基於stm32-spi2的檔案系統（暫存器）
阿新 • • 發佈：2019-02-02
=====================我是分割線============================================
最近做的spi flash，本打算弄個檔案系統，由於之前用過了JFFS、YAFFS和TrueFFS，程式碼量都相當的大，這次想找款程式碼量不那麼嚇人的，學習一下，聽說配置會相對複雜一些。選來選去，最終選定了FatFS，程式碼量足夠的小，最新的R0.09版本只有1個.c檔案(當然，還有一個底層的要自己寫，option資料夾裡的無視)，老點版本就更小了。而且更新很頻繁，使用者量也夠大，就選定它了。儘管最後由於硬體和專案原因未能實際的移植它到vxWorks，但學過的還是要記錄下。
在這裡
在做具體修改之前，先大概閱讀下FatFS的原始碼，可以先讀integer.h,瞭解所用的資料型別，然後是ff.h,瞭解檔案系統所用的資料結構和各種函式宣告，再就是diskio.h，瞭解與介質相關的資料結構和操作函式。ff.c這個檔案相對較大，可以在最後將所實現的函式大致掃描一遍，之後根據使用者應用層程式呼叫函式的次序仔細閱讀相關程式碼。各個檔案都可以直接用記事本開啟查閱，非常方便。ff.h中的幾個結構體十分重要，列舉如下，首先是最基礎的檔案系統結構體：
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/* File system object structure (FATFS) */
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typedef struct {
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BYTE fs_type; /* FAT子型別，一般在mount時用，置0表示未掛載*/
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BYTE drv; /* 物理驅動號，一般為0*/
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BYTE csize; /* 每個簇的扇區數目(1,2,4...128) */
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BYTE n_fats; /* 檔案分配表的數目(1,2) */
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/*FAT檔案系統依次為：引導扇區、兩個檔案分配表、根目錄區和資料區*/
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BYTE wflag; /* 標記檔案是否被改動過，為1時要回寫*/
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BYTE fsi_flag; /* 標記檔案系統資訊是否被改動過，為1時要回寫*/
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WORD id; /* 檔案系統掛載ID */
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WORD n_rootdir; /* 根目錄區入口(目錄項)的個數(用於FAT12/16)*/
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#if _MAX_SS != 512
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WORD ssize; /* 每扇區的位元組數(用於扇區大於512Byte的flash) */
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#endif
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#if _FS_REENTRANT
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_SYNC_t sobj; /* 允許重入，即定義同步物件，用在tiny中*/
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#endif
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#if !_FS_READONLY
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DWORD last_clust; /* 最後一個被分配的簇*/
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DWORD free_clust; /* 空閒簇的個數*/
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DWORD fsi_sector; /* 存放fsinfo的扇區(用於FAT32) */
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#endif
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#if _FS_RPATH
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DWORD cdir; /* 允許相對路徑時用，儲存當前目錄起始簇(0:root)*/
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#endif
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DWORD n_fatent; /* FAT入口數(簇的數目 + 2)*/
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DWORD fsize; /* 每個FAT所佔扇區*/
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DWORD fatbase; /* FAT起始扇區*/
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DWORD dirbase; /* 根目錄起始扇區(FAT32:Cluster#) */
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DWORD database; /* 資料目錄起始扇區*/
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DWORD winsect; /* 當前緩衝區中儲存的扇區號*/
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BYTE win[_MAX_SS]; /* 單個扇區快取*/
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} FATFS;
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/* File object structure (FIL) */
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typedef struct {
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FATFS* fs; /* 所在的fs指標*/
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WORD id; /* 所在的fs掛載編號*/
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BYTE flag; /* 檔案狀態*/
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BYTE pad1; /* 不知道含義，也未見程式使用*/
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DWORD fptr; /* 檔案讀寫指標*/
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DWORD fsize; /* 大小*/
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DWORD sclust; /* 檔案起始簇(fsize=0時為0) */
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DWORD clust; /* 當前簇*/
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DWORD dsect; /* 當前資料扇區*/
