本章教程将使用FATFS文件系统来管理SD卡，实现对SD卡文件读写等基本功能。

1、FATFS简介及相关函数介绍
FATFS 是一种免费开源的、且面向小型嵌入式系统的一种通用FAT文件系统。其采用标准C语言编写并完全独立于底层I/O介质，具有良好的硬件平**立性，可以移植到8051、PIC、AVR、SH、Z80、H8、ARM 等系列单片机上而只需做简单的修改。它支持 FATl2、FATl6和FAT32等格式，支持多个存储媒介；有独立的缓冲区，可以对多个文件进行读／写，并特别对8位单片机和16位单片机做了优化。

本章教程在上一章SD卡教程的基础上，将FATFS文件系统代码移植到SD卡工程中，并对其进行读写测试。关于FATFS文件系统源码可从FATFS官网进行下载。

FATFS源码文件夹src文件夹主要包含以下几个文件：

  • option文件夹下文件为一些可选外部c文件，包含多语言支持需要用到的文件和转换函数；
  • diskio.c文件是 FATFS移植最关键的文件，它为文件系统提供了最底层的访问SD卡SPI接口的方法。其包含底层存储介质的操作函数，这些函数需要用户自己实现，主要添加底层驱动函数。
  • diskio.h定义了FATFS用到的宏，以及diskio.c文件内与底层硬件接口相关的函数声明。
  • integer.h文件中包含了一些数值类型定义。
  • ff.c文件是FATFS核心文件，是文件管理的实现方法。该文件独立于底层介质操作文件的函数，利用这些函数实现文件的读写。
  • ffconf.h这个头文件包含了对FATFS功能配置的宏定义， 通过修改这些宏定义就可以裁剪FATFS的功能。

关于FATFS文件系统模块的移植，我们只需把上述几个文件添加到SD卡工程中并进行一些修改即可。

2、硬件设计
本章教程主要在SD卡基础上进行FATFS文件系统模块的移植，所需资源与上一章一致。

3、软件设计
本章教程在上一章SD卡测试基础上进行FATFS文件系统模块的移植，将FATFS源码文件夹下文件添加工工程之后，只需进行以下修改即可：

1、由于本款开发板芯片ROM容量限制原因，option文件夹中选用文件ccsbcs.c文件；

2、对ffconf.h文件进行以下修改：

  • #define _USE_MKFS  1，这个用来定时是否使能格式化，本章需要用到，所以设置这里为1。
  • #define _CODE_PAGE 437，此选项指定要在目标系统上使用的OEM代码页，错误的代码页设置可能会导致文件打开失败，此处选择U.S.，语言类型选择为英文，437，此处需要和ccsbcs.c文件同步使用；
  • #define _USE_LFN   1，该选项用于设置是否支持长文件名（还需要_CODE_PAGE 支持），取值范围为 0~3。0，表示不支持长文件名，1~3 是支持长文件名，但是存储地方不一样，我们选择使用1，通过启用BSS上的静态工作缓冲区启用LFN；
  • #define _VOLUMES   2，用于设置FATFS支持的逻辑设备数目，我们设置为 2，即支持2个设备；
  • #define _MIN_SS    512，指定扇区缓冲最小值；
  • #define _MAX_SS   4096，指定扇区缓冲最大值。

3、关于diskio.c文件，其具体程序如下：


  • #include "diskio.h"
  • #include "sd.h"
  • #include "malloc.h"


  • #define SD_CARD  0  //SD卡,卷标为0
  • #define EX_FLASH 1  //外部flash,卷标为1

  • #define FLASH_SECTOR_SIZE   512

  • //初始化磁盘
  • DSTATUS disk_initialize (
  •     BYTE pdrv               /* Physical drive nmuber (0..) */
  • )
  • {
  •     u8 res=0;
  •     switch(pdrv)
  •     {
  •         case SD_CARD://SD卡
  •             res = SD_Initialize();//SD_Initialize()
  •             if(res)//STM32 SPI的bug,在sd卡操作失败的时候如果不执行下面的语句,可能导致SPI读写异常
  •             {
  •                 SD_SPI_ReadWriteByte(0xff);//提供额外的8个时钟
  •             }
  •             break;
  •         case EX_FLASH://外部flash
  •             break;
  •         default:
  •             res=1;
  •     }
  •     if(res)return  STA_NOINIT;
  •     else return 0; //初始化成功
  • }

