单片机中使用文件系统FATFS（SDIO接口SD卡）

只看该作者 · 2023-8-3 16:44

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:APM32F4系列单片机。
      接口形式：SDIO
      开发环境：KEIL
      FATFS版本：R0.11a

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/

进入官网之后，选择softwares

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：

二、将FATFS添加到工程中
将以下几个文件添加到项目中：

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diskio.c

ff.c

cc936.c

bsp_sdio.sd.c

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。

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voidSD_LowLevel_DeInit(void)

{

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

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

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

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

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SDIO, DISABLE);  

    GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource8, GPIO_AF_MCO);  

    GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_MCO);  

    GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_MCO);  

    GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource11, GPIO_AF_MCO);  

    GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource12, GPIO_AF_MCO);  

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

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

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;  

    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;  

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

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;  

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

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;  

    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

}



voidSD_LowLevel_Init(void)

{  

    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;  /* GPIOC and GPIOD Periph clock enable */  

    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC | RCC_AHB1Periph_GPIOD, ENABLE);  

    GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource8, GPIO_AF_SDIO);  

    GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_SDIO);  

    GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_SDIO);  

    GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource11, GPIO_AF_SDIO);  

    GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource12, GPIO_AF_SDIO);  

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

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

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;  

    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;  

    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;  

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

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;  

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

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;  

    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;  

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

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

    RCC_AHB1PeriphClockCmd(SD_SDIO_DMA_CLK, ENABLE);

}

以下是SD卡初始化函数：

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SD_Error SD_Init(void)

{  

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

    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;    // Configure the NVIC Preemption Priority Bits   

    NVIC_PriorityGroupConfig (NVIC_PriorityGroup_1);  

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = SDIO_IRQn;  

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;  

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;  

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;  

    NVIC_Init (&NVIC_InitStructure);  

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = SD_SDIO_DMA_IRQn;  

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;  

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

    SD_LowLevel_Init();  

    SDIO_DeInit();  

    errorstatus = SD_PowerON();  

    if (errorstatus != SD_OK)  

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

        return(errorstatus);  

    }  

    errorstatus = SD_InitializeCards();  

    if (errorstatus != SD_OK)  

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

        return(errorstatus);  

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

    SDIO_InitStructure.SDIO_ClockDiv = SDIO_TRANSFER_CLK_DIV;  

    SDIO_InitStructure.SDIO_ClockEdge = SDIO_ClockEdge_Rising;  

    SDIO_InitStructure.SDIO_ClockBypass = SDIO_ClockBypass_Disable;  

    SDIO_InitStructure.SDIO_ClockPowerSave = SDIO_ClockPowerSave_Disable;  

    SDIO_InitStructure.SDIO_BusWide = SDIO_BusWide_1b;  

    SDIO_InitStructure.SDIO_HardwareFlowControl = SDIO_HardwareFlowControl_Disable;  

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

    errorstatus = SD_GetCardInfo(&SDCardInfo);  

    if (errorstatus == SD_OK)  

    {    /*----------------- Select Card --------------------------------*/    

        errorstatus = SD_SelectDeselect((uint32_t)

         (SDCardInfo.RCA << 16));  

    }  

    if (errorstatus == SD_OK)  

    {    

        errorstatus = SD_EnableWideBusOperation(SDIO_BusWide_4b);  

    }    

    return(errorstatus);

}

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。

当然，也可以在ff.h中进行查看接口函数的说明。

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。

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#include "ff.h"

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

FIL fnew;             /* 文件对象 */

FRESULT res_sd;       /* 文件操作结果 */

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。

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//SD卡文件初始化，查看卡中有多少文件

voidSD_file_test(void)

{   

    char path[16]={""};   

    res_sd = f_mount(&fs,"0:",1);   

    if(res_sd == FR_NO_FILESYSTEM)   

    {        

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

        if(res_sd == FR_OK)        

        {            

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

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

        }   

    }   

    scan_files(path);   

    f_mount(NULL,"0:",1);

}

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。

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//建立0.00的CSV文件

voidSD_WFile_Init(void)

{   

    unsignedchar numberTmp;   

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

    res_sd = f_mount(&fs,"0:",1);   

    if(res_sd == FR_NO_FILESYSTEM)   

    {        

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

        if(res_sd == FR_OK)        

        {            

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

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

        }   

    }   

    numberTmp = filenumber;   

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

    {        

        filenameTmp[3] = '1';   

    }   

    else

    {        

        if(numberTmp>9)        

        {            

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

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

        }        

        else

        {            

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

        }   

    }   

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

}

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。

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//文件写入

voidSD_WFile_Write(void)

{   

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

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

}

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。

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//文件关闭

voidSD_WFile_Close(void)

{   

    f_close(&fnew);   

    f_mount(NULL,"0:",1);

}

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。

只看该作者 · 2023-8-6 00:02

FATfs的官网什么时候变得这么花哨了，哈哈。

只看该作者 · 2023-8-6 16:08

FATFS要是支持多级目录就好了。

只看该作者 · 2023-8-7 09:56

fatfs还是嵌入式系统必选文件系统啊

1万 · 2023-9-4 10:02

现在主流的文件系统除了fatfs之外还有其他的文件系统吗

只看该作者 · 2023-9-4 10:25

单片机运行文件系统的最低要求是什么呢

只看该作者 · 2023-9-4 10:53

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

只看该作者 · 2023-9-4 11:26

跑系统的话如何评估线程对资源的占用呢

只看该作者 · 2023-9-4 11:38

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

只看该作者 · 2023-9-4 11:49

文件系统除了这种接口形式之外还有其他形式的接口吗

只看该作者 · 2023-9-4 12:12

对文件系统的操作必须要使用指针吗

只看该作者 · 2023-9-5 15:38

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

单片机中使用文件系统FATFS（SDIO接口SD卡）

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