FATFS介绍

FAT File System是一个通用的文件系统(FAT/exFAT)模块，用于在小型嵌入式系统中实现FAT文件系统。 FatFs 组件的编写遵循ANSI C(C89)，完全分离于磁盘 I/O 层,因此不依赖于硬件平台。它可以嵌入到资源有限的微控制器中，如 8051, PIC, AVR, ARM, Z80, RX等等，不需要做任何修改。

配置流程

SDIO_Init()

SDIO是底层驱动，要想使用FATFS需要配置底层驱动，可以是SD卡，也可以是外部SRAM，当然SD卡也可以试用SPI通讯。根据硬件原理图配置接口以及中断优先级

SD_Error SD_Init(void)
{NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;u8 clkdiv=0;SD_Error errorstatus=SD_OK;  //SDIO IO口初始化RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC|RCC_APB2Periph_GPIOD,ENABLE);//使能PORTC,PORTD时钟RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_SDIO|RCC_AHBPeriph_DMA2,ENABLE);//使能SDIO,DMA2时钟  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11|GPIO_Pin_12;  //PC.8~12 复用输出GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;       //复用推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;      //IO口速度为50MHzGPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);                     //根据设定参数初始化PC.8~12 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;  //PD2 复用输出GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;       //复用推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;      //IO口速度为50MHzGPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);                     //根据设定参数初始化PD2GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;   //PD7 上拉输入GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;         //复用推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;      //IO口速度为50MHzGPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);                     //根据设定参数初始化PD7//SDIO外设寄存器设置为默认值                   SDIO_DeInit();NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = SDIO_IRQn;           //SDIO中断配置NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;    //抢占优先级0 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;                    //子优先级0 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;                                //使能外部中断通道NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);     //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器errorstatus=SD_PowerON();           //SD卡上电if(errorstatus==SD_OK)errorstatus=SD_InitializeCards();           //初始化SD卡    if(errorstatus==SD_OK)errorstatus=SD_GetCardInfo(&SDCardInfo);   //获取卡信息if(errorstatus==SD_OK)errorstatus=SD_SelectDeselect((u32)(SDCardInfo.RCA<<16));//选中SD卡if(errorstatus==SD_OK)errorstatus=SD_EnableWideBusOperation(1);    //4位宽度,如果是MMC卡,则不能用4位模式 if((errorstatus==SD_OK)||(SDIO_MULTIMEDIA_CARD==CardType)){             if(SDCardInfo.CardType==SDIO_STD_CAPACITY_SD_CARD_V1_1||SDCardInfo.CardType==SDIO_STD_CAPACITY_SD_CARD_V2_0){clkdiv=SDIO_TRANSFER_CLK_DIV+6;  //V1.1/V2.0卡，设置最高72/12=6Mhz}else clkdiv=SDIO_TRANSFER_CLK_DIV; //SDHC等其他卡，设置最高72/6=12MhzSDIO_Clock_Set(clkdiv);                //设置时钟频率,SDIO时钟计算公式:SDIO_CK时钟=SDIOCLK/[clkdiv+2];其中,SDIOCLK固定为48Mhz //errorstatus=SD_SetDeviceMode(SD_DMA_MODE); //设置为DMA模式errorstatus=SD_SetDeviceMode(SD_POLLING_MODE);   //设置为查询模式}return errorstatus;
}

diskio.c的配置

这个.c文件里主要是一些API函数，需要我们自己把接口补充上，共有以下五个函数：

DSTATUS disk_initialize (BYTE pdrv);
DSTATUS disk_status (BYTE pdrv);
DRESULT disk_read (BYTE pdrv, BYTE* buff, DWORD sector, UINT count);
DRESULT disk_write (BYTE pdrv, const BYTE* buff, DWORD sector, UINT count);
DRESULT disk_ioctl (BYTE pdrv, BYTE cmd, void* buff);

