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[RISC-V MCU 应用开发]

第一百零八章、CH32V103应用教程——文件系统FatFs

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本帖最后由 RISCVLAR 于 2021-8-19 17:12 编辑

CH32V103应用教程——文件系统FatFs

前面教程中介绍过SPI读写FLASH,此外在论坛中看到很多朋友在此基础上运行FatFs文件系统,参考各位朋友帖子,整理汇总一下,写一个帖子。

1、FatFs简介
FatFs是一个通用的文件系统(FAT/exFAT)模块,用于在小型嵌入式系统中实现FAT文件系统。 FatFs 组件的编写遵循ANSI C(C89),完全分离于磁盘 I/O 层,因此不依赖于硬件平台。它可以嵌入到资源有限的微控制器中,如 8051, PIC, AVR, ARM, Z80, RX等等,不需要做任何修改。
关于FatFs的具体介绍以及FatFs文件系统的源码,可去FatFs官网浏览下载,链接如下:http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html
下载解压打开文件系统源码文件,可以看见里面包含两个文件夹,如下图。其中,documents文件夹下是一些帮助文档,source文件夹下是文件系统源码。本章教程主要用到source文件夹下源码文件,因此对其做主要介绍。
diskio.c文件:是FatFs和disk I/O模块接口文件,是与平台相关的代码,需要用户根据存储介质来编写函数。
diskio.h文件:是FatFs和disk I/O模块的公共包含文件,不需要用户修改。
ff.c文件:是FatFs模块源码,不需要用户修改。
ff.h文件:是FatFs和应用程序模块的通用包含文件,不需要用户修改。
ffconf.h文件:是FatFs模块的配置文件,需要用户根据需求来配置。
ffsystem.c文件,是可选的操作系统对接的各接口相关实现示例。
ffunicode.c文件,是可选的Unicode相关的转换函数,包含了多语言支持需要用到的文件和转换函数。
根据上述描述,因此我们在使用FatFs的时候只需要对diskio.c、ffconf.h、ffunicode.c三个文件进行配置修改即可。

2、硬件设计
本章教程使用SPI读写FLASH,由原理图可知,其片选信号通过电阻R11连接,但开发板默认R11是断开的,因此在使用FLASH之前需将R11短接。

3软件设计
本次教程在SPI读写FLASH程序基础上进行,本章教程将FatFs源码添加到工程之后对diskio.c、ffconf.h、ffunicode.c三个文件进行配置修改,在此只介绍diskio.c文件的修改,其他见工程。
diskio.c文件
/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Low level disk I/O module SKELETON for FatFs     (C)ChaN, 2019        */
/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* If a working storage control module is available, it should be        */
/* attached to the FatFs via a glue function rather than modifying it.   */
/* This is an example of glue functions to attach various exsisting      */
/* storage control modules to the FatFs module with a defined API.       */
/*-----------------------------------------------------------------------*/

#include "diskio.h"     /* Declarations of disk functions */

/* Definitions of physical drive number for each drive */
//#define DEV_RAM       0   /* Example: Map Ramdisk to physical drive 0 */
//#define DEV_MMC       1   /* Example: Map MMC/SD card to physical drive 1 */
//#define DEV_USB       2   /* Example: Map USB MSD to physical drive 2 */

/* 为每个设备定义一个物理编号 */
#define ATA             1     // 预留SD卡使用
#define SPI_FLASH       0     // 外部SPI Flash
/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Get Drive Status                                                      */
/*-----------------------------------------------------------------------*/

DSTATUS disk_status (
    BYTE pdrv       /* Physical drive nmuber to identify the drive */
)
{

    DSTATUS status = STA_NOINIT;

    switch (pdrv)
    {
        case ATA:   /* SD CARD */
            break;

        case SPI_FLASH:
          /* SPI Flash状态检测:读取SPI Flash 设备ID */
          if(W25Q16 == SPI_Flash_ReadID())
          {
            /* 设备ID读取结果正确 */
            status &= ~STA_NOINIT;
          }
          else
          {
            /* 设备ID读取结果错误 */
            status = STA_NOINIT;;
          }
          break;

        default:
            status = STA_NOINIT;
            break;
    }
    return status;
}



/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Inidialize a Drive                                                    */
/*-----------------------------------------------------------------------*/

DSTATUS disk_initialize (
    BYTE pdrv               /* Physical drive nmuber to identify the drive */
)
{
      DSTATUS status = STA_NOINIT;
      switch (pdrv)
      {
          case ATA:            /* SD CARD */
              break;

          case SPI_FLASH:    /* SPI Flash */
            /* 初始化SPI Flash */
              SPI_Flash_Init();
            /* 获取SPI Flash芯片状态 */
            status=disk_status(SPI_FLASH);
            break;

          default:
            status = STA_NOINIT;
            break;
      }
      return status;
}



