第十五节 SD文件系统的学习
" o& \% S& n8 }  o% m* y6 q详细内容请看附件

+ f% L: X1 E/ S: f0 g" x本节我们通过科星F107开发板的SPI接口对SD卡进行数据的读写。主要学习的内容就是SPI的配置与文件系统的移植。这里我们用到的文件系统是FatFs, 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。
- N7 T3 u; V2 m. d/ p1 c* S         
/ L. ?' R2 {% y2 U3 G' _# w

最顶层是应用层，使用者无需理会FatFs Module 的内部结构和复杂的FAT 协议，只需

要调用FatFs Module 提供给用户的一系列应用接口函数，如f_open，f_read，f_write 和f_close

& [/ ^4 j) F& g$ B' n+ I

等，就可以像在PC 上读／写文件那样简单。

中间层FatFs Module 实现了FAT 文件读／写协议。FatFs Module 的完全版提供的是ff.c、

ff.h，简化版Tiny-FatFs 提供的是tff.c、tff.h。除非有必要，使用者一般不用修改，使用时将

需要版本的头文件直接包含进去即可。

# N7 M) L3 g5 ?, E! w6 R/ Z% K

需要使用者编写移植代码的是FatFs Module 提供的底层接口，它包括存储媒介读／写

接口Disk I/O 和供给文件创建修改时间的实时时钟。

$ N" G6 k: ^) g5 V7 j9 Q5 h2 [# f

本例程的程序结构图

                  
' A0 b8 M) |, C1 c

RTC_time.c

; c$ _3 f( ^/ S! {* s3 G6 e

Diskio.c SD_driver.c

ff.c

0 H7 C0 D1 Y1 m8 ?; \# L

fatfs.c

: o" b* @4 I" L9 ^5 p+ j2 j
) t, J7 a- i; G' ~& Z$ p

程序的编写

下面我们开始代码的编写：

1、  主函数的编写

int main(void)

5 P7 h$ {. P3 m  _! }* f% L

{

  RCC_Configuration();

5 P8 y3 s7 _5 V; F% z

  GPIO_Configuration();

  USART_Configuration();

/ L+ x' n$ C  ~

  SPI_Configuration();

  FATFS_TEST();   //FATFS常用功能测试函数

  while (1)

  {

& W0 ]! e! C7 C5 v! e) b, ~9 L

  }

}

; y: @9 m: [2 o

这里新接触的配置函数就是SPI的配置了，也是使用库提供的结构体对SPI进行定义，更多的SPI的介绍，我们这里就不多说了，MCU的芯片手册写的也很清楚了，这里复制过来也没啥意思。下面我们看一下SPI的配置函数，代码如下：

void SPI_Configuration(void)

# V+ b8 A) F* Y( s* Y

{

  SPI_InitTypeDef   SPI_InitStructure;

3 l. a& [/ a% x4 K: ^7 [

/* SPI3 Config */

+ S! k$ D  q, f  `# V7 {1 D) M( `' k

    //一开始SD初始化阶段，SPI<i>时钟频率必须<span lang="EN-US" style="color:#4F81BD;mso-themecolor:accent1">SD卡驱动函数的编写

这里使用文件SD_driver.c和SD_driver.h来写出SD读写的一些驱动函数。

函数列表如下：

/* Private define ------------------------------------------------------------*/

6 Y' E- d3 x6 g: O) P+ \- p- X- l2 v

/* SD卡类型定义 */

2 E, @' w- f# K1 d: O, f- e

#define SD_TYPE_MMC     0

#define SD_TYPE_V1      1

: t3 K; o- k$ ~  _: ~7 B

#define SD_TYPE_V2      2

#define SD_TYPE_V2HC    4

/ C- o1 |( t# O0 L6 _  V, i4 ~, K
. U8 Y" v: m9 o+ A: \' h5 [

/* SPI总线速度设置*/

#define SPI_SPEED_LOW   0

2 X9 b8 d- J) p3 g; _* g1 w

#define SPI_SPEED_MID   1

) G2 T/ w# i, \: _" d( H8 S

#define SPI_SPEED_HIGH  2

/* SD传输数据结束后是否释放总线宏定义 */

#define NO_RELEASE      0

#define RELEASE         1

/* SD卡指令表 */

: j1 l9 I5 w3 S2 d

#define CMD0    0       //卡复位

' F  C' h6 b8 q, Y

#define CMD9    9       //命令9 ，读CSD数据

#define CMD10   10      //命令10，读CID数据

7 b/ \2 C! g" ]