  • //获得磁盘状态
  • DSTATUS disk_status (
  •     BYTE pdrv       /* Physical drive nmuber (0..) */
  • )
  • {
  •     return 0;
  • }

  • //读扇区
  • //drv: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 (0..) */
  •     BYTE *buff,     /* Data buffer to store read data */
  •     DWORD sector,   /* Sector address (LBA) */
  •     UINT count      /* Number of sectors to read (1..128) */
  • )
  • {
  •     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);
  •             if(res)//STM32 SPI的bug,在sd卡操作失败的时候如果不执行下面的语句,可能导致SPI读写异常
  •             {
  •                 SD_SPI_ReadWriteByte(0xff);//提供额外的8个时钟
  •             }
  •             break;
  •         case EX_FLASH://外部flash
  •             res=0;
  •             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
  • //drv: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
  • #if _USE_WRITE
  • DRESULT disk_write (
  •     BYTE pdrv,          /* Physical drive nmuber (0..) */
  •     const BYTE *buff,   /* Data to be written */
  •     DWORD sector,       /* Sector address (LBA) */
  •     UINT count          /* Number of sectors to write (1..128) */
  • )
  • {
  •     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);
  •             break;
  •         case EX_FLASH://外部flash
  •             res=0;
  •             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;
  • }
  • #endif


  • //其他表参数的获得
  • //drv:磁盘编号0~9
  • //ctrl:控制代码
  • //*buff:发送/接收缓冲区指针
  • #if _USE_IOCTL
  • 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:
  •                 SD_CS_L;
  •                 if(SD_WaitReady()==0)res = RES_OK;
  •                 else res = RES_ERROR;
  •                 SD_CS_H;
  •                 break;
  •             case GET_SECTOR_SIZE:
  •                 *(WORD*)buff = 512;
  •                 res = RES_OK;
  •                 break;
  •             case GET_BLOCK_SIZE:
  •                 *(WORD*)buff = 8;
  •                 res = RES_OK;
  •                 break;
  •             case GET_SECTOR_COUNT:
  •                 *(DWORD*)buff = SD_GetSectorCount();
  •                 res = RES_OK;
  •                 break;
  •             default:
  •                 res = RES_PARERR;
  •                 break;
  •         }
  •     }
  •     else res=RES_ERROR;//其他的不支持
  •     return res;
  • }
  • #endif
  • //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;
  • }


[color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码
diskio.c文件主要进行磁盘初始化以及进行获取磁盘状态和读写扇区等操作；

4、关于main.c文件

  • /********************************** (C) COPYRIGHT *******************************
  • * File Name          : main.c
  • * Author             : WCH
  • * Version            : V1.0.0
  • * Date               : 2020/04/30
  • * Description        : Main program body.
  • *******************************************************************************/
  • #include "debug.h"
  • #include "spi.h"
  • #include "sd.h"
  • #include "ff.h"


  • //定义变量
  • FATFS fs;                     /* FatFs文件系统对象 */
  • FIL fnew;                     /* 文件对象 */
  • FRESULT res_sd;               /* 文件操作结果 */
  • UINT fnum;                    /* 文件成功读写数量 */
  • BYTE ReadBuffer[1024]={0};    /* 读缓冲区 */
  • BYTE WriteBuffer[] =          /* 写缓冲区*/
  • "欢迎使用沁恒CH32V103开发板，新建文件系统测试文件\r\n";