下面是具体实现代码

#define SD_CARD   0  //SD卡,卷标为0//获得磁盘状态
DSTATUS disk_status (BYTE pdrv      /* Physical drive nmuber to identify the drive */
)
{ return RES_OK;
}
//初始化磁盘
DSTATUS disk_initialize (BYTE pdrv              /* Physical drive nmuber to identify the drive */
)
{u8 res=0;     switch(pdrv){case SD_CARD://SD卡res=SD_Init();//SD卡初始化 break;default:res=1; }       if(res)return  STA_NOINIT;else return 0; //初始化成功
}
//读扇区
//pdrv:磁盘编号0~9
//*buff:数据接收缓冲首地址
//sector:扇区地址
//count:需要读取的扇区数
DRESULT disk_read (BYTE pdrv,       /* Physical drive nmuber to identify the drive */BYTE *buff,        /* Data buffer to store read data */DWORD sector,   /* Sector address in LBA */UINT count       /* Number of sectors to read */
)
{u8 res=0; if (!count)return RES_PARERR;//count不能等于0，否则返回参数错误            switch(pdrv){case SD_CARD://SD卡res=SD_ReadDisk(buff,sector,count);     while(res)//读出错{SD_Init(); //重新初始化SD卡res=SD_ReadDisk(buff,sector,count);  //printf("sd rd error:%d\r\n",res);}break;default:res=1; }//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;
}
//写扇区
//pdrv:磁盘编号0~9
//*buff:发送数据首地址
//sector:扇区地址
//count:需要写入的扇区数
DRESULT disk_write (BYTE pdrv,          /* Physical drive nmuber to identify the drive */const BYTE *buff,  /* Data to be written */DWORD sector,       /* Sector address in LBA */UINT count           /* Number of sectors to write */
)
{u8 res=0;  if (!count)return RES_PARERR;//count不能等于0，否则返回参数错误           switch(pdrv){case SD_CARD://SD卡res=SD_WriteDisk((u8*)buff,sector,count);while(res)//写出错{SD_Init();    //重新初始化SD卡res=SD_WriteDisk((u8*)buff,sector,count);    //printf("sd wr error:%d\r\n",res);}break;default:res=1; }//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;
}
//其他表参数的获得
//pdrv:磁盘编号0~9
//ctrl:控制代码
//*buff:发送/接收缓冲区指针
DRESULT disk_ioctl (BYTE pdrv,      /* Physical drive nmuber (0..) */BYTE cmd,      /* Control code */void *buff        /* Buffer to send/receive control data */
)
{DRESULT res;                                         if(pdrv==SD_CARD)//SD卡{switch(cmd){case CTRL_SYNC:res = RES_OK; break;   case GET_SECTOR_SIZE:*(DWORD*)buff = 512; res = RES_OK;break;     case GET_BLOCK_SIZE:*(WORD*)buff = SDCardInfo.CardBlockSize;res = RES_OK;break;   case GET_SECTOR_COUNT:*(DWORD*)buff = SDCardInfo.CardCapacity/512;res = RES_OK;break;default:res = RES_PARERR;break;}}return res;
}
//获得时间
//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;
}
//动态分配内存
void *ff_memalloc (UINT size)
{return (void*)mymalloc(SRAMIN,size);
}
//释放内存
void ff_memfree (void* mf)
{myfree(SRAMIN,mf);
}

malloc()与free()

这里有个问题是malloc()与free()不能使用的问题，也有可能是可以使用，但是不能申请大内存，或是其他 BUG，具体原因未知。按照网络上的步骤，添加了<stdlib.h>与<rt_heap.h>，修改.s文件中heap的大小，去除option中的USE MicroLIB之后，理论上是可以使用malloc()与free()的，但是在使用f_open函数后会提示内存不足，具体原因尚未考究，使用别人的mymalloc()与myfree()。
具体实现参照malloc.c