#define CMD12   12      //命令12，停止数据传输

4 a  q  Y2 G; q- Y. y; a! a

#define CMD16   16      //命令16，设置SectorSize 应返回0x00

  k) q+ F: ^/ j, v$ k

#define CMD17   17      //命令17，读sector

#define CMD18   18      //命令18，读Multi sector

#define ACMD23  23      //命令23，设置多sector写入前预先擦除N个block

#define CMD24   24      //命令24，写sector

% }# s" Q1 |% V: L

#define CMD25   25      //命令25，写Multi sector

' H" Q1 t, s* v; }- j9 q4 P

#define ACMD41  41      //命令41，应返回0x00

3 B1 U7 p- {+ ~5 V9 g* P

#define CMD55   55      //命令55，应返回0x01

7 J; [0 }4 \1 f4 L" n( Z. K% V

#define CMD58   58      //命令58，读OCR信息

- `8 x. Z" W4 o- S7 i  x* G  {: l

#define CMD59   59      //命令59，使能/禁止CRC，应返回0x00

8 r5 q' Q3 S6 {7 ]
, c$ ^1 G2 x7 r' w2 |( U& j$ v4 i$ v7 A

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/

7 A* T; x1 M& h1 ~6 ?+ N

//SD卡CS片选使能端操作：

  o) U, d1 g$ P) W  |

#define SD_CS_ENABLE()      GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_2)   //选中SD卡

- ^* Z# U8 ?: `- i/ ?# U' b- T

#define SD_CS_DISABLE()     GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_2)     //不选中SD卡

! j' E4 G- x- @6 b3 a

#define SD_PWR_ON()         GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_10)  //SD卡上电

  p( `4 v! Y, T0 v4 ]: n7 L7 q' Q1 e5 ~! v

#define SD_PWR_OFF()        GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_10)    //SD卡断电

#define SD_DET()             1 // !GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_2) //检测有卡

                                                                    //1-有 0-无

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/

//void SPI_Configuration(void);

/ c" z. q% G7 ~2 l/ h1 g

void SPI_SetSpeed(u8 SpeedSet);

5 X) d0 [# a2 s5 X1 C- i% j9 L

u8 SPI_ReadWriteByte(u8 TxData);                //SPI总线读写一个字节

u8 SD_WaitReady(void);                          //等待SD卡就绪

* j( ^( m" \7 ]. P" h

u8 SD_SendCommand(u8 cmd, u32 arg, u8 crc);     //SD卡发送一个命令

u8 SD_SendCommand_NoDeassert(u8 cmd, u32 arg, u8 crc);

/ \% S! E. J5 ~) S

u8 SD_Init(void);                               //SD卡初始化

                                                //

u8 SD_ReceiveData(u8 *data, u16 len, u8 release);//SD卡读数据

u8 SD_GetCID(u8 *cid_data);                     //读SD卡CID

u8 SD_GetCSD(u8 *csd_data);                     //读SD卡CSD

% A. E' B1 B) Q! `' \

u32 SD_GetCapacity(void);                       //取SD卡容量

  _0 M4 E1 z! [2 o

u8 SD_ReadSingleBlock(u32 sector, u8 *buffer);             //读一个sector

. F- G& Q% P, C: P: j/ X

u8 SD_WriteSingleBlock(u32 sector,const u8 *buffer);       //写一个sector

: F1 J8 U) A: m0 D+ G0 w, b

u8 SD_ReadMultiBlock(u32 sector, u8 *buffer, u8 count);    //读多个sector

u8 SD_WriteMultiBlock(u32 sector,const u8 *data, u8 count);//写多个sector

1 K# B8 H: G2 A9 z& h7 N
; B3 \; `  a+ T4 n/ I

3、  文件系统的移植

7 I# o3 m2 Z' z% `

FatFs文件系统主要有以下函数：

/*-函数详细的解释请查阅附录，点击链接也可以到----*/

- I/ W8 L  U( `2 R5 N1 x1 [

/* FatFs module application interface                  */

# R& i) T: s  y/ A

FRESULT f_mount (BYTE, FATFS*);                                  /* Mount/Unmount a logical drive */

FRESULT f_open (FIL*, const char*, BYTE);                         /* Open or create a file */

FRESULT f_read (FIL*, void*, UINT, UINT*);                        /* Read data from a file */

FRESULT f_write (FIL*, const void*, UINT, UINT*);  /* Write data to a file */

FRESULT f_lseek (FIL*, DWORD);                                           /* Move file pointer of a file object */

