原创 智林STM32开发板上的FatFS移植过程分析（六）

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八、读文件执行流程分析

l        输入读命令fread 0:/111/aaa.txt

在我的SD卡，根目录下有两个可见文件aaa.txt和ccc.txt，两个目录111和222。目录111下面有三个文件aaa.txt、bbb.txt、ccc.txt。上面这个命令的作用是读取111目录下aaa.txt的内容，这个文件的大小是0x0564，里面都是12345这些数字。

在我的程序的开头，首先执行了这么一个函数：

FATFS FileSys; 

res=f_mount(0,&FileSys); //这个函数的作用是将ff.c内定义的FATFS *FatFs[_DRIVES]这个文件系统结构指针指向用户定义的文件系统结构。初始化程序填充这个结构，而其它函数可以使用里面的参数。

程序对输入命令进行解析，得到argc=2, argv[0]=”fread”, argv[1]=”0:/111/aaa.txt”。系统调用UartCmdFRead函数。

l       文件执行到f_open(&FileInf,argv[1],FA_READ | FA_OPEN_ALWAYS);

FileInf是前面定义的一个文件信息结构体，将指针传递给这个函数，是程序获得argv[1]文件的信息后，填充该结构体的。

单步执行进去，首先定义了DIR dj，这是目录信息结构体，然后NAMEBUF(sfn, lfn);作用是为文件名准备空间。Sfn所指向的空间最后存放标准短文件名，比如aaa.txt，存进去应该是aaa     txt。

u       然后执行res = chk_mounted(&path, &dj.fs, (BYTE)(mode & (FA_WRITE | FA_CREATE_ALWAYS | FA_OPEN_ALWAYS | FA_CREATE_NEW)));这个函数的主要作用是初始化磁盘、检查是否存在文件系统等，这里这个path= argv[1]= ”0:/111/aaa.txt”。

进入到这个函数，首先const XCHAR *p = *path;这个path= &argv[1]，而p= argv[1]，实际指向0:/中的0。然后执行

vol = p[0] - '0';  

if (vol <= 9 && p[1] == ':') { 

             p += 2; *path = p;      } 执行完这句以后*path=p指向111前面的/。

*rfs = fs = FatFs[vol];执行完这句，目录结构的指针指向用户定义的文件系统结构体

stat = disk_initialize(fs->drive);   这句对磁盘进行初始化，成功则磁盘可用。

u       fmt = check_fs(fs, bsect = 0);这句是检查是否存在文件系统。进入这个函数，

       if (disk_read(fs->drive, fs->win, sect, 1) != RES_OK)       /*读取引导扇区 */

return 3; 这里读入缓冲区是文件系统结构体中自带的缓冲区，其地址为0x2000，1FB0。

       if (LD_WORD(&fs->win[BS_55AA]) != 0xAA55)       /* 检查引导标志 */

              return 2;

       if ((LD_DWORD(&fs->win[BS_FilSysType32]) & 0xFFFFFF) == 0x544146)

              return 0;  //这三个字符表式FAT

l         回到chk_mounted函数，

       fsize *= fs->n_fats;             

       fs->fatbase = bsect + LD_WORD(fs->win+BPB_RsvdSecCnt);

       fs->csize = fs->win[BPB_SecPerClus];                  

       fs->n_rootdir = LD_WORD(fs->win+BPB_RootEntCnt);       /* Nmub

这些实际上是利用引导扇区里的信息对文件系统结构体进行填充，这里再熟悉一下这个结构。

typedef struct _FATFS_ {

       BYTE      fs_type;   /* FAT类型， FAT32的数值为3*/

       BYTE      csize;             /* 每簇多少扇区 一般为8*/

       BYTE      n_fats;           /* FAT表的数目，一般为2 */

       BYTE      wflag;            /* 扇区缓冲内容是否修改过，为1时要写回磁盘) */

       BYTE      fsi_flag;   /* FAT32特有，当空闲簇数目和当前可分配簇改变时，信息要写入FSI扇区，一般都是1号扇区 */

       WORD    n_rootdir ;      /* FAT32没有用到，为0 */

       DWORD last_clust;       /* 可分配簇簇号*/

       DWORD free_clust;      /* 空闲簇的数量 */

       DWORD fsi_sector;      /* fsinfo扇区，为1 */

       DWORD sects_fat;       /* 每个分配表所占用的扇区，我的SD卡上为0x3cc */

       DWORD max_clust;      /* 最大簇号，可用簇=最大簇号-2，这个一般是根据磁盘最大扇区数-保留-FAT表*2后再除以每簇扇区数得到的，我的SD卡上是0x1E58B，这个数据也是区分FAT16和FAT32的依据。 */

