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stm32 Fatfs 读写SD卡

分类： 嵌入式

2014-05-30 10:05:55

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。
 
    QQ截图20120825031714.png
 
    FatFs ()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：
sd引脚定义.png stm32_sd.png
 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：
 
spi-tf.png
 
        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 ：   
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：
 
001 #include "common.h"
002 /*-----------------------------------------------------------------------*/
003 /* Inidialize a Drive                                                    */
004  
005 DSTATUS disk_initialize (
006     BYTE drv                /* Physical drive nmuber (0..) */
007 )
008 {
009     u8 state;
010  
011     if(drv)
012     {
013         return STA_NOINIT;  //仅支持磁盘0的操作
014     }
015  
016     state = SD_Init();
017     if(state == STA_NODISK)
018     {
019         return STA_NODISK;
020     }
021     else if(state != 0)
022     {
023         return STA_NOINIT;  //其他错误：初始化失败
024     }
025     else
026     {
027         return 0;           //初始化成功
028     }
029 }
030  
031  
032  
033 /*-----------------------------------------------------------------------*/
034 /* Return Disk Status                                                    */
035  
036 DSTATUS disk_status (
037     BYTE drv        /* Physical drive nmuber (0..) */
038 )
039 {
040     if(drv)
041     {
042         return STA_NOINIT;  //仅支持磁盘0操作
043     }
044  
045     //检查SD卡是否插入
046     if(!SD_DET())
047     {
048         return STA_NODISK;
049     }
050     return 0;
051 }
052  
053  
054  
055 /*-----------------------------------------------------------------------*/
056 /* Read Sector(s)                                                        */
057  
058 DRESULT disk_read (
059     BYTE drv,       /* Physical drive nmuber (0..) */
060     BYTE *buff,     /* Data buffer to store read data */
061     DWORD sector,   /* Sector address (LBA) */
062     BYTE count      /* Number of sectors to read (1..255) */
063 )
064 {
065     u8 res=0;
066     if (drv || !count)
067     {   
068         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
069     }
070     if(!SD_DET())
071     {
072         return RES_NOTRDY;  //没有检测到SD卡，报NOT READY错误
073     }
074  
075      
076      
077     if(count==1)            //1个sector的读操作     
078     {                                               
079         res = SD_ReadSingleBlock(sector, buff);     
080     }                                               
081     else                    //多个sector的读操作    
082     {                                               
083         res = SD_ReadMultiBlock(sector, buff, count);
084     }                                               
085     /*
086     do                          
087     {                                         
088         if(SD_ReadSingleBlock(sector, buff)!=0)
089         {                                     
090             res = 1;                          
091             break;                            
092         }                                     
093         buff+=512;                            
094     }while(--count);                                        
095     */
096     //处理返回值，将SPI_SD_driver.c的返回值转成ff.c的返回值
097     if(res == 0x00)
098     {
099         return RES_OK;
100     }
101     else
102     {
103         return RES_ERROR;
104     }
105 }
106  
107  
108  
109 /*-----------------------------------------------------------------------*/
110 /* Write Sector(s)                                                       */
111  
112 #if _READONLY == 0
113 DRESULT disk_write (
114     BYTE drv,           /* Physical drive nmuber (0..) */
115     const BYTE *buff,   /* Data to be written */
116     DWORD sector,       /* Sector address (LBA) */
117     BYTE count          /* Number of sectors to write (1..255) */
118 )
119 {
120     u8 res;
121  
122     if (drv || !count)
123     {   
124         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
125     }
126     if(!SD_DET())
127     {
128         return RES_NOTRDY;  //没有检测到SD卡，报NOT READY错误
129     }
130  
131     // 读写操作
132     if(count == 1)
133     {
134         res = SD_WriteSingleBlock(sector, buff);
135     }
136     else
137     {
138         res = SD_WriteMultiBlock(sector, buff, count);
139     }
140     // 返回值转换
141     if(res == 0)
142     {
143         return RES_OK;
144     }
145     else
146     {
147         return RES_ERROR;
148     }
149 }
150 #endif /* _READONLY */
151  
152  
153  
154 /*-----------------------------------------------------------------------*/
155 /* Miscellaneous Functions                                               */
156  
157 DRESULT disk_ioctl (
158     BYTE drv,       /* Physical drive nmuber (0..) */
159     BYTE ctrl,      /* Control code */
160     void *buff      /* Buffer to send/receive control data */
161 )
162 {
163     DRESULT res;
164  
165  
166     if (drv)
167     {   
168         return RES_PARERR;  //仅支持单磁盘操作，否则返回参数错误
169     }
170      
171     //FATFS目前版本仅需处理CTRL_SYNC，GET_SECTOR_COUNT，GET_BLOCK_SIZ三个命令
172     switch(ctrl)
173     {
174     case CTRL_SYNC:
175         SD_CS_ENABLE();
176         if(SD_WaitReady()==0)
177         {
178             res = RES_OK;
179         }
180         else
181         {
182             res = RES_ERROR;
183         }
184         SD_CS_DISABLE();
185         break;
186          
187     case GET_BLOCK_SIZE:
188         *(WORD*)buff = 512;
189         res = RES_OK;
190         break;
191  
192     case GET_SECTOR_COUNT:
193         *(DWORD*)buff = SD_GetCapacity();
194         res = RES_OK;
195         break;
196     default:
197         res = RES_PARERR;
198         break;
199     }
200  
201     return res;
202 }
203  
204 /*-----------------------------------------------------------------------*/
205 /* User defined function to give a current time to fatfs module          */
206 /* 31-25: Year(0-127 org.1980), 24-21: Month(1-12), 20-16: Day(1-31) */                                                                                                                                                                                                                                         
207 /* 15-11: Hour(0-23), 10-5: Minute(0-59), 4-0: Second(0-29 *2) */                                                                                                                                                                                                                                               
208 DWORD get_fattime (void)
209 {
210   return 0;
211 }
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：
001 #include "common.h"
002 #include
003  
004 FRESULT scan_files (char* path);
005  
006 #define  F_PUTS         1       //测试向文件写入字符串
007 #define  F_READ         1       //测试从文件中读出数据
008 #define  F_UNLINK       0       //测试删除文件
009 #define  SCAN_FILES     1       //测试目录扫描
010  
011 FATFS fs;
012 FRESULT res;
013 FIL file;                      
014 UINT br;
015 BYTE buffer[4096];              //以上变量作为全局变量 可以避免一些Bug
016  
017 int main(void)
018 {
019     u16 i,n;   
020      
021  
022     //stm32 初始化    
023     RCC_Configuration();
024     NVIC_Configuration();      
025     USART_Configuration();
026     SPI_Configuration();
027     GPIO_Configuration();
028  
029  
030     //fatfs 操作
031  
032     f_mount(0, &fs);
033  
034     //如果data.txt存在，则打开；否则，创建一个新文件
035     res = f_open(&file, "0:/data.txt",FA_OPEN_ALWAYS|FA_READ|FA_WRITE );
036  
037     if(res!=FR_OK)
038     {
039         printf("\r\n f_open() fail .. \r\n");
040     }else{
041         printf("\r\n f_open() success .. \r\n");
042     }
043  
044 #if F_READ
045  
046     while(1){                                    //使用f_read读文件
047         res = f_read(&file, buffer, 1, &br);     //一次读一个字节知道读完全部文件信息
048  
049         if (res == FR_OK )
050         {
051             printf("%s",buffer);
052         }else{
053             printf("\r\n f_read() fail .. \r\n");  
054         }
055  
056         if(f_eof(&file)) {break;}
057     }
058  
059     /*if( f_gets(buffer,sizeof(buffer),&file) != NULL)   //使用f_gets读文件  ,存在 Bugs 待调试
060     {
061         printf("%s",buffer);
062     }else{
063         printf("\r\n f_gets() fail .. \r\n");  
064     } */
065  
066 #endif
067  
068 #if F_PUTS
069  
070     //将指针指向文件末
071     //res = f_lseek(&file,(&file)->fsize);
072     res = f_lseek(&file,file.fsize);   
073  
074     n = f_puts("\r\n hello dog ..\r\n", &file) ;  //向文件末写入字符串
075                            
076     if(n<1)  //判断写是否成功                       
077     {                                                     
078         printf("\r\n f_puts() fail .. \r\n");                                            
079     }else{
080         printf("\r\n f_puts() success .. \r\n");
081     }
082   
083 #endif
084  
085 #if F_UNLINK
086  
087     res = f_unlink("test.jpg");    //前提SD下存在一个test.jpg
088  
089     if(res!=FR_OK)
090     {
091         printf("\r\n f_unlink() fail .. \r\n");
092     }else{
093         printf("\r\n f_unlink() success .. \r\n");
094     }
095  
096 #endif
097  
098 #if SCAN_FILES
099  
100     printf("\r\n the directory files : \r\n");
101     scan_files("/");          //扫描根目录
102  
103 #endif
104  
105     f_close(&file);
106     f_mount(0, NULL);
107  
108     while(1);
109 }
110  
111  
112 FRESULT scan_files (
113     char* path        /* Start node to be scanned (also used as work area) */
114 )
115 {
116     FRESULT res;
117     FILINFO fno;
118     DIR dir;
119     int i;
120     char *fn;   /* This function is assuming non-Unicode cfg. */
121 #if _USE_LFN
122     static char lfn[_MAX_LFN + 1];
123     fno.lfname = lfn;
124     fno.lfsize = sizeof lfn;
125 #endif
126  
127  
128     res = f_opendir(&dir, path);                       /* Open the directory */
129     if (res == FR_OK) {
130         i = strlen(path);
131         for (;;) {
132             res = f_readdir(&dir, &fno);                   /* Read a directory item */
133             if (res != FR_OK || fno.fname[0] == 0) break;  /* Break on error or end of dir */
134             if (fno.fname[0] == '.') continue;             /* Ignore dot entry */
135 #if _USE_LFN
136             fn = *fno.lfname ? fno.lfname : fno.fname;
137 #else
138             fn = fno.fname;
139 #endif
140             if (fno.fattrib & AM_DIR) {                    /* It is a directory */
141                 sprintf(&path[i], "/%s", fn);
142                 res = scan_files(path);
143                 if (res != FR_OK) break;
144                 path[i] = 0;
145             } else {                                       /* It is a file. */
146                 printf("\r\n %s/%s \r\n", path, fn);
147             }
148         }
149     }
150  
151     return res;
152 }
其中 目录扫描函数 scan_files( char * path) 参数格式如下：
 
QQ截图20120824202000.png
 
这里使用到了f_puts()函数，所以必须在ffconf.h 中修改 #define _USE_STRFUNC  1
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