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

DRESULT disk_read (
    BYTE pdrv,      /* Physical drive nmuber to identify the drive */
    BYTE *buff,     /* Data buffer to store read data */
    LBA_t sector,   /* Start sector in LBA */
    UINT count      /* Number of sectors to read */
)
{
    DRESULT status = RES_PARERR;
    switch (pdrv)
    {
        case ATA:   /* SD CARD */
            break;

        case SPI_FLASH:
            SPI_Flash_Read(buff, sector <<12, count<<12);
          status = RES_OK;
            break;

        default:
            status = RES_PARERR;
            break;
    }
    return status;
}



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

#if FF_FS_READONLY == 0

DRESULT disk_write (
    BYTE pdrv,          /* Physical drive nmuber to identify the drive */
    const BYTE *buff,   /* Data to be written */
    LBA_t sector,       /* Start sector in LBA */
    UINT count          /* Number of sectors to write */
)
{
      DRESULT status = RES_PARERR;
      if (!count) {
          return RES_PARERR;      /* Check parameter */
      }

      switch (pdrv)
      {
          case ATA:   /* SD CARD */
              break;

          case SPI_FLASH:
            SPI_Flash_Erase_Sector(sector);
            SPI_Flash_Write((uint8_t *)buff,sector<<12,count<<12);
            status = RES_OK;
            break;

          default:
            status = RES_PARERR;
            break;
      }
      return status;
}

#endif


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

DRESULT disk_ioctl (
    BYTE pdrv,      /* Physical drive nmuber (0..) */
    BYTE cmd,       /* Control code */
    void *buff      /* Buffer to send/receive control data */
)
{
    DRESULT status = RES_PARERR;
    switch (pdrv)
    {
        case ATA:   /* SD CARD */
            break;

        case SPI_FLASH:
            switch (cmd)
            {
                /* 扇区数量:1536*4096/1024/1024=6(MB) */
                case GET_SECTOR_COUNT:
                    *(DWORD * )buff = 512;
                    break;
                /* 扇区大小  */
                case GET_SECTOR_SIZE :
                    *(WORD * )buff = 4096;
                    break;
                /* 同时擦除扇区个数 */
                case GET_BLOCK_SIZE :
                    *(DWORD * )buff = 1;
                    break;
            }
            status = RES_OK;
            break;

        default:
            status = RES_PARERR;
            break;
    }
    return status;
}

DWORD get_fattime(void) {
    /* 返回当前时间戳 */
    return    ((DWORD)(2015 - 1980) << 25)  /* Year 2015 */
            | ((DWORD)1 << 21)              /* Month 1 */
            | ((DWORD)1 << 16)              /* Mday 1 */
            | ((DWORD)0 << 11)              /* Hour 0 */
            | ((DWORD)0 << 5)                 /* Min 0 */
            | ((DWORD)0 >> 1);              /* Sec 0 */
}
关于程序理解可见注释。
Main.c文件
/********************************** (C) COPYRIGHT *******************************
* File Name          : main.c
* Author             : WCH
* Version            : V1.0.0
* Date               : 2020/04/30
* Description        : Main program body.
*******************************************************************************/
#include "debug.h"
#include "spi.h"
#include "diskio.h"     /* FatFs lower layer API */
#include "ff.h"         /* FatFs lower layer API */
#include "string.h"

FATFS fs;                         /* FatFs文件系统对象 */
FIL fnew;                         /* 文件对象 */
FRESULT res_flash;                /* 文件操作结果 */
DIR dire;                         // 目录对象
FILINFO fnow;                     // 定义静态文件信息结构对象
UINT fnum;                        /* 文件成功读写数量 */
BYTE ReadBuffer[1024]={0};        /* 读缓冲区 */
BYTE WriteBuffer[] =              /* 写缓冲区*/
"这是一个基于CH32V103串行Flash的fatfs的评测实验\r\n";

BYTE work[FF_MAX_SS];

FRESULT scan_files (
    char* path        /* Start node to be scanned (***also used as work area***) */
);
/*******************************************************************************
* Function Name  : main
* Description    : Main program.
* Input          : None
* Return         : None
*******************************************************************************/
int main(void)
{
    char pathBuff[256]; //定义路径数组
    char filename[20];