FRESULT f_close (FIL*);                                                                      /* Close an open file object */

FRESULT f_opendir (DIR*, const char*);                              /* Open an existing directory */

FRESULT f_readdir (DIR*, FILINFO*);                                             /* Read a directory item */

FRESULT f_stat (const char*, FILINFO*);                             /* Get file status */

FRESULT f_getfree (const char*, DWORD*, FATFS**);     /* Get number of free clusters on the drive */

FRESULT f_truncate (FIL*);                                                                /* Truncate file */

FRESULT f_sync (FIL*);                                                              /* Flush cached data of a writing file */

FRESULT f_unlink (const char*);                                             /* Delete an existing file or directory */

FRESULT    f_mkdir (const char*);                                                    /* Create a new directory */

FRESULT f_chmod (const char*, BYTE, BYTE);                    /* Change file/dir attriburte */

FRESULT f_utime (const char*, const FILINFO*);               /* Change file/dir timestamp */

FRESULT f_rename (const char*, const char*);                 /* Rename/Move a file or directory */

FRESULT f_mkfs (BYTE, BYTE, WORD);                       /* Create a file system on the drive */

! f) {- N- V* ^3 {5 S+ @1 S/ e
" c: A# m% Y* `- Y) ~4 Z* i9 m0 N

4、  底层接口I/O函数的编写

/ X: }5 O, P$ u* r5 J

底层驱动是必须由用户自己完成的，函数均放在文件diskio.c中，函数如下：

/* Prototypes for disk control functions */

4 J4 e% K7 m) W

DSTATUS disk_initialize (BYTE);

DSTATUS disk_status (BYTE);

9 t6 ], i% b6 ^) N

DRESULT disk_read (BYTE, BYTE*, DWORD, BYTE);

DRESULT disk_write (BYTE, const BYTE*, DWORD, BYTE);

DRESULT disk_ioctl (BYTE, BYTE, void*);

; W$ q, L9 X9 l4 s

DWORD get_fattime (void);

6 W  p4 ~8 X2 W- E& }: F

6 个接口函数的详细信息如下图所示。

Disk I/O 函数结构图

. A, Q* `) q+ r. C, E+ J8 z7 I

因为FatFs 模块完全与磁盘I/O 层分开，因此需要下面的函数来实现底层物理磁盘的读写与获取当前时间。底层磁盘I/O 模块并不是FatFs 的一部分，并且必须由用户提供。下面的函数位于diskio.c 中。

$ m4 l$ `7 C! q# b

1）disk_initialize

         2) disk_status

         3) disk_read

         4)disk_write

         5)disk_ioctl

6) get_fattime

0 n5 c' \4 b. G% U$ |2 ?

5、  应用层函数的编写

; e7 y; a+ d& G' V7 j" }; w, X* a

我们这个例程要实现的8个功能如下：

每一个功能都对应一个函数，各个函数如下：

// 0  读取磁盘容量 The f_getfree function gets number of the free clusters

# I' Y) T, h. y; N

void Test_f_getfree(void);

* l+ M! _/ H6 c

//1   读磁盘目录 The f_readdir function reads directory entries.

) r% j$ ?: n" h0 _0 ]* l

void Test_f_readdir(void);

! i2 N, [) e! _& M5 Q, B9 |

//2    创建目录   The f_mkdir function creates a new directory

+ y$ R- |: U' @2 o/ h8 c

void Test_f_mkdir(void);

//3    读取文件   The f_read function reads data from a file.

void Test_f_read(void);

* _( Q$ K5 z' ?" c

//4    文件拷贝   The f_write writes data to a file.

- y4 O! i9 z+ y& ]1 |! J& Z

void Test_f_write(void);

! u% V) f6 {3 M1 {! n: [2 o7 `! K

//5    重命名    Rename file or directory

void Test_f_rename(void);

. C* k+ I- d. t( ]! H" A) P* T

//6    删除文件   The f_unlink removes file or directory

void Test_f_unlink(void);

9 _  a, \( @* @& n0 ?! y. i

//7    格式化     The f_mkfs fucntion creates a file system on the drive.

void Test_f_mkfs(void);

