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[APM32F4] 单片机中使用文件系统FATFS（SDIO接口SD卡）

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3563|13
 楼主| 单片小菜 发表于 2023-8-3 16:44 | 显示全部楼层 |阅读模式
FATFS, IO, SD卡, io接口, sd
本帖最后由 单片小菜 于 2023-8-7 16:51 编辑

#申请原创# @21小跑堂
引：
        最小的文件系统，可以是控制U盘的时候，实现，也可以是控制SD卡的时候实现，甚至是一颗FLASH芯片也可以做最小的文件系统FATFS。这篇文章，说一下如何使用SDIO接口形式对SD卡进行操作​：
        主芯片:APM32F​4系列单片机。
        ​接口形式：SDIO
        开发环境​：KEIL
        ​FATFS版本：R0.11a
38ad388479638b060f95f6e988342d27
一、FATFS下载
        可以直接在官网进行下载。​这部分是开源的。​官网地址如下：
http://elm-chan.org/
​       57f7eed330ac75c60eb61edd9ffaf89d
        进入官网之后，选择softwares
0050865c09c5ce3811a1cafc9ef99609
        在softwares中选择FatFs Module​，进入之后，拉到网页的最下端，看见版本号，进行下载，现在的版本号已经更新到R0.15：      
31ce2d57d0a0bb657161373c71bc0ab3
二、将FATFS添加到工程中
       将以下几个文件添加到项目中：
复制
  1. diskio.c
    

  2. ff.c
    

  3. cc936.c
    

  4. bsp_sdio.sd.c

0912275af8967ca040aaa9f7854c7df5
       前面的几个文件可以不修改，主要查看bsp_sdio_sd.c文件的管脚是否使用正确，​打开C文件，查看一下。
复制
  1. voidSD_LowLevel_DeInit(void)
    

  2. {
    

  3.     GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;    /*!< Disable SDIO Clock */  
    

  4.     SDIO_ClockCmd(DISABLE);    /*!< Set Power State to OFF */  
    

  5.     SDIO_SetPowerState(SDIO_PowerState_OFF);​  /*!< DeInitializes the SDIO peripheral */  
    

  6.     SDIO_DeInit();    /* Disable the SDIO APB2 Clock */  
    

  7.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SDIO, DISABLE);​  
    

  8.     GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource8, GPIO_AF_MCO);  
    

  9.     GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_MCO);  
    

  10.     GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_MCO);  
    

  11.     GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource11, GPIO_AF_MCO);  
    

  12.     GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource12, GPIO_AF_MCO);  
    

  13.     GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource2, GPIO_AF_MCO);​  /* Configure PC.08, PC.09, PC.10, PC.11 pins: D0, D1, D2, D3 pins */  
    

  14.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;  
    

  15.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;  
    

  16.     GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;  
    

  17.     GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);​  /* Configure PD.02 CMD line */  
    

  18.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;  
    

  19.     GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);​  /* Configure PC.12 pin: CLK pin */  
    

  20.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;  
    

  21.     GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
    

  22. }
    

  23. ​
    

  24. voidSD_LowLevel_Init(void)
    

  25. {  
    

  26.     GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;​  /* GPIOC and GPIOD Periph clock enable */  
    

  27.     RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC | RCC_AHB1Periph_GPIOD, ENABLE);​  
    

  28.     GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource8, GPIO_AF_SDIO);  
    

  29.     GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_SDIO);  
    

  30.     GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_SDIO);  
    

  31.     GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource11, GPIO_AF_SDIO);  
    

  32.     GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource12, GPIO_AF_SDIO);  
    

  33.     GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource2, GPIO_AF_SDIO);​  /* Configure PC.08, PC.09, PC.10, PC.11 pins: D0, D1, D2, D3 pins */  
    

  34.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;  
    

  35.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  
    

  36.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;  
    

  37.     GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;  
    

  38.     GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;  
    

  39.     GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);​  /* Configure PD.02 CMD line */  
    

  40.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;  
    

  41.     GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);​  /* Configure PC.12 pin: CLK pin */  
    

  42.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;  
    

  43.     GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;  
    

  44.     GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);​  /* Enable the SDIO APB2 Clock */  
    

  45.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SDIO, ENABLE);​  /* Enable the DMA2 Clock */  
    

  46.     RCC_AHB1PeriphClockCmd(SD_SDIO_DMA_CLK, ENABLE);
    

  47. }

        以下是SD卡初始化函数：
复制
  1. SD_Error SD_Init(void)
    

  2. {  
    

  3.     __IO SD_Error errorstatus = SD_OK;    /**************配置SDIO中断 DMA中断**********************/  
    

  4.     NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;    // Configure the NVIC Preemption Priority Bits   
    

  5.     NVIC_PriorityGroupConfig (NVIC_PriorityGroup_1);  
    

  6.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = SDIO_IRQn;  
    

  7.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;  
    

  8.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;  
    

  9.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;  
    

  10.     NVIC_Init (&NVIC_InitStructure);  
    

  11.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = SD_SDIO_DMA_IRQn;  
    