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#if !_FS_READONLY
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DWORD dir_sect; /* 包含目錄項的扇區 */
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BYTE* dir_ptr; /* Ponter to the directory entry in the window */
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#endif
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#if _USE_FASTSEEK
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DWORD* cltbl; /*指向簇連結對映表的指標*/
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#endif
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#if _FS_SHARE
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UINT lockid; /* File lock ID (index of file semaphore table) */
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#endif
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#if !_FS_TINY
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BYTE buf[_MAX_SS]; /* File data read/write buffer */
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#endif
- } FIL;
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/* Directory object structure (DIR) */
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typedef struct {
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FATFS* fs; /* 同上*/
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WORD id;
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WORD index; /* 當前讀寫索引號 */
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DWORD sclust; /* 檔案資料區開始簇*/
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DWORD clust; /* 當前簇*/
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DWORD sect; /* 當前扇區*/
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BYTE* dir; /* 扇區快取中當前SFN入口指標，SFN含義未知，猜測和LFN類似，與檔名相關*/
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BYTE* fn; /* Pointer to the SFN (in/out) {file[8],ext[3],status[1]} */
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#if _USE_LFN
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WCHAR* lfn; /* Pointer to the LFN working buffer */
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WORD lfn_idx; /* Last matched LFN index number (0xFFFF:No LFN) */
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#endif
- } DIR;
熟悉了程式碼結構後，現在開始作修改了，首先修改ffconf.h檔案配置與硬體相關的檔案系統特性，然後自己新增一套底層操作即可。先看ffconf.h，裡面定義了很多巨集，可以根據自己需要一一配置：
先看功能配置：
_FS_TINY：檔案系統為標準的還是微型的，預設為標準的(0)；
_FS_READONLY：檔案系統是否為只讀，預設為可讀寫(0)，若只讀則f_write、f_sync、 f_unlink、f_mkdir、f_chmod、f_rename、f_truncate和f_getfree不可用；
_FS_MINIMIZE：裁剪檔案系統的功能，預設為全部功能(0)，若為1、2則會移除大部分連結、目錄等功能；
_USE_STRFUNC：是否允許字串操作，預設為不允許(0)，這個看個人需求，一般情況下設定為1即可，如果工作在windows下，為保證檔案相容性(如換行符’\n’和回車符’\r’)建議將此項設定為2；
_USE_MKFS：是否允許使用f_mkfs函式，預設為0，用於建立資料夾，建議開啟；
_USE_FORWARD：用於允許f_forward函式，只有開啟tiny檔案系統時才用到，該函式用於將讀寫的資料立即轉存到資料流中，以節省RAM空間；
_USE_FASTSEEK：是否開啟快速索引，預設為0，開啟後，會使用FIL結構體中的cltbl元素來加快搜索；
_CODE_PAGE：指定目標系統使用的OEM內碼表，預設為日語(932)，改為936簡體中文；OEM是什麼意思呢？在OS編碼中，unicode是一種雙位元組字元編碼，無論中文還是英文，或者其他語言統一到2個位元組，它與現有的任何編碼（ASCII，GB等）都不相容。WindowsNT(2000)的核心即使用該編碼，所有資料進入核心前轉換成UNICODE，退出核心後在轉換成版本相關的編碼（通常稱為OEM，在簡體中文版下即為GB)；
_USE_LEN、_MAX_LEN、_LFN_UNICODE：這三個的意思不是很清楚，但是確定是與長檔名有關的，不建議開啟，否則又要多加函式，麻煩；
_FS_RPATH：是否允許相對路徑，讓我選擇就不開啟，否則邏輯變得複雜不說，程式碼量也變多了一些；
再看硬體相關配置：
_VOLUMES：磁碟(flash)邏輯卷數，預設為1，不建議修改；
_MAX_SS：扇區大小，預設512Byte，最大可設定4096Byte；
_MULTI_PARTITION：分割槽選項，預設為0，即一個分割槽，若想要多分割槽可自行設定；
_USE_ERASE：是否允許扇區擦除，預設為0，若開啟則要在disk_ioctl函式中新增擦除命令程式碼；
最後是檔案系統配置：
_WORD_ACCESS：資料遞進格式，預設為0，即以位元組為單位遞進，相容性更強，若你的系統最新單位為字(2Byte)，則可設為1；
_FS_REENTRANT、_FS_TIMEOUT、_SYNC_t：這三個選項與檔案系統是否允許重入有關，所直白點，就是能否被多執行緒同時訪問，像RTOS中，一般建議開啟，_SYNC_t可定義為對應OS中的操作物件，windows下為HANDLE，uCos中為OS_EVENT，vxWorks中為SEMAPHORE。另外，開啟後還需要新增ff_req_grant、ff_rel_grant和ff_del_syncobj三個函式，實際上實現的功能就是申請互斥量、釋放互斥量和刪除互斥量的意思，可以定義OS封裝即可；
_FS_SHARE：和上面的類似，表示檔案系統最大允許同時開啟多少檔案，預設為0，即只能開啟一個。
在配置這些選項的時候，可以根據定義閱讀ff.c檔案中的相關程式碼，基本上能對整體的結果有了瞭解，完成了ffconf.h後，再就是編寫底層介面了，在新一點的FatFs中，並未提供函式介面模版，可以下老版的拷過來，也可以開啟doc資料夾下的幫助文件00index_e.htm檔案，裡面有底層函式介面的格式及各個引數的描述。至於底層驅動，我只做過spi flash的，這個可以參考我上一篇文章。需要注意的是，底層讀寫函式中的引數sector指的是扇區的序號，需要自己換算成驅動介面中的位元組位置。
到這裡，移植基本完成了，如果你的檔案系統出現LD_WORD(ptr) (WORD)(*(WORD*)(BYTE*)(ptr))有問題(資料異常終止DATA ABORT exception之類的)的情況，請百度搜索“轉一篇比較詳細介紹FatFS檔案系統移植的文章”就可以搞定了，那裡有詳細的解決辦法