    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
    Delay_Init();
    USART_Printf_Init(115200);
    SPI_Flash_Init();

    printf("****** 这是一个SPI FLASH 文件系统实验 ******\r\n");
    printf("FLASH正在整体擦除....\r\n");
    SPI_Flash_Erase_Chip();
    printf("FLASH整体擦除完毕....\r\n");

    //在外部SPI Flash挂载文件系统,文件系统挂载时会对SPI设备初始化
    //初始化函数调用流程如下
    //f_mount()->find_volume()->disk_initialize->SPI_FLASH_Init()
    //f_mount:注册或注销一个工作区域
    //f_mount 函数有三个形参,
    //第 一个参数是指向 FATFS 变量指针,如果赋值为 NULL 可以取消物理设备挂载。
    //第二个参数为逻辑设备编号,使用设备根路径表示,与物理设备编号挂钩,在diskio.c文件中我们定义 SPI Flash 芯片物理编号为 0,所以这里使用“0:”。
    //第三个参数可选 0 或 1, 1 表示立即挂载, 0 表示不立即挂载,延迟挂载。
    //f_mount 函数会返回一个 FRESULT 类型值,指示运行情况。
    //返回值:FR_OK (0),函数成功     FR_INVALID_DRIVE,驱动器无效
    res_flash = f_mount(&fs,"0:",1);

    if(res_flash==FR_OK)
    {
      printf("》文件系统挂载成功\r\n");
    }
    else
    {
      printf("!!文件系统挂载失败:(%d)\r\n",res_flash);
    }

    /*----------------------- 格式化测试 -----------------*/
    /* 如果没有文件系统就格式化创建创建文件系统 */
    //如果 f_mount 函数返回值为 FR_NO_FILESYSTEM,说明没有 FAT 文件系统,比如新出厂的 SPI Flash 芯片就没有 FAT 文件系统。我们就必须对物理设备进行格式化处理。
    if(res_flash == FR_NO_FILESYSTEM)
    {
        printf("》FLASH还没有文件系统,即将进行格式化...\r\n");
        /* 格式化 */
        //f_mkfs:在驱动器上创建一个文件系统
        //f_mkfs 函数有三个形参,
        //第一个参数为逻辑设备编号;
        //第二参数可选 0 或者 1, 0 表示设备为一般硬盘, 1 表示设备为软盘。
        //第三个参数指定扇区大小,如果为 0,表示通过代码 disk_ioctl 函数获取。格式化成功后需要先取消挂载原来设备,再重新挂载设备
        res_flash=f_mkfs("0:",0,work,sizeof(work));

        if(res_flash == FR_OK)
        {
            printf("》FLASH已成功格式化文件系统。\r\n");
            /* 格式化后,先取消挂载 */
            res_flash = f_mount(NULL,"0:",1);
            /* 重新挂载   */
            res_flash = f_mount(&fs,"0:",1);
        }
        else
        {
            printf("《《格式化失败。》》\r\n");
            while(1);
        }

    }
    else if(res_flash!=FR_OK)
    {
        printf("!!外部Flash挂载文件系统失败。(%d)\r\n",res_flash);
        printf("!!可能原因:SPI Flash初始化不成功。\r\n");
        while(1);
    }
    else
    {
        printf("》文件系统挂载成功,可以进行读写测试\r\n");
    }

    /*----------------------- 文件系统测试:创建文件目录 -------------------*/
    //strcpy:strcpy把含有'\0'结束符的字符串复制到另一个地址空间,返回值的类型为char*
    strcpy(filename, "123");
    //f_mkdir:创建一个目录
    res_flash = f_mkdir(filename);
    if(res_flash==FR_OK)
    {
        printf("》文件夹%s创建成功\r\n",filename);
    }
    else if(res_flash==FR_EXIST)
    {
        printf("!!文件夹已存在:(%d)\r\n",res_flash);
    }
    else
    {
        printf("!!文件夹创建失败:(%d)\r\n",res_flash);
    }

    strcpy(filename, "123/456");
    res_flash = f_mkdir(filename);
    if(res_flash==FR_OK)
    {
        printf("》文件夹%s创建成功\r\n",filename);
    }
    else if(res_flash==FR_EXIST)
    {
        printf("!!文件夹已存在:(%d)\r\n",res_flash);
    }
    else
    {
        printf("!!文件夹创建失败:(%d)\r\n",res_flash);
    }

    strcpy(filename, "123/456/789");
    res_flash = f_mkdir(filename);
    if(res_flash==FR_OK)
    {
        printf("》文件夹%s创建成功\r\n",filename);
    }
    else if(res_flash==FR_EXIST)
    {
        printf("!!文件夹已存在:(%d)\r\n",res_flash);
    }
    else
    {
        printf("!!文件夹创建失败:(%d)\r\n",res_flash);
    }

