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6、Fatfs系统移植

news 2025/9/18 13:04:15

注意：挂载Fatfs笔记
Fatfs系统读写文件的时间是不固定的，随机性
搭载Fatfs的外设通信方式建议开启DMA方式，否则应避免中断打断时序，导致Fatfs出现FR_DISK_ERR（A hard error occurred in the low level disk I/O layer）错误，尤其是在读写文件时
参考野火教程

一、W25Qxx上挂载Fatfs系统 HAL库 CubeMx配置

说明：通过CubeMx快速配置W25Qxx 芯片SPI通信，并配置Fatfs组件，实现文件读写操作

1、CubeMx配置

在这里插入图片描述

下面配置Fatfs

生成工程代码…

2、准备工作，拷贝编写好的W25Qxx驱动文件

驱动文件来自我的5、HAL库驱动W25Qxx，里面会有一些介绍
编写好的驱动文件下载：
链接：https://pan.baidu.com/s/1r0JCrUNAHt6sGJ6D_tT0lg
提取码：fxzn
在这里插入图片描述
W25Qxx驱动文件(SPI通信 SCK MOSI MISO CS)
使用方法：
1、添加文件到工程：Common_Driver.c、spi_Driver.c、W25Qxx_Driver.c
2、spi_Driver.h文件
修改外设SPI1相应挂载的外设片选引脚
3、spi_Driver.c文件
修改SPI1相应通信线(CLK、MOSI、MISO)的引脚宏
4、W25Qxx_Driver.h文件
修改W25Qxx通信时使用的SPI句柄和外设宏：SPIx、SPIxHandle
修改W25Qxx型号对应的宏：sFLASH_ID
5、W25Qxx_Driver.h文件
开启调试宏(芯片是否正常,会进行擦除数据写入读出对比数据),调试完毕后屏蔽:_W25Qxx_Debug
6、调用SPI初始化函数MX_SPI1_Init()(此时SPI进入空闲,CS引脚空闲)
7、调用W25Qxx_InitCheck()函数检查芯片(执行完后芯片进入省电模式)
8、完毕

时序说明：全双工SPI 线束:SCK|MOSI|MISO CS
SPI模式 CPOL CPHA 空闲时 SCK 时钟采样时刻
0 0 0 低电平奇数边沿(W25Qxx支持)
1 0 1 低电平偶数边沿
2 1 0 高电平奇数边沿
3 1 1 高电平偶数边沿(W25Qxx支持)当前使用

数据长度8
高位在前
速度配置为PCLK2/2分频 = 42MHz

注意：W25Qxx底层读写采用的直接操作寄存器,所以需要在MX_SPI1_Init()函数中的HAL_SPI_Init()后调用__HAL_SPI_ENABLE(&hspi1);
以此使能外设SPI，使用HAL库自带的收发函数不需要此使能
此驱动文件只适合W25Qxx 16M及以下型号，因为访问地址位数不同
W25Qxx_Driver.c文件中的所有函数需要先初始化SPI后才可以调用

3、移植W25Qxx驱动

添加驱动文件，勾选Use MicroLIB库在这里插入图片描述
修改外设SPI1相应挂载的外设片选引脚

修改SPI1相应通信线(CLK、MOSI、MISO)的引脚宏

在这里插入图片描述
修改W25Qxx通信时使用的SPI句柄和外设宏：SPIx、SPIxHandle
修改W25Qxx型号对应的宏：sFLASH_ID
开启调试宏(芯片是否正常,会进行擦除数据写入读出对比数据)
调用SPI初始化函数MX_SPI1_Init()(此时SPI进入空闲,CS引脚空闲)
CubeMx配置生成的代码会在主函数自动生成调用此函数
注意：此函数会和驱动文件按W25Qxx_Driver.c中的出现冲突，选用1个即可，两个都是一样的函数名，另一个修改名字处理
选用自动生成的应—>>>>>增加外设使能语句
本次选用CubeMx自动生成的
在这里插入图片描述

