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[MM32软件] 基于MM32F5270的SPI接口操作SD卡实现FatFs文件系统的移植

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 楼主| 春娇霹雳娃 发表于 2023-6-21 17:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
移植, FATFS, MM32, SD卡, spi
本帖最后由 春娇霹雳娃 于 2023-7-31 10:35 编辑

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1.简介
本实验将展示如何基于MM32F5270的SPI接口操作SD卡，实现FatFs文件系统的移植
FatFs是一种可用于小型嵌入式系统的通用FAT/exFAT文件系统模块。FatFs模块是按照ANSIC(C89)编写的，并且与磁盘I/O层完全分开。FatFs独立于平台。可以并入资源有限的小型微控制器中。
FatFS官方下载网址：http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html

1.1 FatFs features
  • DOS / Windows兼容的FAT / exFAT文件系统。
  • 与平台无关，易于移植。
  • 程序代码和工作区的占用空间非常小
  • 支持以下各种配置选项：
  • ANSI / OEM或Unicode中的长文件名
  • exFAT文件系统，64位LBA和GPT可存储大量数据
  • RTOS的线程安全
  • 多个卷（物理驱动器和分区，最多10个卷）
  • 可变扇区大小
  • 多个代码页，包括DBCS
  • 只读，可选API，I / O缓冲区等

1.2 FatFs层级结构
  • 底层接口：包括存储媒介读/写接口和供给文件创建修改时间的实时时钟，需要根据平台和存储介质编写移植代码
  • 中间层 FatFs 模块：实现文件读/写协议，FatFs 模块提供 ff.c 和 ff.h ，一般不用修改，将头文件直接包含进去即可
  • 最顶层应用层
618506492c25161702.png

1.3 FatFs API
常用的函数如下表所示：
592116492cab981e92.png

1.2 设计思路
整个实验设计框架如下图所示：
616936492c03be74ca.png

2.实验环境
2.1 硬件环境
  • MM32F5277E9P开发板
  • JLink v11.0
  • SD卡 8GB一张
264056497dd29f2f44.png

2.2 软件环境
  • Tera Term串口终端软件
  • KEIL v5.37
  • SDK软件包

3.实验流程
3.1下载文件系统源文件
登录FatFS官网下载资源：
509066492c0e2cd05f.png

下载后解压文件夹，会有下图所示三个文件：
412276497db0a09335.png
  • documents文件夹是官方的文档文件
  • source文件是源文件

打开source文件夹可见下图所示内容：
755876498f238b999e.png

各文件功能如下图所示：
272286498f70de46b9.png

源文件：
  • diskio.c：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。
  • ff.c：FatFs 核心文件，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。

3.2移植FatFs文件系统
将源文件放进componets组件中：
553806498fdfcdfbb9.png
KEIL工程添加ff14b组：
19576498ff5954ca4.png

将diskio_sdspi.c（原名diskio.c）放到板级：
581856498fff8bf7b2.png

KEIL中添加头文件路径：
250436498fefc13bf4.png

最终工程结构如下：
4971649904acc5210.png

适配diskio_sdspi.c文件：
复制
  1. <font face="Arial">#include "ff.h"         /* Obtains integer types */
    

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

  3. #include "sdspi.h"
    


  4. 

  5. /* Definitions of physical drive number for each drive */
    

  6. #define DEV_RAM     0   /* Example: Map Ramdisk to physical drive 0 */
    

  7. #define DEV_MMC     1   /* Example: Map MMC/SD card to physical drive 1 */
    

  8. #define DEV_USB     2   /* Example: Map USB MSD to physical drive 2 */
    


  9. 

  10. SDSPI_ApiRetStatus_Type app_sdspi_ret;
    

  11. SDSPI_CardHandler_Type app_sdspi_card;
    

  12. extern const SDSPI_Interface_Type sdspi_if;
    

  13. /*-----------------------------------------------------------------------*/
    

  14. /* Get Drive Status                                                      */
    

  15. /*-----------------------------------------------------------------------*/
    

  16. DSTATUS disk_status (
    

  17.     BYTE pdrv       /* Physical drive nmuber to identify the drive */
    

  18. ){
    

  19.     DSTATUS stat = 0u;
    

  20.     //int result;
    

  21.     switch (pdrv) {
    

  22.     case DEV_RAM :
    

  23.         //result = RAM_disk_status();
    

  24.         //translate the reslut code here
    


  25. 

  26.         return stat;
    


  27. 

  28.     case DEV_MMC :
    

  29.         //result = MMC_disk_status();
    

  30.         stat = RES_OK;
    

  31.         // translate the reslut code here
    


  32. 

