stm32 Fatfs 读写SD卡

时间:2021-07-30 04:00:18
读写SD是嵌入式系统中一个比较基础的功能,在很多应用中都可以用得上SD卡。折腾了几天,总算移植成功了 最新版Fatfs(Fatfs R0.09) ,成功读写SD卡下文件。
 
     stm32 Fatfs 读写SD卡
 
    FatFs ( http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html)是一个通用的文件系统模块,用于在小型嵌入式系统中实现FAT文件系统。 FatFs 的编写遵循ANSI C,因此不依赖于硬件平台。它可以嵌入到便宜的微控制器中,如 8051, PIC, AVR, SH, Z80, H8, ARM 等等,不需要做任何修改。
 
1. SD卡/TF卡 硬件接口
 
SD卡有两种操作接口,SDIO和SPI。 使用SDIO口的速度比较快,SPI的速度比较慢 。
 
    SD卡引脚描述如下:                                                            SD卡SPI接法如下:
stm32 Fatfs 读写SD卡  stm32 Fatfs 读写SD卡
 我使用的是正点原子的开发板,所以采用的是SPI接口的模式。
 
    TF卡SDIO 模式和SPI模式 引脚定义:
 
stm32 Fatfs 读写SD卡
 
        可以发现Micro SD卡只有8个引脚是因为比SD卡少了一个Vss。使用TF转SD的卡套套在Micro SD卡上,这样一来大小就和SD卡一样大,这时候卡套上的9个引脚就和SD卡一样了,你可以完全当做SD卡来操作。
 
2. SD卡底层驱动
 
SD卡的操作比较复杂,需要多看看一些文档 。 这里附上SD底层驱动代码,代码说明详见注释
 
Sd卡SPi操作底层代码 :  sdcard.c   sdcard.h
3. Fatfs 移植
 
FatFs 软件包中相关文件:
 
        ffconf.h     FatFs 模块配置文件
        ff.h            FatFs 和应用模块公用的包含文件
        ff.c            FatFs 模块
        diskio.h     FatFs and disk I/O 模块公用的包含文件
        integer.h   数据类型定义
        option      可选的外部功能
        diskio.c     FatFs 与disk I/O 模块接口层文件(不属于 FatFs 需要由用户提供)
 
FatFs 配置,文件系统的配置项都在 ffconf.h 文件之中:
 
        (1) _FS_TINY :这个选项在R0.07 版本之中开始出现,在之前的版本都是以独立的文件出现,现在通过一个宏来修改使用起来更方便;
        (2) _FS_MINIMIZE、_FS_READONLY、_USE_STRFUNC、_USE_MKFS、_USE_FORWARD 这些宏是用来对文件系统进行裁剪
        (3) _CODE_PAGE :本选项用于设置语言码的类型
        (4) _USE_LFN :取值为0~3,主要用于长文件名的支持及缓冲区的动态分配:
                0:不支持长文件名;
                1:支持长文件名存储的静态分配,一般是存储在BSS 段;
                2:支持长文件名存储的动态分配,存储在栈上;
                3:支持长文件名存储的动态分配,存储在堆上。
        (5) _MAX_LFN :可存储长文件的最大长度,其值一般为(12~255),但是缓冲区一般占(_MAX_LFN + 1) * 2 bytes;
        (6) _LFN_UNICODE :为1 时才支持unicode 码;
        (7) _FS_RPATH :R0.08a 版本改动配置项,取值范围0~2:
                0:去除相对路径支持和函数;
                1:开启相对路径并且开启f_chdrive()和f_chdir()两个函数;
                2:在1 的基础上添加f_getcwd()函数。
        (8) _VOLUMES :支持的逻辑设备数目;
        (9) _MAX_SS :扇区缓冲的最大值,其值一般为512;
        (10) _MULTI_PARTITION:定义为1 时,支持磁盘多个分区;
        (11) _USE_ERASE :R0.08a 新加入的配置项,设置为1 时,支持扇区擦除;
        (12) _WORD_ACCESS :如果定义为1,则可以使用word 访问;
        (13) _FS_REENTRANT :定义为1 时,文件系统支持重入,但是需要加上跟操作系统信号量相关的几个函数,函数在syscall.c 文件中;
        (14) _FS_SHARE :文件支持的共享数目。
 
Fatfs 开源文件系统 从R0.07e 之后 版本开始就不再提供底层接口文件 diskio.c 模板,这里附上根据
以上SD卡底层驱动对应的 diskio.c 源码:
 
#include "common.h"
/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Inidialize a Drive                                                    */

DSTATUS disk_initialize (
	BYTE drv				/* Physical drive nmuber (0..) */
)
{
    u8 state;

    if(drv)
    {
        return STA_NOINIT;  //仅支持磁盘0的操作
    }

    state = SD_Init();
    if(state == STA_NODISK)
    {
        return STA_NODISK;
    }
    else if(state != 0)
    {
        return STA_NOINIT;  //其他错误:初始化失败
    }
    else
    {
        return 0;           //初始化成功
    }
}