       DWORD fatbase;   /* FAT表开始扇区，保留扇区后，一般为32 */

       DWORD dirbase;   /* 根目录开始扇区，根目录一般占用2号簇*/

       DWORD database; /* 数据区开始簇号，就是根目录开始扇区，2号簇，紧跟在FAT表后，故其数值为32+2*0x3cc=0x7B8=1976号扇区  */

       DWORD winsect;  /* 当前缓冲区内容对应的扇区号 */

       BYTE      win[512];/* D目录和文件系统工作所用扇区缓冲区。 */

} FATFS;

l         回到f_open函数

如果chk_mounted返回FR_OK，则磁盘上文件系统可用。且文件系统的关键信息都已经写入结构体。

INITBUF(dj, sfn, lfn);这是对目录结构体的一次操作，有必要先了解一下：

typedef struct _DIR_ {

       FATFS*   fs;                 /* 指向文件系统 */

       WORD    index;             /* 当前的目录项索引号，一项占32个字节 */

       DWORD sclust;            /* 当前目录的开始簇号 */

       DWORD clust;      /* 当前扇区对应的当前簇，因为一个目录可能占据多簇 */

       DWORD sect;              /* 当前扇区号 */

       BYTE*    dir;  /* 指向文件系统缓冲扇区win[] 里短文件名对应的目录项*/

       BYTE*    fn;                 /* 指向标准短文件名数组 */

} DIR;

INITBUF(dj, sfn, lfn)执行完后，fn指向标准短文件名数组 。

res = follow_path(&dj, path);这个函数的作用是从文件路径中一层一层取出目录名和文件名。然后将最后一级目录扇区所在簇、扇区号、最后对应文件在目录扇区中的位置填入目录机构体。下面跟踪进去看一下。

u      进入函数follow_path(&dj, path)

现在这个path=”/111/aaa.txt”，path指向/。

       if (*path == '/' || *path == '\\') /* Strip heading separator if exist */

             path++; 执行完这句后，path=”111/aaa.txt”，前面的/已经跳过。

进入获取目录、文件名的循环：

for (;;) { res = create_name(dj, &path);    这个函数的作用从path中抽出第一层的名称111，调整path=“/aaa.txt”，处理111变为标准短文件名。

u      进入函数create_name(dj, &path)

       sfn = dj->fn;

       mem_set(sfn, ' ', 11);  将目录结构体指向的短文件名数组填充空格

       si = i = b = 0; ni = 8;

       p = *path;   现在p指向”111/aaa.txt”。

       for (;;) {

              c = p[si++];

              if (c <= ' ' || c == '/' || c == '\\') break;  这句的作用现在可以看明白了，遇到111后面的/时，循环退出，本层的。

sfn[i++] = c; 取出路径名中的文件名存入目录的标准短文件名数组。}

        *path = &p[si];  现在*path直接指向“aaa.txt”，前面的/都已经去掉了。

c = (c <= ' ') ? NS_LAST : 0; 获取名字是否已经结束。

返回到函数follow_path后，马上又进入新的函数dir_find(dj)，这个函数的作用是找到目录结构体dj->fn对应的dj->dir，使它直接指向目录项，并获取该目录项的起始簇号等信息。

u      进入函数dir_find(dj)

马上又进入函数res = dir_seek(dj, 0);这是从索引0开始。第二个参数是目录项索引号。

       dj->index = idx;

       clst = dj->sclust;

       if (!clst && dj->fs->fs_type == FS_FAT32) /* Replace cluster# 0 with root cluster# if in FAT32 */  clst=0说明是第一层次的目录。

clst = dj->fs->dirbase;第一层次目录，从2号簇也就是根目录区簇开始。

       ic = SS(dj->fs) / 32 * dj->fs->csize;     /* 计算出一簇的最大索引号127<128 */

dj->sect = clust2sect(dj->fs, clst) + idx / (SS(dj->fs) / 32);将簇号和目录项索引号转换为对应扇区号，

dj->dir = dj->fs->win + (idx % (SS(dj->fs) / 32)) * 32;此时目录项所指只是指定索引号目录项对应的扇区缓冲中的地址。此时缓冲区还没有读入根目录扇区，所以此时指针指向的内容无效。

u      进入函数dir_find(dj)

       do {

              res = move_window(dj->fs, dj->sect); 执行完这句，文件系统缓冲区已经读入了根目录区第一扇区的内容。

              if (res != FR_OK) break;

              dir = dj->dir;                              

              c = dir[DIR_Name];  取得第一个字符，如果为0，则找不到文件

              if (c == 0) { res = FR_NO_FILE; break; }   /* Reached to end of table */

if (!(dir[DIR_Attr] & AM_VOL) && !mem_cmp(dir, dj->fn, 11))

                     break; 如果经比较就是该目录项，则index和dir指针保留。跳出循环表明已经找到目录或文件。

res = dir_next(dj, FALSE);           /* 进入函数dir_next(dj, FALSE) */

       } while (res == FR_OK);

u      进入函数dir_next(dj, FALSE)

i = dj->index + 1; 用于查找下一项。

       dj->index = i;

       dj->dir = dj->fs->win + (i % (SS(dj->fs) / 32)) * 32;