添加外设使能语句以及W25Qxx检测
调用W25Qxx_InitCheck()函数检查芯片(执行完后芯片进入省电模式)
在这里插入图片描述

延时方便看调试信息

编译下载：

屏蔽调试宏

W25Qxx通信移植完成

3、W25Qxx搭载Fatfs系统

修改user_diskio.c文件接口
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

由于挂载系统后容易出现硬错误，应增加HardFault_Handler()显示

此时就可以测试使用了
在fatfs.c中添加文件读写测试函数

/********************************************************************************* @file   fatfs.c* @brief  Code for fatfs applications******************************************************************************* @attention** <h2><center>&copy; Copyright (c) 2023 STMicroelectronics.* All rights reserved.</center></h2>** This software component is licensed by ST under Ultimate Liberty license* SLA0044, the "License"; You may not use this file except in compliance with* the License. You may obtain a copy of the License at:*                             www.st.com/SLA0044********************************************************************************/#include "fatfs.h"
#include "Common_Driver.h"
uint8_t retUSER;    /* Return value for USER */
char USERPath[4];   /* USER logical drive path */
FATFS USERFatFS;    /* File system object for USER logical drive */
FIL USERFile;       /* File object for USER *//* USER CODE BEGIN Variables */
void SDFileTestWrite(void);
void SDFileTestRead(void);
/* USER CODE END Variables */void MX_FATFS_Init(void)
{/*## FatFS: Link the USER driver ###########################*/retUSER = FATFS_LinkDriver(&USER_Driver, USERPath);/* USER CODE BEGIN Init *//* additional user code for init */BYTE work[_MAX_SS];retUSER = f_mount(&USERFatFS,USERPath,1);//挂载盘符Aif(retUSER == FR_NO_FILESYSTEM)//没有文件系统就格式化创建创建文件系统{retUSER = f_mkfs(USERPath,FM_FAT,4096,work,sizeof(work));if(retUSER == FR_OK){retUSER = f_mount(NULL,USERPath,1);//格式化后，先取消挂载retUSER = f_mount(&USERFatFS,USERPath,1);//挂载printf("格式化成功retUSER=%d\r\n",retUSER);}else{printf("格式化失败retUSER=%d\r\n",retUSER);}//格式化失败}else if(retUSER == FR_OK){printf("挂载成功retUSER=%d\r\n",retUSER);}else{printf("挂载失败retUSER=%d\r\n",retUSER);}//挂载失败SDFileTestWrite();SDFileTestRead();while(1);/* USER CODE END Init */
}/*** @brief  Gets Time from RTC* @param  None* @retval Time in DWORD*/
DWORD get_fattime(void)
{/* USER CODE BEGIN get_fattime */return 0;/* USER CODE END get_fattime */
}/* USER CODE BEGIN Application */
FIL  fpSD;
void SDFileTestWrite(void)
{FRESULT res_sd;UINT fnum;/* 文件成功读写数量 */char string[100];signed int ByteNum = 0;memset(string,0,sizeof(string));sprintf(string,"%s%s.xls",USERPath,"Test");res_sd = f_open(&fpSD, string,FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE );if(res_sd != FR_OK){printf("Failed to create file! %d\r\n",res_sd);}sprintf(string,"Vreal\tA1\tA2\n");ByteNum = strlen(string);res_sd=f_write(&fpSD,string,ByteNum,&fnum);res_sd = f_close(&fpSD);if(res_sd != FR_OK){printf("Error:File closure Exception!\r\n");}else{printf("SDFileTestWrite ok!\r\n");}
}void SDFileTestRead(void)
{FRESULT res_sd;char string[100];uint32_t line = 0;memset(string,0,sizeof(string));sprintf(string,"%s%s.xls",USERPath,"Test");res_sd = f_open(&fpSD, string, FA_OPEN_EXISTING | FA_READ);if(res_sd != FR_OK){goto LoadFail;}line = 0;while(!(f_eof(&fpSD))){memset(string,0,sizeof(string));f_gets(string,sizeof(string),&fpSD);if(strlen(string) == 0){break;}++line;printf("line:%d %s\r\n",line,string);//sscanf(string,"%f\t%f\t%f\n",&Vreal[*pNum],&Va1[*pNum],&Va2[*pNum]);//按格式提取字符串函数}res_sd = f_close(&fpSD);if(res_sd != FR_OK){printf("Error:Load File closure Exception!\r\n");}printf("SDFileTestRead ok\r\n");return;LoadFail:{printf("Load Fail:%s\r\n",string);}
}
/* USER CODE END Application *//************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/