" \5 O3 r8 _& s+ G* t, J, R
# B/ |3 ^* o  J7 N( d9 H
5 a0 W: l2 v6 Q/ E3 A

这8个函数的调用是通过一个二维的函数指针数组完成的，该数组如下：

5 t' f# d) ~; t; n; `

void *FATFS_Function[][2]=

{

: r, t( @2 L2 x+ i2 T

    (void*)Test_f_getfree, "磁盘容量",

1 s2 l+ t2 }9 c. T

    (void*)Test_f_readdir, "读目录  ",

    (void*)Test_f_mkdir,   "创建路径",

    (void*)Test_f_read,    "读文件  ",

    (void*)Test_f_write,   "文件拷贝",

    (void*)Test_f_rename,  "重命名  ",

- c) E1 e# k) v+ Q/ O

    (void*)Test_f_unlink,  "删除文件",

, h5 L& \/ p  {

    (void*)Test_f_mkfs,    "格式化  ",

    0x00,0x00

5 [" d) k4 k: B' E: d# L0 r

};

这8个函数完成的功能都是调用FatFs文件系统里的函数，FatFs文件系统的函数前面已经列出了列表，在本节最后面我们也附上了函数的详细定义及用法，请查阅。下面我们着重分析一下这几个应用函数：

" {+ J( W; l: Z. H  ~2 n, ]% ^

0）//The f_getfree function gets number of the free clusters

; Y6 V- O$ O  k: h2 Y$ J

void Test_f_getfree(void)

{

1 L4 C2 a/ T1 Y/ K0 \' a

    FATFS fs;

    FATFS *pfs;

    DWORD clust;

4 g7 |7 ]2 w% i5 l: W" I

    FRESULT res;         // FatFs function common result code

( \+ z8 H& [5 W, C- F3 P) M

    //检测磁盘是否插好

8 d! T1 g' Z# M' z; G3 W3 h4 C

    if( disk_detect_OK()==FALSE )

) D# s) J3 R& B* S0 b+ z2 I* Q& N  m

      return;

    pfs=&fs;//指向

// Register a work area for logical drive 0

, b2 h# p1 T+ ?; h$ x! A

//温馨提示：该函数是文件系统FatFs里的函数，详细说明请查阅本章节最后的附录，可以用Ctrl+F快捷键，弹出搜索框，输入该函数名，找到该函数。以下类似函数均可以这样找到详细说明，不再赘述。该类函数我们会标记红色，并加粗，请留意。比如f_mount, 解释如下：

$ z  s  \- W& c
2 q3 c- V) ?5 h

f_mount(0, &fs);

* g0 n3 X) J. ]- F+ b3 R3 o

// 获取空闲簇Get free clusters ，空闲簇的值存在clust

    res = f_getfree("/", &clust, &pfs);//必须是根目录，默认磁盘0

. ]" j" J% G+ A" l- ^

    if ( res==FR_OK )

    {

        // Get free space 这里是打印显示出 SD卡总的空间大小以及剩余空间大小

              //计算方法：

8 K5 S. h1 h4 j5 u$ q: Q

//   总空间大小   最大簇数×每簇的扇区数÷2÷1024

7 k- F8 L" |8 q2 q3 u5 {9 i

//  剩余空间大小  空闲簇数×每簇的扇区数÷2÷1024

. i8 k5 u' R( L

        printp("\r\n%d MB total disk space.\r\n%d MB available on the disk.\r\n",

        (DWORD)(pfs->max_clust - 2) * pfs->csize /2/1024,

, E. B9 X4 s! N) [* x

        clust * pfs->csize /2/1024);

2 E  {+ [, t. R$ F" w1 e3 h

    }

    else

* \* u, S9 P7 }4 ]' A" x

      die(res);//测试函数执行结果分析

( e4 }* r5 P* q& Q2 O3 i

    // Unregister a work area before discard it

    f_mount(0, NULL);

}

$ D6 E# G5 x/ ^8 c, }" r5 s
4 Y. D7 t; a) z, i; ~5 j2 O) S2 i

//1  读取目录 The f_readdir function reads directory entries.

void Test_f_readdir(void)

1 O: u" q* T( C: ?# ]5 g% m, |

{

    FATFS fs;        // Work area (file system object) for logical drive

    char path[20];

0 h' ^( d8 s" y  h' w

    //检测磁盘是否插好

    if( disk_detect_OK()==FALSE )

      return;

+ C5 T$ T; D( n  K
5 Y* s) F1 @& a! q) f0 y6 d

    f_mount(0, &fs); // Register a work area for logical drive 0

( \$ \% m3 R1 H6 B/ {% M

    printp("\r\nread directory:>/");//默认输出主目录下的文件

7 [- v# x( d. n5 G

    USART_Scanf_Name(path);//通过串口输入路径名

    //扫描当前路径下子文件夹,并输出到串口

    scan_current_folder(path);      