    /*----------------------- 文件系统测试:写测试 -------------------*/
    /* 打开文件,每次都以新建的形式打开,属性为可写 */
    printf("\r\n****** 即将进行文件写入测试... ******\r\n");
    //f_open:打开或创建一个文件     FA_CREATE_ALWAYS:创建一个新文件,如果文件已存在,则它将被被截断并覆盖
    res_flash = f_open(&fnew, "0:123/456/789/CH32V103x.txt",FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE );
    if ( res_flash == FR_OK )
    {
        printf("》打开/创建CH32V103x.txt文件成功,向文件写入数据。\r\n");
        /* 将指定存储区内容写入到文件内 */
        //f_write:写文件
        res_flash=f_write(&fnew,WriteBuffer,sizeof(WriteBuffer),&fnum);
    if(res_flash==FR_OK)
    {
        printf("》文件写入成功,写入字节数据:%d\r\n",fnum);
        printf("》向文件写入的数据为:\r\n%s\r\n",WriteBuffer);
    }
    else
    {
        printf("!!文件写入失败:(%d)\n",res_flash);
    }
        /* 不再读写,关闭文件 */
        //f_close:关闭一个文件
        f_close(&fnew);
    }
    else
    {
        printf("!!打开/创建文件失败。\r\n");
    }

    /*------------------- 文件系统测试:读测试 --------------------------*/
    printf("****** 即将进行文件读取测试... ******\r\n");
    //f_open:打开或创建一个文件     FA_OPEN_EXISTING:打开一个文件,如果文件不存在,则打开失败(默认)
    res_flash = f_open(&fnew, "0:123/456/789/CH32V103x.txt",FA_OPEN_EXISTING | FA_READ);
    if(res_flash == FR_OK)
    {
        printf("》打开文件成功。\r\n");
        //f_read:读文件
        res_flash = f_read(&fnew, ReadBuffer, sizeof(ReadBuffer), &fnum);
    if(res_flash==FR_OK)
    {
        printf("》文件读取成功,读到字节数据:%d\r\n",fnum);
        printf("》读取得的文件数据为:\r\n%s \r\n", ReadBuffer);
    }
    else
    {
        printf("!!文件读取失败:(%d)\n",res_flash);
    }
    }
    else
    {
        printf("!!打开文件失败。\r\n");
    }
    /* 不再读写,关闭文件 */
    f_close(&fnew);

    printf("*************** 文件信息获取测试 **************\r\n");
     /* 操作完成,停机 */
    printf("》开始扫描文件目录....\r\n");
    strcpy(pathBuff, "");
    scan_files(pathBuff);

    /* 不再使用文件系统,取消挂载文件系统 */
    //f_mount:注册或注销一个工作区域
    f_mount(NULL,"0:",1);
    while(1)
    {

    }
}

FRESULT scan_files (
    char* path        /* Start node to be scanned (***also used as work area***) */
)
{
    FRESULT res;
    DIR dir;
    UINT i;
    static FILINFO fno;

    //f_opendir:打开一个目录
    res = f_opendir(&dir, path);                       /* Open the directory */
    if (res == FR_OK)
    {
        for (;;)
        {
            //f_readdir:读取目录条目
            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.fattrib & AM_DIR)//假如是文件夹
            {
                /* It is a directory */
                i = strlen(path);                          //计算出路径长度
                sprintf(&path[i], "/%s", fno.fname);       //文件名加到路径后面
                res = scan_files(path);                    /* Enter the directory */
                if (res != FR_OK) break;
                path[i] = 0;
            }
            else
            {                                       /* It is a file. */
                printf("%s/%s\r\n", path, fno.fname);
            }
        }
        //f_closedir:关闭一个已经打开的目录
        f_closedir(&dir);
    }
    return res;
}

Main.c文件主要进行文件创建、读写测试等。

4下载验证
将编译好的程序下载到开发板并复位,串口打印如下:

107、Flash-FatFs.rar

1.32 MB

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PeerS01| | 2023-1-14 22:16 | 只看该作者
应该出个 u盘的读写就好了

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trucyw| | 2024-3-20 14:22 | 只看该作者
Spi flash file system.
f_mount disk0 =3!
!!文件系统挂载失败:(3)
!!外部Flash挂载文件系统失败.(3)
!!可能原因:SPI Flash初始化不成功.
提示如上的原因是什么呢???

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forgot| | 2024-3-21 14:13 | 只看该作者
FatFs是一个通用的文件系统(FAT/exFAT)模块,用于在小型嵌入式系统中实现FAT文件系统。

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