/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Return Disk Status                                                    */

DSTATUS disk_status (
	BYTE drv		/* Physical drive nmuber (0..) */
)
{
    if(drv)
    {
        return STA_NOINIT;  //仅支持磁盘0操作
    }

    //检查SD卡是否插入
    if(!SD_DET())
    {
        return STA_NODISK;
    }
    return 0;
}



/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Read Sector(s)                                                        */

DRESULT disk_read (
	BYTE drv,		/* Physical drive nmuber (0..) */
	BYTE *buff,		/* Data buffer to store read data */
	DWORD sector,	/* Sector address (LBA) */
	BYTE count		/* Number of sectors to read (1..255) */
)
{
	u8 res=0;
    if (drv || !count)
    {    
        return RES_PARERR;  //仅支持单磁盘操作,count不能等于0,否则返回参数错误
    }
    if(!SD_DET())
    {
        return RES_NOTRDY;  //没有检测到SD卡,报NOT READY错误
    }

    
	
    if(count==1)            //1个sector的读操作      
    {                                                
        res = SD_ReadSingleBlock(sector, buff);      
    }                                                
    else                    //多个sector的读操作     
    {                                                
        res = SD_ReadMultiBlock(sector, buff, count);
    }                                                
	/*
    do                           
    {                                          
        if(SD_ReadSingleBlock(sector, buff)!=0)
        {                                      
            res = 1;                           
            break;                             
        }                                      
        buff+=512;                             
    }while(--count);                                         
    */
    //处理返回值,将SPI_SD_driver.c的返回值转成ff.c的返回值
    if(res == 0x00)
    {
        return RES_OK;
    }
    else
    {
        return RES_ERROR;
    }
}



/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Write Sector(s)                                                       */

#if _READONLY == 0
DRESULT disk_write (
	BYTE drv,			/* Physical drive nmuber (0..) */
	const BYTE *buff,	/* Data to be written */
	DWORD sector,		/* Sector address (LBA) */
	BYTE count			/* Number of sectors to write (1..255) */
)
{
	u8 res;

    if (drv || !count)
    {    
        return RES_PARERR;  //仅支持单磁盘操作,count不能等于0,否则返回参数错误
    }
    if(!SD_DET())
    {
        return RES_NOTRDY;  //没有检测到SD卡,报NOT READY错误
    }

    // 读写操作
    if(count == 1)
    {
        res = SD_WriteSingleBlock(sector, buff);
    }
    else
    {
        res = SD_WriteMultiBlock(sector, buff, count);
    }
    // 返回值转换
    if(res == 0)
    {
        return RES_OK;
    }
    else
    {
        return RES_ERROR;
    }
}
#endif /* _READONLY */



/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Miscellaneous Functions                                               */

DRESULT disk_ioctl (
	BYTE drv,		/* Physical drive nmuber (0..) */
	BYTE ctrl,		/* Control code */
	void *buff		/* Buffer to send/receive control data */
)
{
    DRESULT res;


    if (drv)
    {    
        return RES_PARERR;  //仅支持单磁盘操作,否则返回参数错误
    }
    
    //FATFS目前版本仅需处理CTRL_SYNC,GET_SECTOR_COUNT,GET_BLOCK_SIZ三个命令
    switch(ctrl)
    {
    case CTRL_SYNC:
        SD_CS_ENABLE();
        if(SD_WaitReady()==0)
        {
            res = RES_OK;
        }
        else
        {
            res = RES_ERROR;
        }
        SD_CS_DISABLE();
        break;
        
    case GET_BLOCK_SIZE:
        *(WORD*)buff = 512;
        res = RES_OK;
        break;

    case GET_SECTOR_COUNT:
        *(DWORD*)buff = SD_GetCapacity();
        res = RES_OK;
        break;
    default:
        res = RES_PARERR;
        break;
    }

    return res;
}

/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* User defined function to give a current time to fatfs module          */
/* 31-25: Year(0-127 org.1980), 24-21: Month(1-12), 20-16: Day(1-31) */                                                                                                                                                                                                                                          
/* 15-11: Hour(0-23), 10-5: Minute(0-59), 4-0: Second(0-29 *2) */                                                                                                                                                                                                                                                
DWORD get_fattime (void)
{
  return 0;
}
这里的结构函数为Fatfs提供和SD卡的通信接口。 在 最新版本的Fatfs中还加入了对中文文件名的支持,需要修改  ffconf.h    
    #define _CODE_PAGE    936   //- Simplified Chinese GBK (DBCS, OEM, Windows) 
同时应该添加  option/cc936.c文件。但是这个文件有700多K占相当大的ROM, 像stm32F103RBT6这种小FLASH的MCU根本不行 ,加入当前工程文件中代码将增加160KB 左右。
 