文件操作函数

FRESULT f_open (FIL* fp, const TCHAR* path, BYTE mode);              /* Open or create a file */
FRESULT f_close (FIL* fp);                                          /* Close an open file object */
FRESULT f_read (FIL* fp, void* buff, UINT btr, UINT* br);           /* Read data from a file */
FRESULT f_write (FIL* fp, const void* buff, UINT btw, UINT* bw);    /* Write data to a file */
FRESULT f_lseek (FIL* fp, FSIZE_t ofs);                             /* Move file pointer of a file object */
FRESULT f_truncate (FIL* fp);                                       /* Truncate file */
FRESULT f_sync (FIL* fp);                                           /* Flush cached data of a writing file */
FRESULT f_opendir (DIR* dp, const TCHAR* path);                     /* Open a directory */
FRESULT f_closedir (DIR* dp);                                       /* Close an open directory */
FRESULT f_readdir (DIR* dp, FILINFO* fno);                          /* Read a directory item */
FRESULT f_findfirst (DIR* dp, FILINFO* fno, const TCHAR* path, const TCHAR* pattern);   /* Find first file */
FRESULT f_findnext (DIR* dp, FILINFO* fno);                         /* Find next file */
FRESULT f_mkdir (const TCHAR* path);                                /* Create a sub directory */
FRESULT f_unlink (const TCHAR* path);                               /* Delete an existing file or directory */
FRESULT f_rename (const TCHAR* path_old, const TCHAR* path_new);    /* Rename/Move a file or directory */
FRESULT f_stat (const TCHAR* path, FILINFO* fno);                   /* Get file status */
FRESULT f_chmod (const TCHAR* path, BYTE attr, BYTE mask);          /* Change attribute of the file/dir */
FRESULT f_utime (const TCHAR* path, const FILINFO* fno);            /* Change timestamp of the file/dir */
FRESULT f_chdir (const TCHAR* path);                                /* Change current directory */
FRESULT f_chdrive (const TCHAR* path);                              /* Change current drive */
FRESULT f_getcwd (TCHAR* buff, UINT len);                           /* Get current directory */
FRESULT f_getfree (const TCHAR* path, DWORD* nclst, FATFS** fatfs); /* Get number of free clusters on the drive */
FRESULT f_getlabel (const TCHAR* path, TCHAR* label, DWORD* vsn);   /* Get volume label */
FRESULT f_setlabel (const TCHAR* label);                            /* Set volume label */
FRESULT f_forward (FIL* fp, UINT(*func)(const BYTE*,UINT), UINT btf, UINT* bf); /* Forward data to the stream */
FRESULT f_expand (FIL* fp, FSIZE_t szf, BYTE opt);                  /* Allocate a contiguous block to the file */
FRESULT f_mount (FATFS* fs, const TCHAR* path, BYTE opt);           /* Mount/Unmount a logical drive */
FRESULT f_mkfs (const TCHAR* path, BYTE sfd, UINT au);              /* Create a file system on the volume */
FRESULT f_fdisk (BYTE pdrv, const DWORD szt[], void* work);         /* Divide a physical drive into some partitions */
int f_putc (TCHAR c, FIL* fp);                                      /* Put a character to the file */
int f_puts (const TCHAR* str, FIL* cp);                             /* Put a string to the file */
int f_printf (FIL* fp, const TCHAR* str, ...);                      /* Put a formatted string to the file */
TCHAR* f_gets (TCHAR* buff, int len, FIL* fp);                      /* Get a string from the file */

主要讲一下几个常用的函数：
1、FRESULT f_mount (FATFS* fs, const TCHAR* path, BYTE opt);
主要用于挂载硬盘，初始化时调用即可。
2、FRESULT f_mkdir (const TCHAR* path);
主要用于创建文件夹，但是要一级一级创建，不能创建两级文件夹会报错。
3、FRESULT f_open (FIL* fp, const TCHAR* path, BYTE mode);
主要用于打开文件，fp是文件指针，path是路径，个人认为绝对路径比较好用，虽然占字节较多，但是可以省去操作文件夹的过程，mode为模式，读、写此类。
4、FRESULT f_lseek (FIL* fp, FSIZE_t ofs);
这个函数是移动指针函数，在UI界面我们可以通过操作鼠标移动输入位置，而诸如此类cmd命令没有光标，是通过变量实现的。光标在文件打开时指向最顶端，可以通过f_size()函数获取函数尾部光标，也可以直接给ofs赋值操作光标。
5、FRESULT f_read (FIL* fp, void* buff, UINT btr, UINT* br);
读文件函数，buff为读取缓冲区，btr为读取长度，br为实际读取长度。
6、FRESULT f_write (FIL* fp, const void* buff, UINT btw, UINT* bw);
写文件函数，buff为写缓冲区，btw为写长度，bw为实际写入长度。
7、FRESULT f_sync (FIL* fp);
同步函数，类似于电脑操作的ctrl+s，如果不同步的话可能造成文件丢失。
8、FRESULT f_close (FIL* fp);
关闭文件，同时保存，所以是包含f_sync的操作，但是文件关闭再打开后会将光标移动至初始位置，使用的时候要考虑好是否有再次打开的时候。