  • /*******************************************************************************
  • * Function Name  : main
  • * Description    : Main program.
  • * Input          : None
  • * Return         : None
  • *******************************************************************************/
  • int main(void)
  • {
  •     u32 sd_size;

  •         NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
  •     Delay_Init();
  •         USART_Printf_Init(115200);

  •         printf("SystemClk:%d\r\n",SystemCoreClock);
  •         printf("This is SD FATFS example\r\n");

  •         if(SD_Detect()==0)
  •         {
  •             printf("未检测SD卡插入!\n");
  •         }
  •         else
  •         {
  •             printf("已检测SD卡插入!\n");

  •             if(SD_Initialize())
  •             {
  •                 printf("SD卡初始化出错，请检查！!\n");
  •                 Delay_Ms(500);
  •             }
  •             else
  •             {
  •                 printf("SD卡初始化完成！\n");
  •                 sd_size=SD_GetSectorCount();//得到扇区数
  •                 printf("SD Card Size（MB）:%d\n",sd_size>>11);
  •             }
  •         }

  •     //在外部SPI SD挂载文件系统，文件系统挂载时会对SPI设备初始化
  •     res_sd = f_mount(&fs,"0:",1);

  •     /*----------------------- 格式化测试 ---------------------------*/
  •         /* 如果没有文件系统就格式化创建创建文件系统 */
  •         if(res_sd == FR_NO_FILESYSTEM)
  •         {
  •             printf("》SD卡还没有文件系统，即将进行格式化...\r\n");
  •         /* 格式化 */
  •             res_sd=f_mkfs("0:",0,0);

  •             if(res_sd == FR_OK)
  •             {
  •                 printf("》SD卡已成功格式化文件系统。\r\n");
  •           /* 格式化后，先取消挂载 */
  •                 res_sd = f_mount(NULL,"0:",1);
  •           /* 重新挂载   */
  •                 res_sd = f_mount(&fs,"0:",1);
  •             }
  •             else
  •             {
  •                 printf("《《格式化失败。》》res_sd =%d\r\n",res_sd);
  •                 while(1);
  •             }
  •         }
  •       else if(res_sd!=FR_OK)
  •       {
  •         printf("！！SD卡挂载文件系统失败。(%d)\r\n",res_sd);
  •         printf("！！可能原因：SD卡初始化不成功。\r\n");
  •             while(1);
  •       }
  •       else
  •       {
  •         printf("》文件系统挂载成功，可以进行读写测试\r\n");
  •       }
  •         /*----------------------- 文件系统测试：写测试 -----------------------------*/
  •             /* 打开文件，如果文件不存在则创建它 */
  •             printf("\r\n****** 即将进行文件写入测试... ******\r\n");
  •             res_sd = f_open(&fnew, "0:FatFs读写测试文件.txt",FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE );
  •             if ( res_sd == FR_OK )
  •             {
  •                 printf("》打开/创建FatFs读写测试文件.txt文件成功，向文件写入数据。\r\n");
  •             /* 将指定存储区内容写入到文件内 */
  •                 res_sd=f_write(&fnew,WriteBuffer,sizeof(WriteBuffer),&fnum);
  •             if(res_sd==FR_OK)
  •             {
  •               printf("》文件写入成功，写入字节数据：%d\n",fnum);
  •               printf("》向文件写入的数据为：\r\n%s\r\n",WriteBuffer);
  •             }
  •             else
  •             {
  •               printf("！！文件写入失败：(%d)\n",res_sd);
  •             }
  •                 /* 不再读写，关闭文件 */
  •             f_close(&fnew);
  •             }
  •             else
  •             {
  •                 printf("！！打开/创建文件失败。\r\n");
  •             }

  •         while(1)
  •     {
  •         }
  • }



[color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码
main.c文件主要进行相关函数初始化以及读取输出相关信息。

4、下载验证
将编译好的程序下载到开发板并复位，当未插入SD卡时，串口打印情况具体如下：

插入SD卡并复位后，串口打印情况如下：



完整的工程文件见附件：

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