下载至单片机中

在这里插入图片描述
第一次下载会出现格式化信息，我这个已经格式化过了，所以没有这个信息
此时已经可以看出，W25Qxx已经成功挂载Fatfs系统

4、完成工程

链接：https://pan.baidu.com/s/1Bd5bLzQqoByEzPkpSYKxuw
提取码：p0ez

二、Fatfs系统 CubeMx配置的与官方源码大致区别

Fatfs官网：http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html
在这里插入图片描述

1、Fatfs官方源码下载

官网底部
在这里插入图片描述

源码文件对比

在这里插入图片描述
diskio.c 文件是 FatFs 移植最关键的文件，它为文件系统提供了最底层的访问 SPI Flash 芯片的方法，FatFs 有且仅有它需要用到与 SPI Flash 芯片相关的函数。diskio.h 定义了 FatFs 用到的宏，以及 diskio.c 文件内与底层硬件接口相关的函数声明。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。
integer.h：文件中包含了一些数值类型定义。
cc936.c：本文件在 option 目录下，是简体中文支持所需要添加的文件，包含了简体中文的GBK 和 Unicode 相互转换功能函数。
ffconf.h: 这个头文件包含了对 FatFs 功能配置的宏定义，通过修改这些宏定义就可以裁剪FatFs 的功能。如需要支持简体中文，需要把 ffconf.h 中的 _CODE_PAGE 的宏改成 936 并把上面的 cc936.c 文件加入到工程之中。
在这里插入图片描述
CubeMx是对官方源码进行了部分修改，在编写底层驱动接口时不再直接修改文件diskio.c，而是修改文件use_diskio.c，内部会通过指针调用，fatfs.c是用来编写应用层代码的，注意的是使用FATFS_LinkDriver()函数进行设备结构体初始化关联。

typedef struct
{DSTATUS (*disk_initialize) (BYTE);                     /*!< Initialize Disk Drive                     */DSTATUS (*disk_status)     (BYTE);                     /*!< Get Disk Status                           */DRESULT (*disk_read)       (BYTE, BYTE*, DWORD, UINT);       /*!< Read Sector(s)                            */
#if _USE_WRITE == 1DRESULT (*disk_write)      (BYTE, const BYTE*, DWORD, UINT); /*!< Write Sector(s) when _USE_WRITE = 0       */
#endif /* _USE_WRITE == 1 */
#if _USE_IOCTL == 1DRESULT (*disk_ioctl)      (BYTE, BYTE, void*);              /*!< I/O control operation when _USE_IOCTL = 1 */
#endif /* _USE_IOCTL == 1 */}Diskio_drvTypeDef;

FatFs 移植需要用户支持函数
在这里插入图片描述

三、Fatfs系统函数介绍

1、f_mount() 挂载|卸载物理设备

FRESULT f_mount (FATFS* fs,			/* Pointer to the file system object (NULL:unmount)*/const TCHAR* path,	/* Logical drive number to be mounted/unmounted */BYTE opt			/* Mode option 0:Do not mount (delayed mount), 1:Mount immediately */
)

fs：指向 FATFS 变量指针，如果赋值为 NULL 可以取消物理设备挂载
path：要挂载/卸载的逻辑驱动器号;使用设备根路径表示，与物理设备编号挂钩，上面代码中由于定义 SPI Flash 芯片物理编
号为 0（见FATFS_LinkDriverEx()函数），所以这里使用“0：”
opt：模式选项0:不挂载(延迟挂载)，1:立即挂载
返回： FRESULT 类型值，指示运行情况

2、f_mkfs() 创建一个FAT/exFAT卷,系统格式化

FRESULT f_mkfs (const TCHAR* path,	/* Logical drive number */BYTE opt,			/* Format option */DWORD au,			/* Size of allocation unit (cluster) [byte] */void* work,			/* Pointer to working buffer */UINT len			/* Size of working buffer */
)

**path：**要挂载/卸载的逻辑驱动器号;使用设备根路径表示
**opt：**系统格式，Format options (2nd argument of f_mkfs)

/* Format options (2nd argument of f_mkfs) */
#define FM_FAT		0x01
#define FM_FAT32	0x02
#define FM_EXFAT	0x04
#define FM_ANY		0x07
#define FM_SFD		0x08