Simple Demo

这是一个简易的写TXT文件demo，旨在阐述流程。

FIL file;                                           //文件对象
FATFS fatfs;                                   //逻辑驱动器的工作区
FRESULT res;                             //FRESULT函数公共结果代码
unsigned int counter;
unsigned char write_buffer[25];                 //写文件缓冲区
unsigned char read_buffer[25];                  //读文件缓冲区
char str[] = "0:/test2.txt";
int i = 0;int main()
{   SysTick_Init(72);NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);  //中断优先级分组 分2组LED_Init();while(SD_Init())//检测不到SD卡{LED2=!LED2;delay_ms(500);                  }                f_mount(&fatfs,"0:",1);      //挂载SD卡 res = f_open(&file,str,FA_READ | FA_WRITE | FA_OPEN_ALWAYS);   while(res!=0);res = f_lseek(&file,0);                                 //移动写指针到文件首while(res!=0);for(i = 0;i < 25;i++){write_buffer[i] = 0x31 + i % 7;}res = f_write(&file,write_buffer,25,&counter);     //将缓冲器中的内容写入源文件while(res!=0);res = f_lseek(&file,0);                              //移动读指针到文件首while(res!=0);res = f_read(&file,read_buffer,25,&counter);while(res!=0);f_close(&file);                                  //关闭源文件while(1){LED1=!LED1;delay_ms(100);   }
}

注意事项

这两个变量应为全局变量，或者静态局部变量，否则会造成存储失败。

FIL file;                                           //文件对象
FATFS fatfs;                                   //逻辑驱动器的工作区

缓冲队列

瞬时数据量可能大于存储速度，所以利用环形队列原理，写了一个环形缓冲，当缓冲满了之后会报错。正常调用存储函数即可，在空闲时调用写入函数。


/*** @brief  环形缓冲读写任务* @param  fatbuf   ：环形缓冲* @param  buff[] ：数据 需要为字符串* @retval FS文件枚举，只用于判断是否写入成功*/
uint16_t head_index = 0;//头指针，读数据
uint16_t rear_index = 0;//尾指针，写数据
uint8_t circle_buff_write(char *data)//写接口写在SD卡数据写入函数里
{//存入数据格式：data_len(1 byte) + data + /r/n(2 byte)，数据长度用于修改hear_index指向位置uint8_t data_len = strlen(data) + 3;//加3是因为要存入数据长度信息、回车符、换行符uint8_t i = 0;//数据缓冲区满了，存储失败if(head_index < rear_index && CIRCLE_BUFF_SIZE - rear_index + head_index - 1< data_len)return 1;else if(head_index > rear_index && head_index - rear_index - 1 < data_len)return 1;fatbuf[rear_index] = data_len;//单次写入数据长度for(i = 0;i < data_len - 3;i++)//复制数据{rear_index = (rear_index + 1) % CIRCLE_BUFF_SIZE;//更新指针fatbuf[rear_index] = data[i];}rear_index = (rear_index + 1) % CIRCLE_BUFF_SIZE;fatbuf[rear_index] = 0x0d;// \rrear_index = (rear_index + 1) % CIRCLE_BUFF_SIZE;fatbuf[rear_index] = 0x0a;// \nrear_index = (rear_index + 1) % CIRCLE_BUFF_SIZE;return 0;
}
uint8_t circle_buff_to_sd_card(void)//读接口
{unsigned int counter = 0;//计数器，用于记录写入数据的个数，但是并没有使用FRESULT res = FR_OK;//用来判断是否写入if(head_index == rear_index)return 0;if(fatbuf[head_index] + head_index > CIRCLE_BUFF_SIZE){//数据存入了零点附近，被分成了两段res += f_write(file,Time_Stamp,22,&counter);//写时间戳res += f_write(file,&fatbuf[(head_index + 1) % CIRCLE_BUFF_SIZE],CIRCLE_BUFF_SIZE - head_index - 1,&counter);//写入前半段数据res += f_write(file,&fatbuf[0],(uint8_t)fatbuf[head_index] - (CIRCLE_BUFF_SIZE - head_index),&counter);//写入后半段数据}else{res += f_write(file,Time_Stamp,22,&counter);//写时间戳res += f_write(file,&fatbuf[(head_index + 1) % CIRCLE_BUFF_SIZE],(uint8_t)fatbuf[head_index] - 1,&counter);//写入数据}if(res == 0){head_index = (head_index + fatbuf[head_index]) % CIRCLE_BUFF_SIZE;//写入成功，更新头指针}return res;
}

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