  12.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;  
    

  13.     NVIC_Init (&NVIC_InitStructure);  /**********************************************************/    /* SDIO Peripheral Low Level Init */  
    

  14.     SD_LowLevel_Init();​  
    

  15.     SDIO_DeInit();​  
    

  16.     errorstatus = SD_PowerON();​  
    

  17.     if (errorstatus != SD_OK)  
    

  18.     {    /*!< CMD Response TimeOut (wait for CMDSENT flag) */    
    

  19.         return(errorstatus);  
    

  20.     }​  
    

  21.     errorstatus = SD_InitializeCards();​  
    

  22.     if (errorstatus != SD_OK)  
    

  23.     {    /*!< CMD Response TimeOut (wait for CMDSENT flag) */    
    

  24.         return(errorstatus);  
    

  25.     }​  /*!< Configure the SDIO peripheral */  /*!< SDIO_CK = SDIOCLK / (SDIO_TRANSFER_CLK_DIV + 2) */  /*!< on STM32F4xx devices, SDIOCLK is fixed to 48MHz */  
    

  26.     SDIO_InitStructure.SDIO_ClockDiv = SDIO_TRANSFER_CLK_DIV;  
    

  27.     SDIO_InitStructure.SDIO_ClockEdge = SDIO_ClockEdge_Rising;  
    

  28.     SDIO_InitStructure.SDIO_ClockBypass = SDIO_ClockBypass_Disable;  
    

  29.     SDIO_InitStructure.SDIO_ClockPowerSave = SDIO_ClockPowerSave_Disable;  
    

  30.     SDIO_InitStructure.SDIO_BusWide = SDIO_BusWide_1b;  
    

  31.     SDIO_InitStructure.SDIO_HardwareFlowControl = SDIO_HardwareFlowControl_Disable;  
    

  32.     SDIO_Init(&SDIO_InitStructure);​  /*----------------- Read CSD/CID MSD registers ------------------*/  
    

  33.     errorstatus = SD_GetCardInfo(&SDCardInfo);​  
    

  34.     if (errorstatus == SD_OK)  
    

  35.     {    /*----------------- Select Card --------------------------------*/    
    

  36.         errorstatus = SD_SelectDeselect((uint32_t)
    

  37.          (SDCardInfo.RCA << 16));  
    

  38.     }​  
    

  39.     if (errorstatus == SD_OK)  
    

  40.     {    
    

  41.         errorstatus = SD_EnableWideBusOperation(SDIO_BusWide_4b);  
    

  42.     }  ​  
    

  43.     return(errorstatus);
    

  44. }

三、应用接口函数
        在刚刚下载的网站中可以看见应用的接口函数，这部分重点说明一下：
打开文件函数f_open函数，这个函数既可以作为打开文件的函数，也可以作为建立文件的函数，里面含有打开文件的模式“只读”，“读、写”，“创建、写”等等，根据自己的需要进行打开或者建立文件。如果查看SD卡中没有相应的文件，会直接建立该文件名的文件。
关闭文件，关闭文件和打开文件相对应的，可以形象的知道在win操作中，打开一个文件的话，如果不关闭文件是无法保存编辑的过程。所以在操作文件的时候，必然最后要进行关闭文件，不然无法进行文件的编辑操作。
读取文件，打开文件之后，进行读取，需要设定读取的指针还有读取数据到哪个缓冲区中，需要建立一个缓冲区，然后将读取的数据赋值到缓冲区中，方便后续的调用操作。
写入文件，写入文件的时候，需要使用到另外一个函数f_lseek函数，这个函数之前的时候没有用好，在后续的例子程序中有说明。
F_mount函数，这个函数的作用是建立工作区，在FAT系统中进行工作区的建立，后续的代码中有这方面的说明。
F_mkfs函数，这个函数的作用是检查SD卡的系统是否是FAT系统，如果不是fat系统，那么会在SD卡中建立一个FAT系统，在这里可以选用FAT32进行格式化操作。
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        当然，也可以在ff.h中进行查看​接口函数的说明。
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四、实际操作
       在c文件开始部分增加以下​引用，文件系统对象的定义，文件对象的定义，文件操作结果的定义，文件成功读写的数量，需要定义四个变量，我们在跟踪调试的时候，主要查看res_sd变量是否为ok是很重要的。
复制
  1. #include "ff.h"
    

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

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

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

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

        查看SD卡中是否存在文件系统，如果不存在，我们进行格式化​SD操作。这里就用到了上文提到的两个函数，建立空间和FAT系统函数。
复制
  1. //SD卡文件初始化，查看卡中有多少文件
    

  2. voidSD_file_test(void)
    

  3. {   
    

  4.     char path[16]={""};   
    

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

  6.     if(res_sd == FR_NO_FILESYSTEM)   
    

  7.     {        
    

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

  9.         if(res_sd == FR_OK)        
    

  10.         {            
    

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

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

  13.         }   
    

  14.     }   
    

  15.     scan_files(path);   
    