  33.         return stat;
    


  34. 

  35.     case DEV_USB :
    

  36.         //result = USB_disk_status();
    

  37.         // translate the reslut code here
    

  38.         return stat;}
    

  39.     return STA_NOINIT;}
    

  40. </font>

Inidialize a Drive，Read Sector(s)，Write Sector(s)等函数，也做一样的修改。

4.样例
4.1fatfs sdspi basic样例
用户通过串口输入字符，根据字符决定装载，卸载 SD 卡，读写等内容。

主函数如下
复制
  1. <font face="Arial">#include "board_init.h"
    

  2. #include "ffconf.h"
    

  3. #include "ff.h"
    


  4. 

  5. FATFS fs;
    

  6. FIL fil;
    

  7. const TCHAR fs_drv[] = "1:/";
    

  8. const TCHAR filname[] = "1:/hello.txt";
    

  9. BYTE work[FF_MAX_SS]; /* Work area (larger is better for processing time) */
    

  10. UINT bw, br;
    

  11. #define FIL_BUFF_LEN 16u
    

  12. uint8_t fil_write_buff[FIL_BUFF_LEN];
    

  13. uint8_t fil_read_buff[FIL_BUFF_LEN];
    


  14. 

  15. FRESULT fs_ret;
    


  16. 

  17. uint8_t fil_write_seed = 0u;
    


  18. 

  19. /*
    

  20.  * Functions.
    

  21.  */
    

  22. int main(void){
    

  23.     uint8_t c;
    


  24. 

  25.     BOARD_Init();
    


  26. 

  27.     printf("fatfs_basic\r\n");
    

  28.     printf("Press any key for help...\r\n");
    


  29. 

  30.     while (1){
    

  31.         c = getchar();
    

  32.         switch (c){
    

  33.             case 'a':
    

  34.                 printf("a: f_mkfs().\r\n");
    

  35.             
    

  36.                 if ( !f_mkfs(fs_drv, 0u, work, sizeof(work)) ){
    

  37.                     printf("succ.\r\n");}
    

  38.                 else{
    

  39.                     printf("fail.\r\n");}
    

  40.                 break;
    


  41. 

  42.             case 'b':
    

  43.                 printf("b: f_mount().\r\n");
    

  44.                 if( !f_mount(&fs, fs_drv ,1) ){
    

  45.                     printf("succ.\r\n");}
    

  46.                 else{
    

  47.                     printf("fail.\r\n");}
    

  48.                 break;
    


  49. 

  50.             case 'c':
    

  51.                 printf("c: f_open() & f_write() & f_close().\r\n");
    

  52.                 
    

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

  54.                 fs_ret = f_open(&fil, filname, FA_CREATE_NEW | FA_WRITE );
    

  55.                 if ( fs_ret != FR_OK ){
    

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

  57.                     break;}
    

  58.                 
    

  59.                 printf("f_write().\r\n");
    

  60.                 
    

  61.                 sprintf((char *)fil_write_buff, "hi, %d\r\n", fil_write_seed++), 
    


  62. 

  63.                 fs_ret = f_write(&fil, fil_write_buff, FIL_BUFF_LEN, &bw);
    

  64.                 if (bw != FIL_BUFF_LEN){
    

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

  66.                     
    

  67.                     f_close(&fil);
    

  68.                     break;}
    

  69.                 
    

  70.                 printf("f_close().\r\n");
    

  71.                 f_close(&fil);
    

  72.                 
    

  73.                 printf("succ.\r\n");
    


  74. 

  75.                 break;
    

  76.                 
    

  77.             case 'd':
    

  78.                 printf("d: f_open() & f_read() & f_close().\r\n");
    

  79.                 
    

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

  81.                 fs_ret = f_open(&fil, filname, FA_READ );
    

  82.                 if ( fs_ret != FR_OK ){
    

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

  84.                     break;}
    

  85.             
    

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

  87.                 fs_ret = f_read(&fil, fil_read_buff, FIL_BUFF_LEN, &br);
    

  88.                 if (br != FIL_BUFF_LEN){
    

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

  90.                     
    

  91.                     f_close(&fil);
    

  92.                     break;}
    

  93.                 
    

  94.                 for (uint32_t i  = 0u; i < FIL_BUFF_LEN; i++){
    

  95.                     printf("%c", fil_read_buff[i]);}
    

  96.                 printf("\r\n");
    

  97.                 
    

  98.                 printf("f_close().\r\n");
    

  99.                 f_close(&fil);
    

  100.                 printf("succ.\r\n");
    

  101.                 break;
    

  102.                 
    