**au：**分配单元大小(集群)[字节]，扇区大小；0–默认
格式化成功后需要先取消挂载原来设备，再重新挂载设备

四、Fatfs系统常用功能

1、FatFs多项功能测试

static FRESULT miscellaneous(void)
{DIR dir;FATFS *pfs;DWORD fre_clust, fre_sect, tot_sect;printf("\n*************** 设备信息获取 ***************\r\n");/* 获取设备信息和空簇大小 */res_flash = f_getfree("1:", &fre_clust, &pfs);/* 计算得到总的扇区个数和空扇区个数 */tot_sect = (pfs->n_fatent - 2) * pfs->csize;fre_sect = fre_clust * pfs->csize;/* 打印信息(4096 字节/扇区) */printf("》设备总空间：%10lu KB。\n》可用空间：  %10lu KB。\n", tot_sect *4, fre_sect *4);printf("\n******** 文件定位和格式化写入功能测试 ********\r\n");res_flash = f_open(&fnew, "1:FatFs读写测试文件.txt",FA_OPEN_ALWAYS|FA_WRITE|FA_READ );if ( res_flash == FR_OK ){/*  文件定位 */res_flash = f_lseek(&fnew,f_size(&fnew));if (res_flash == FR_OK){/* 格式化写入，参数格式类似printf函数 */f_printf(&fnew,"\n在原来文件新添加一行内容\n");f_printf(&fnew,"》设备总空间：%10lu KB。\n》可用空间：  %10lu KB。\n", tot_sect *4, fre_sect *4);/*  文件定位到文件起始位置 */res_flash = f_lseek(&fnew,0);/* 读取文件所有内容到缓存区 */res_flash = f_read(&fnew,readbuffer,f_size(&fnew),&fnum);if(res_flash == FR_OK){printf("》文件内容：\n%s\n",readbuffer);}}f_close(&fnew);    printf("\n********** 目录创建和重命名功能测试 **********\r\n");/* 尝试打开目录 */res_flash=f_opendir(&dir,"1:TestDir");if(res_flash!=FR_OK){/* 打开目录失败，就创建目录 */res_flash=f_mkdir("1:TestDir");}else{/* 如果目录已经存在，关闭它 */res_flash=f_closedir(&dir);/* 删除文件 */f_unlink("1:TestDir/testdir.txt");}if(res_flash==FR_OK){/* 重命名并移动文件 */res_flash=f_rename("1:FatFs读写测试文件.txt","1:TestDir/testdir.txt");      } }else{printf("!! 打开文件失败：%d\n",res_flash);printf("!! 或许需要再次运行“FatFs移植与读写测试”工程\n");}return res_flash;
}

2、FatFs文件信息获取测试

FILINFO fno;
/*** 文件信息获取*/
static FRESULT file_check(void)
{/* 获取文件信息 */res_flash=f_stat("1:TestDir/testdir.txt",&fno);if(res_flash==FR_OK){printf("“testdir.txt”文件信息：\n");printf("》文件大小: %ld(字节)\n", fno.fsize);printf("》时间戳: %u/%02u/%02u, %02u:%02u\n",(fno.fdate >> 9) + 1980, fno.fdate >> 5 & 15, fno.fdate & 31,fno.ftime >> 11, fno.ftime >> 5 & 63);printf("》属性: %c%c%c%c%c\n\n",(fno.fattrib & AM_DIR) ? 'D' : '-',      // 是一个目录(fno.fattrib & AM_RDO) ? 'R' : '-',      // 只读文件(fno.fattrib & AM_HID) ? 'H' : '-',      // 隐藏文件(fno.fattrib & AM_SYS) ? 'S' : '-',      // 系统文件(fno.fattrib & AM_ARC) ? 'A' : '-');     // 档案文件}return res_flash;
}

3、FatFs文件扫描测试

char fpath[100];                  /* 保存当前扫描路径 */printf("***************** 文件扫描测试 ****************\r\n");strcpy(fpath,"1:");scan_files(fpath);

/*** @brief  scan_files 递归扫描FatFs内的文件* @param  path:初始扫描路径* @retval result:文件系统的返回值*/
static FRESULT scan_files (char* path) 
{ FRESULT res; 		//部分在递归过程被修改的变量，不用全局变量	FILINFO fno; DIR dir; int i;            char *fn;        // 文件名	#if _USE_LFN /* 长文件名支持 *//* 简体中文需要2个字节保存一个“字”*/static char lfn[_MAX_LFN*2 + 1]; 	fno.lfname = lfn; fno.lfsize = sizeof(lfn); 
#endif //打开目录res = f_opendir(&dir, path); if (res == FR_OK) { i = strlen(path); for (;;) { //读取目录下的内容，再读会自动读下一个文件res = f_readdir(&dir, &fno); 								//为空时表示所有项目读取完毕，跳出if (res != FR_OK || fno.fname[0] == 0) break; 	
#if _USE_LFN fn = *fno.lfname ? fno.lfname : fno.fname; 
#else fn = fno.fname; 
#endif //点表示当前目录，跳过			if (*fn == '.') continue; 	//目录，递归读取      if (fno.fattrib & AM_DIR)         { 			//合成完整目录名        sprintf(&path[i], "/%s", fn); 		//递归遍历         res = scan_files(path);	path[i] = 0;         //打开失败，跳出循环        if (res != FR_OK) break; } else { printf("%s/%s\r\n", path, fn);								//输出文件名	/* 可以在这里提取特定格式的文件路径 */        }//else} //for} return res; 
}