  16.     f_mount(NULL,"0:",1);
    

  17. }

        建立一个0:00.csv的文件，当然这里面也可以建立一个txt文件，或者是建立dat文件，无论建立哪种形式的文件，将SD卡取出放到读卡器中，接入电脑，都可以用文本文件的形式进行打开，查看在文件中写入的内容，这个文件的格式也是采用8+3的格式进行建立的。标准的格式。
复制
  1. //建立0.00的CSV文件
    

  2. voidSD_WFile_Init(void)
    

  3. {   
    

  4.     unsignedchar numberTmp;   
    

  5.     TCHAR filenameTmp[13]="0:00.csv";   
    

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

  7.     if(res_sd == FR_NO_FILESYSTEM)   
    

  8.     {        
    

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

  10.         if(res_sd == FR_OK)        
    

  11.         {            
    

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

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

  14.         }   
    

  15.     }   
    

  16.     numberTmp = filenumber;   
    

  17.     if((numberTmp==0)||(numberTmp==50))   
    

  18.     {        
    

  19.         filenameTmp[3] = '1';   
    

  20.     }   
    

  21.     else
    

  22.     {        
    

  23.         if(numberTmp>9)        
    

  24.         {            
    

  25.             filenameTmp[2] = (numberTmp +1)/10+ 0x30;            
    

  26.             filenameTmp[3] = (numberTmp +1)%10+ 0x30;        
    

  27.         }        
    

  28.         else
    

  29.         {            
    

  30.             filenameTmp[3] = numberTmp + 1 + 0x30;        
    

  31.         }   
    

  32.     }   
    

  33.     f_open(&fnew, filenameTmp,FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE );
    

  34. }

        将buffer中的数据写入到0:00.csv中，这部分使用的函数，就是先进行指针的判断，查看文件中包含多少字节，用到的函数就是前面提到的f_lseek函数，先把文件尾部的指针确定之后，再将buf中的数据写入到文件中，如果没有f_lseek函数，那么指针还是从0开始的，也就是从文件的开始进行写入，会覆盖之前写入的内容。这部分需要注意下。
复制
  1. //文件写入
    

  2. voidSD_WFile_Write(void)
    

  3. {   
    

  4.      res_sd=f_lseek(&fnew,fnew.fsize);   
    

  5.      res_sd=f_write(&fnew,buffer,sizeof(buffer),&fnum);
    

  6. }

        写完文件之后，记得关闭文件，关闭文件的同时，将工作区也一并进行关闭才是可以的。关闭文件之后，将SD卡通过读卡器接入电脑，才可以查看文件中的内容，不然会发现是一个空文件。
复制
  1. //文件关闭
    

  2. voidSD_WFile_Close(void)
    

  3. {   
    

  4.     f_close(&fnew);   
    

  5.     f_mount(NULL,"0:",1);
    

  6. }

结：
        以上就是单片机对文件系统的操作，只要是单片机带有SDIO接口的话，都可以直接应用这样的方式进行文件的建立和​操作。如果大家感兴趣的话，后续可以做一些SPI接口的SD卡的文件系统，同时，也可以在flash中进行文件系统的移植工作。
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21小跑堂
实操单片机使用FATFS，便于单片机操作文件系统。  发表于 2023-8-9 15:50

相关帖子
chenjun89 发表于 2023-8-6 00:02 来自手机 | 显示全部楼层
FATfs的官网什么时候变得这么花哨了，哈哈。
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weifeng90 发表于 2023-8-6 16:08 来自手机 | 显示全部楼层
FATFS要是支持多级目录就好了。
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guijial511 发表于 2023-8-7 09:56 来自手机 | 显示全部楼层
fatfs还是嵌入式系统必选文件系统啊
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tpgf 发表于 2023-9-4 10:02 | 显示全部楼层
现在主流的文件系统除了fatfs之外还有其他的文件系统吗
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qcliu 发表于 2023-9-4 10:25 | 显示全部楼层
单片机运行文件系统的最低要求是什么呢
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drer 发表于 2023-9-4 10:53 | 显示全部楼层
如果单片机只是能勉强运行系统的话 在这个过程中会出现卡顿的现象吗
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coshi 发表于 2023-9-4 11:26 | 显示全部楼层
跑系统的话 如何评估线程对资源的占用呢
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 楼主| 单片小菜 发表于 2023-9-4 11:38 | 显示全部楼层
coshi 发表于 2023-9-4 11:26
跑系统的话 如何评估线程对资源的占用呢

可以写一个测试函数
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kxsi 发表于 2023-9-4 11:49 | 显示全部楼层
文件系统除了这种接口形式之外还有其他形式的接口吗
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wiba 发表于 2023-9-4 12:12 | 显示全部楼层
对文件系统的操作必须要使用指针吗
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Fanexs168 发表于 2023-9-5 15:38 | 显示全部楼层
适配和移植FatFS，得好好看看FatFS自带的这些API接口描述、介绍，还有FS的框架。亲自上手适配下就有感觉了
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