  103.             case 'f':
    

  104.                 printf("f: f_unlink().\r\n");
    

  105.                 f_unlink(filname);
    

  106.                 printf("file removed.\r\n");
    


  107. 

  108.                 break;
    

  109.                 
    

  110.             default: /* help. */
    

  111.                 printf("\r\n");
    

  112.                 printf("a: f_mkfs().\r\n");
    

  113.                 printf("b: f_mount().\r\n");
    

  114.                 printf("c: f_open() & f_write() & f_close().\r\n");
    

  115.                 printf("d: f_open() & f_read() & f_close().\r\n");
    

  116.                 printf("f: f_unlink().\r\n");
    

  117.                 printf("\r\n");
    

  118.                 break;}}}</font>

串口可见输出结果：
18767649921dd47a5d.png

4.2fatfs sdspi listfiles样例
  • 装载 SD 卡
  • 显示文件列表
  • 显示文件大小

主函数如下：
复制
  1. <font face="Arial">/*
    

  2.  * Variables.
    

  3.  */
    

  4. FATFS fs;
    

  5. const TCHAR fs_drv[] = "1:/";
    

  6. TCHAR fs_path[256] = "\0";
    


  7. 

  8. /*
    

  9.  * Declerations.
    

  10.  */
    

  11. FRESULT app_fatfs_listfiles(const char * dir_path);
    


  12. 

  13. /*
    

  14.  * Functions.
    

  15.  */
    

  16. int main(void){
    

  17.     BOARD_Init();
    


  18. 

  19.     printf("\r\app_fatfs_listfiles() example.\r\n");
    

  20.     
    

  21.     /* f_mount().\r\n */
    

  22.     printf("f_mount(). ");
    

  23.     if( !f_mount(&fs, fs_drv ,1) ){
    

  24.         printf("succ.\r\n");}
    

  25.     else{
    

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

  27.         while (1)
    

  28.         {}}
    

  29.     
    

  30.     /* root dir. */
    

  31.     app_fatfs_listfiles(fs_drv);
    


  32. 

  33.     /* dir0. */
    

  34.     fs_path[0] = '\0';
    

  35.     strcat(fs_path, fs_drv);
    

  36.     strcat(fs_path, "dir0/");
    

  37.     app_fatfs_listfiles(fs_path);
    


  38. 

  39.     /* dir1. */
    

  40.     fs_path[0] = '\0';
    

  41.     strcat(fs_path, fs_drv);
    

  42.     strcat(fs_path, "dir1/");
    

  43.     app_fatfs_listfiles(fs_path);
    

  44.     
    

  45.     printf("app_fatfs_listfiles() done.\r\n");
    


  46. 

  47.     while (1)
    

  48.     {}}
    


  49. 

  50. /* list the file items under the indecated path. */
    

  51. FRESULT app_fatfs_listfiles(const char * dir_path){
    

  52.     FRESULT res;
    

  53.     FILINFO fno;
    

  54.     DIR dir;
    

  55.     char *fn;
    


  56. 

  57.     printf("* %s ->\r\n", dir_path);
    


  58. 

  59.     res = f_opendir(&dir, dir_path);
    

  60.     if (res != FR_OK){
    

  61.         return res;}
    


  62. 

  63.     for (;;){
    

  64.         /* read iterator. */
    

  65.         res = f_readdir(&dir, &fno);
    

  66.         if ( (res != FR_OK) || (fno.fname[0] == 0) ){
    

  67.             break;}
    


  68. 

  69.         /* skip the "self" and "father" dir item. */
    

  70.         if (fno.fname[0] == '.') {
    

  71.             continue;}
    


  72. 

  73.         /* collect the dir or file name. */
    

  74.         fn = fno.fname;
    

  75.         if (fno.fattrib & AM_DIR) /* dir name. */{
    

  76.             printf("\t%s/\r\n", fn);} 
    

  77.         else /* file name */{
    

  78.             printf("\t%s: %u B\r\n", fn, (unsigned)fno.fsize);}}
    


  79. 

  80.     /* close the opened dir to reest the iterator. */
    

  81.     res = f_closedir(&dir);
    

  82.     return res;}
    

  83. </font>

串口可见输出结果：
342316499215a08bd9.png

5.配置SPI部分
源文件为软件SPI，如有需求可优化为硬件SPI。
5.1开启时钟
在clock_init.c中开启SPI3时钟
766746499255ca93f4.png

5.2配置引脚
在pin_init.c中配置SPI3引脚
67867649925ead9b4a.png

5.3配置sdspi_port.c文件
复制
  1. #include "board_init.h"
    

  2. #include "sdspi.h"
    

  3. #include "hal_spi.h"
    


  4. 