配置好Stm32的串口和SPI等IO口设置后,就可以使用Fatfs做一些文件操作了。
 
4. Fatfs 文件操作
 
文件分配表FAT(File AllocationTable)用来记录文件所在位置的表格.它对于硬盘的使用是非常重要的,假若丢失文件分配表,那么硬盘上的数据就会因无法定位而不能使用了。 
 
Fatfs 文件系统减轻了操作SD卡的工作量,调用其提供的函数就可以方便的操作文件,读写删改等。
这里提供一个main.c 示例:
#include "common.h"
#include <string.h>

FRESULT scan_files (char* path);

#define  F_PUTS 		1		//测试向文件写入字符串
#define  F_READ         1       //测试从文件中读出数据
#define  F_UNLINK       0       //测试删除文件
#define  SCAN_FILES 	1       //测试目录扫描

FATFS fs;
FRESULT res;
FIL file;				   		
UINT br;
BYTE buffer[4096];				//以上变量作为全局变量 可以避免一些Bug

int main(void)
{
	u16 i,n;	
	

	//stm32 初始化		
	RCC_Configuration();
	NVIC_Configuration();		
	USART_Configuration();
	SPI_Configuration();
	GPIO_Configuration();


	//fatfs 操作

	f_mount(0, &fs);

	//如果data.txt存在,则打开;否则,创建一个新文件
	res = f_open(&file, "0:/data.txt",FA_OPEN_ALWAYS|FA_READ|FA_WRITE ); 

	if(res!=FR_OK)
	{
		printf("\r\n f_open() fail .. \r\n");
	}else{
		printf("\r\n f_open() success .. \r\n");
	}

#if F_READ

	while(1){									 //使用f_read读文件
		res = f_read(&file, buffer, 1, &br);     //一次读一个字节知道读完全部文件信息

		if (res == FR_OK )
		{
			printf("%s",buffer);
		}else{
		    printf("\r\n f_read() fail .. \r\n");	
		}

		if(f_eof(&file)) {break;}
	}

	/*if( f_gets(buffer,sizeof(buffer),&file) != NULL)	 //使用f_gets读文件	,存在 Bugs 待调试
	{
		printf("%s",buffer);
	}else{
	    printf("\r\n f_gets() fail .. \r\n");	
	} */ 

#endif

#if F_PUTS

	//将指针指向文件末
	//res = f_lseek(&file,(&file)->fsize); 
	res = f_lseek(&file,file.fsize);	

	n = f_puts("\r\n hello dog ..\r\n", &file) ;  //向文件末写入字符串
			              
	if(n<1)  //判断写是否成功                        
	{                                                      
		printf("\r\n f_puts() fail .. \r\n");                                             
	}else{
		printf("\r\n f_puts() success .. \r\n");
	}
 
#endif

#if F_UNLINK

	res = f_unlink("test.jpg");	   //前提SD下存在一个test.jpg

	if(res!=FR_OK)
	{
		printf("\r\n f_unlink() fail .. \r\n");
	}else{
		printf("\r\n f_unlink() success .. \r\n");
	}

#endif

#if SCAN_FILES

	printf("\r\n the directory files : \r\n");
	scan_files("/");	      //扫描根目录

#endif

   	f_close(&file);
	f_mount(0, NULL); 

  	while(1);
}


FRESULT scan_files (
    char* path        /* Start node to be scanned (also used as work area) */
)
{
    FRESULT res;
    FILINFO fno;
    DIR dir;
    int i;
    char *fn;   /* This function is assuming non-Unicode cfg. */
#if _USE_LFN
    static char lfn[_MAX_LFN + 1];
    fno.lfname = lfn;
    fno.lfsize = sizeof lfn;
#endif


    res = f_opendir(&dir, path);                       /* Open the directory */
    if (res == FR_OK) {
        i = strlen(path);
        for (;;) {
            res = f_readdir(&dir, &fno);                   /* Read a directory item */
            if (res != FR_OK || fno.fname[0] == 0) break;  /* Break on error or end of dir */
            if (fno.fname[0] == '.') continue;             /* Ignore dot entry */
#if _USE_LFN
            fn = *fno.lfname ? fno.lfname : fno.fname;
#else
            fn = fno.fname;
#endif
            if (fno.fattrib & AM_DIR) {                    /* It is a directory */
                sprintf(&path[i], "/%s", fn);
                res = scan_files(path);
                if (res != FR_OK) break;
                path[i] = 0;
            } else {                                       /* It is a file. */
                printf("\r\n %s/%s \r\n", path, fn);
            }
        }
    }

    return res;
}
其中 目录扫描函数 scan_files( char * path) 参数格式如下:
 
stm32 Fatfs 读写SD卡
 
这里使用到了f_puts()函数,所以必须在ffconf.h 中修改 #define _USE_STRFUNC  1