+ z( Q( Y0 b6 ?/ l0 ~8 }% {" `1 ]

    //扫描当前路径下文件,并输出到串口

    scan_current_files(path);

# H- k( \0 i$ B0 c

    f_mount(0, NULL);// Unregister a work area before discard it         

}

, w  Z" }/ z4 e

//2  读取目录  The f_mkdir function creates a new directory

void Test_f_mkdir(void)

9 q+ ?' Q* h5 ?, o

{

    FATFS fs;       // Work area (file system object) for logical drive

: C6 E: {' u: D

    FRESULT res;     // FatFs function common result code

    char path[20];

1 H" J: D9 Y) P& |

    //检测磁盘是否插好

' Z/ L" h- P  F

    if( disk_detect_OK()==FALSE )

      return;

; I* d5 w6 d9 c# O

    f_mount(0, &fs); // Register a work area for logical drive 0

7 Z9 j1 Q9 S" k

    printp("\r\nmake directory:>");

    USART_Scanf_Name(path);//通过串口输入路径名

    res = f_mkdir(path);

    die(res);//测试函数执行结果分析

; I$ J$ d; z8 y. @# V; U& V

    f_mount(0, NULL);// Unregister a work area before discard it

) |4 V) }* t6 o, o

}

- e% G8 E( Z/ Q

+ q9 n$ W2 ~% @1 x1 s% j" n

//3   读文件 The f_read function reads data from a file.

void Test_f_read(void)

{

    //用来记录读文件起始时间、结束时间

    struct tm time_start,time_end ;

    //用来记录读文件起始时间、结束时间 ,unix时间格式，用来记录时间差。

" P/ W( A4 q( J- n

    time_t unix_start,unix_end,interval;

    char path[20];

    //检测磁盘是否插好

    if( disk_detect_OK()==FALSE )

; s; m0 ~& U" I7 b

      return;

* [! H2 X5 b6 e5 l+ v! q3 ~1 N

    //printp("\r\nread filebbbb:>");

    // Register a work area for logical drive 0

    f_mount(0, &fs);

' h. ~3 x" T. {' J* x" G2 z

    printp("\r\nread file:>");

& p7 ^, u- f: `9 s! T

    USART_Scanf_Name(path);//通过串口输入文件路径名

    //Open source file

    res = f_open(&fsrc, path, FA_OPEN_EXISTING | FA_READ);

2 E$ r- f3 i7 K: {8 y) B- Q

    die(res);

    //buffer空间设大一点，会提高读的速度。

. u8 F' w* t2 }- l

    //如果文件实际大小512byte，

    //设为buffer[512]时，只需要循坏一次，如果设为buffer[1]，需要循坏512次。

' P4 S# c* B. F  Y6 M# v

    //下面两行主要是去除1s误差。

3 ?% f* C4 t7 S! \. ]  i& L

    //Read_File_Flag = 0;

    //while( Read_File_Flag==0 );

, v7 A/ j( U4 B/ X- i
0 |+ u2 O" U, L5 j# j& N/ l: Y

    //time_start=Time_GetCalendarTime();//记录开始读时间

    //unix_start=Time_ConvCalendarToUnix(time_start);

    //输出提示..

    if( res==FR_OK )

      printp("\r\nread file start time :%02d:%02d:%02d\r\nplease waiting...\r\n", time_start.tm_hour, time_start.tm_min, time_start.tm_sec);

% ~$ v, o# j( H! c8 l7 V5 \8 q# D. V

    for (;;)

: T% [1 {$ o# g% T. [3 j! z  S

    {

        //清除缓存

<span lang="EN-US">        for(i=0;iRTC函数的编写

ren0zhe 发表于 2013-11-20 09:59
 SD卡读写数据，FatFS文件系统 源码

% G; R8 h4 G7 t' {8 `# m, K6 T求助一个STM32F103VCT6与AT45DB081芯片通讯添加文件管理系统FATFS，SPI2的接口的示例

不是很确定FatFS使用SPI-FLASH是否合适，对于NorFlash和NandFlash，损耗平衡什么的也应该注意一下吧。

感谢分享~！支持！最近准备试下，不知道这个能否移植到STM8S003上？

 SD卡读写数据，FatFS文件系统 源码

支持支持！

支持支持！

不错，看起来写的很详细。。支持！

来学习，取经中，，

，学习学习

学习了

好东西！

学习了~~~
" o" a4 G  I  y" |# r7 x

支持一下，学习。。。

必须顶下！

学习一下。。

好人一生平安