f_unlink("test.jpg");           //前提SD下存在一个test.jpg

 

        if(res!=FR_OK)

        {

                printf("\r\n f_unlink() fail .. \r\n");

        }else{

                printf("\r\n f_unlink() success .. \r\n");

        }

 

#endif

 

#if SCAN_FILES

 

        printf("\r\n the directory files : \r\n");

        scan_files("/");              //扫描根目录

 

#endif

 

           f_close(&file);

        f_mount(0, NULL); 

 

          while(1);

}

 

 

FRESULT scan_files (

    char* path        /* Start node to be scanned (also used as work area) */

)

{

    FRESULT res;

    FILINFO fno;

    DIR dir;

    int i;

    char *fn;   /* This function is assuming non-Unicode cfg. */

#if _USE_LFN

    static char lfn[_MAX_LFN + 1];

    fno.lfname = lfn;

    fno.lfsize = sizeof lfn;

#endif

 

 

    res = f_opendir(&dir, path);                       /* Open the directory */

    if (res == FR_OK) {

        i = strlen(path);

        for (;;) {

            res = f_readdir(&dir, &fno);                   /* Read a directory item */

            if (res != FR_OK || fno.fname[0] == 0) break;  /* Break on error or end of dir */

            if (fno.fname[0] == '.') continue;             /* Ignore dot entry */

#if _USE_LFN

            fn = *fno.lfname ? fno.lfname : fno.fname;

#else

            fn = fno.fname;

#endif

            if (fno.fattrib & AM_DIR) {                    /* It is a directory */

                sprintf(&path[i], "/%s", fn);

                res = scan_files(path);

                if (res != FR_OK) break;

                path[i] = 0;

            } else {                                       /* It is a file. */

                printf("\r\n %s/%s \r\n", path, fn);

            }

        }

    }

 

    return res;

}

Fatfs 文件系统减轻了操作SD卡的工作量，调用其提供的函数就可以方便的操作文件，读写删改等。
这里提供一个main.c 示例：

只看该作者 · 2021-7-15 23:28

其中目录扫描函数 scan_files( char * path) 参数格式如下：

只看该作者 · 2021-7-15 23:29

这里使用到了f_puts()函数，所以必须在ffconf.h 中修改 #define _USE_STRFUNC 1

只看该作者 · 2021-7-15 23:33