可以说这个函数主要是处理查找目录项递增时，如果扇区数和簇号发生变化时的处理。

u      进入函数dir_find(dj)

开始循环，又执行res = move_window(dj->fs, dj->sect);此时缓冲区扇区与所要读取扇区内容一致，所以这个函数直接返回。

当查找到索引11的时候，目录项被找到了，于是

if (!(dir[DIR_Attr] & AM_VOL) && !mem_cmp(dir, dj->fn, 11))

                     break;从这里跳出，回到上一层函数create_name(dj, &path)，此时目录结构体中的sclust、clust、sect和dir三个存储了足够的读取该目录的信息。

l         回到函数follow_path(&dj, path)

res = create_name(dj, &path);      /* Get a segment */

if (res != FR_OK) break;

res = dir_find(dj);                

last = *(dj->fn+NS) & NS_LAST; 从这句开始进行，在create_name(dj, &path)执行时已经设置了路径是否结束的标志位，这里进行读取。

if (last) break;        /* 如果有结束标志，说明最后的名字是个文件，dir已经指向该文件的目录项，所有的文件信息都可以由此而得，直接跳出循环。. */

dir = dj->dir;          /* 如果没有结束，说明这可定是个目录 */

if (!(dir[DIR_Attr] & AM_DIR)) { /* 如果其性质不是目录，错误跳出循环 */

       res = FR_NO_PATH; break;                }

dj->sclust = ((DWORD)LD_WORD(dir+DIR_FstClusHI) << 16) | LD_WORD(dir+DIR_FstClusLO);

              }

l        循环执行，又回到上面，进入函数create_name.

res = create_name(dj, &path);

这次执行时path=“aaa.txt”，转换成标准短文件名存入dj->fn所指向的缓冲区。

       *path = &p[si];                                         /* Rerurn pointer to the next segment */

       c = (c <= ' ') ? NS_LAST : 0;              /* Set last segment flag if end of path */

在拷贝完成后path=null，并在dj->fn所指向的缓冲区设置了结束标志。

       if ((b & 0x03) == 0x01) c |= NS_EXT;       /* 扩展名都是小写*/

       if ((b & 0x<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />0C) == 0x04) c |= NS_BODY;    /*文件名都是小写 */

       sfn[NS] = c; c包括结束和文件名的大小写信息。存入目录结构体信息区。

l         循环执行，又回到上面，进入函数dir_find(dj).

res = dir_find(dj);   这次开始执行时sclust指向6号簇，这是111目录所在的簇。

res = dir_seek(dj, 0);仍然是从索引0开始搜寻目录项。这个函数执行完成后clust也指向6号簇，sector等于此簇对应的第一个扇区，dir指向扇区缓冲对应索引位置。

这下在索引2位置就找到了该文件“aaa.txt”，索引很快返回

l         回到函数follow_path(&dj, path)

res = create_name(dj, &path);      /* Get a segment */

if (res != FR_OK) break;

res = dir_find(dj);                        /* Find it */

last = *(dj->fn+NS) & NS_LAST; 这个标志位被设置。表明路径已经搜索结束

if (last) break;                      /*跳出循环. */

此时只要有目录结构体里的sect和dir两个参数就可以读取该文件的数据。

l         终于又回到f_open函数

       接下来的工作就是填充文件结构体：

fp->dir_sect = dj.fs->winsect;             /* 指向文件目录所在扇区2008 */

       fp->dir_ptr = dj.dir;  指向文件所在目录扇区缓冲对应的文件目录项。

       fp->flag = mode;           比如说0x11代表总是打开和读取模式

       fp->org_clust =             文件的起始簇，通过文件目录项获得。

((DWORD)LD_WORD(dir+DIR_FstClusHI) << 16) | LD_WORD(dir+DIR_FstClusLO);

       fp->fsize = LD_DWORD(dir+DIR_FileSize);      /*文件的大小 */

       fp->fptr = 0;          文件指针清0，指向文件的开始。

 fp->csect = 255;           /* 文件当前扇区 */

       fp->dsect = 0;   文件的数据扇区