  5. SDSPI_ApiRetStatus_Type sdspi_spi_init(void);
    

  6. SDSPI_ApiRetStatus_Type sdspi_spi_freq(uint32_t hz);
    

  7. SDSPI_ApiRetStatus_Type sdspi_spi_xfer(uint8_t *in, uint8_t *out, uint32_t len);
    


  8. 

  9. const SDSPI_Interface_Type board_sdspi_if ={
    

  10.     .baudrate = 1000000u, /* 1mhz. */
    

  11.     .spi_init = sdspi_spi_init,
    

  12.     .spi_freq = sdspi_spi_freq,
    

  13.     .spi_xfer = sdspi_spi_xfer};
    


  14. 

  15. uint32_t board_sdspi_delay_count;
    

  16. static void board_sdspi_delay(uint32_t count){
    

  17.     for (uint32_t i = count; i > 0u; i--){
    

  18.         __NOP();}}
    


  19. 

  20. SDSPI_ApiRetStatus_Type sdspi_spi_init(void){
    

  21.     GPIO_WriteBit(BOARD_SDSPI_CS_GPIO_PORT , BOARD_SDSPI_CS_GPIO_PIN , 1u);
    

  22.     
    

  23.     /* Setup SPI module. */
    

  24.     SPI_Master_Init_Type spi_init;
    

  25.     spi_init.ClockFreqHz = CLOCK_APB1_FREQ;
    

  26.     spi_init.BaudRate = SDMMC_CLOCK_400KHZ;
    

  27.     spi_init.XferMode = SPI_XferMode_TxRx;
    

  28.     spi_init.PolPha = SPI_PolPha_Alt2;
    

  29.     spi_init.DataWidth = SPI_DataWidth_8b;
    

  30.     spi_init.LSB = false;
    

  31.     spi_init.AutoCS = true;
    

  32.     SPI_InitMaster(SPI3, &spi_init);
    

  33.     
    

  34.     /* Enable SPI. */
    

  35.     SPI_Enable(SPI3, true);
    


  36. 

  37. //    board_sdspi_delay_count = 100u;
    

  38.     return SDSPI_ApiRetStatus_Success;}
    


  39. 

  40. void SPI_SetBaudRate(SPI_Type * SPIx, uint32_t src_clk, uint32_t baudrate){
    

  41.     uint32_t div = src_clk / baudrate;
    

  42.     if (div < 2u){
    

  43.         /* div = 0, 1 is not allowed. */
    

  44.         div = 2u;}

6.附件
fatfs sdspi listfiles样例： plus-f5270_fatfs_sdspi_basic_mdk.zip (3.21 MB, 下载次数: 9)
fatfs sdspi listfiles样例： plus-f5270_fatfs_sdspi_listfiles_mdk.zip (3.21 MB, 下载次数: 10)


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21小跑堂 打赏了 100.00 元 2023-06-28
理由：恭喜通过原创审核！期待您更多的原创作品~

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21小跑堂
基于MM32F5270的SPI接口操作SD卡实现FatFs文件系统的移植，原理介绍详细，实现过程完整，文章层次清晰，感谢分享  发表于 2023-6-28 10:34

相关帖子
xld0932 发表于 2023-6-28 10:39 | 显示全部楼层
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woai32lala 发表于 2023-7-1 10:04 | 显示全部楼层
学习
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yangxiaor520 发表于 2023-7-1 11:19 来自手机 | 显示全部楼层
越来有ST的味道了
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 楼主| 春娇霹雳娃 发表于 2023-7-1 12:41 | 显示全部楼层
yangxiaor520 发表于 2023-7-1 11:19
越来有ST的味道了

啥
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 楼主| 春娇霹雳娃 发表于 2023-7-1 12:42 | 显示全部楼层
woai32lala 发表于 2023-7-1 10:04
学习

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chenqianqian 发表于 2023-7-4 07:53 来自手机 | 显示全部楼层
学习了，讲解详细。
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 楼主| 春娇霹雳娃 发表于 2023-7-4 09:54 | 显示全部楼层
chenqianqian 发表于 2023-7-4 07:53
学习了，讲解详细。

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lmn2005 发表于 2023-7-4 11:44 | 显示全部楼层
很不错，值得学习。
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 楼主| 春娇霹雳娃 发表于 2023-7-4 11:54 | 显示全部楼层
lmn2005 发表于 2023-7-4 11:44
很不错，值得学习。

谢谢
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