第十五节 SD文件系统的学习
, r4 y2 Z4 G* }详细内容请看附件
! Q8 Q+ F1 \; S3 B5 y. w$ h" O
6 N' o" W$ |& B9 e+ W& H2 f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。
! Q, Z; b2 G( c$ b' M" P& [         

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

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、

! d* ]9 W- }( \! O4 B" u- z0 ]1 V

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

6 ?$ [9 ?% M1 P. I) k

需要版本的头文件直接包含进去即可。

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。

本例程的程序结构图 # h2 }! m7 P6 Z) w

                  
: ?9 `3 D0 k2 V3 P9 ]0 i# A
9 v* ?* O9 Z# B4 V

RTC_time.c

1 |2 Z3 a+ d+ w: q7 e( V

Diskio.c : r2 C% a! U% \7 P: I/ r4 j9 d* p  |8 t SD_driver.c

- B7 ^0 e# P1 w  F3 C) y( }) c3 u

ff.c

  c4 n. J# s5 N' a* }2 y

fatfs.c

' B9 g& N( `& Y. ~; w- J7 d
6 F2 }9 u5 b: X7 F) F' U7 g

程序的编写

' |: n& \2 L+ `. b

下面我们开始代码的编写：

1、  主函数的编写

int main(void)

{

  RCC_Configuration();

& Q/ m" w% B7 A2 Q( [( m7 H4 P

  GPIO_Configuration();

  USART_Configuration();

  SPI_Configuration();

  FATFS_TEST();   //FATFS常用功能测试函数

  while (1)

( `0 n( \: W) B! t& X; S

  {

  }

}

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)

{

& ]+ w7 S9 P4 p* J

  SPI_InitTypeDef   SPI_InitStructure;

/* SPI3 Config */

    //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

. S7 F9 m) S" u  S" i

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。

( L. C& q1 K% s

函数列表如下：

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

/* SD卡类型定义 */

2 {+ G! M2 h  J5 m# z3 O

#define SD_TYPE_MMC     0

#define SD_TYPE_V1      1

#define SD_TYPE_V2      2

( Z7 e( C5 v# p* |" n8 o

#define SD_TYPE_V2HC    4

: y7 r! B1 K/ Y, l

/* SPI总线速度设置*/

#define SPI_SPEED_LOW   0

$ U- X- Y6 z3 \; P+ N: d6 l

#define SPI_SPEED_MID   1

#define SPI_SPEED_HIGH  2

0 x" M  _1 _' n0 L' N

/* SD传输数据结束后是否释放总线宏定义 */

. w* A0 ]' Z" V$ V7 \

#define NO_RELEASE      0

#define RELEASE         1

$ d- \7 J$ J- j, }/ e8 Q

/* SD卡指令表 */

#define CMD0    0       //卡复位

#define CMD9    9       //命令9 ，读CSD数据

2 K- D/ I' o  X4 o6 i/ ]

#define CMD10   10      //命令10，读CID数据

# C& l+ y5 o5 O8 c4 `2 g

#define CMD12   12      //命令12，停止数据传输

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

#define CMD17   17      //命令17，读sector

& O$ f8 u! p! e$ j: Q

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

3 p# w3 u8 `3 ]# s) A) b+ M3 p, M6 K

#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

# _, V1 G- y' S9 ]0 e, I5 g4 A

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

, h+ Y. U% b0 u# y7 h9 V- K; |

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

5 `: z2 D# ^0 Q& \# E, L7 `( {, a/ F2 {

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

% Z4 |" M. A5 w, W

#define CMD58   58      //命令58，读OCR信息

( `' Z  q* \7 f

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

, |, V2 k0 v7 I& {$ Q: d

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

//SD卡CS片选使能端操作：

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

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

/ S  _# P7 W* M

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

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

* h/ \1 s6 h1 E" @# p0 e

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

2 j8 u7 L3 a* |% X

                                                                    //1-有 0-无

1 E6 C) n& g% t' ], \$ l

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

//void SPI_Configuration(void);

4 K. }% X7 o0 p1 F

void SPI_SetSpeed(u8 SpeedSet);

; a7 ^9 f' R' y, C1 W( Q

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

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

& y; P/ W# N( z7 S* V

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

. X6 |" c/ ]% h4 x- a$ F1 l

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

' l4 Z: {- W, Q7 X

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

+ D' O4 J% l4 q2 g

                                                //

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

: h: _) E: w9 X

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

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

# F7 [" p, F* l; W. q8 l5 k

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

% d1 o8 P; H7 D9 c3 b* |' @
  Y$ u7 x" R' Q5 V& N5 N

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

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

3 Z5 h; O8 X8 r" |$ d* s5 Z5 ~

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

% P$ K1 U  D$ Z2 X$ X

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

2 ]' f& X0 Z, E' [( r7 D. ~" Q9 w

3、  文件系统的移植

  L  Z# R+ q5 l, l% L! [/ P1 u; u/ w

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----*/

/* FatFs module application interface                  */

( ?9 T, l) |2 Y8 g+ t0 d! }& b( m

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 */

9 x% q" e, M& W  C0 U

4、  底层接口I/O函数的编写

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 */

, n: Z% ]9 q! o

DSTATUS disk_initialize (BYTE);

DSTATUS disk_status (BYTE);

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

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

DRESULT disk_ioctl (BYTE, BYTE, void*);

DWORD get_fattime (void);

6 个接口函数的详细信息如下图所示。

5 m. U6 ?  k$ j: `7 P  M7 t

Disk I/O 函数结构图

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。

1）disk_initialize

         2) disk_status

         3) disk_read

         4)disk_write

         5)disk_ioctl

6) get_fattime

# L- f7 d6 `& ]* _

5、  应用层函数的编写

我们这个例程要实现的8个功能如下：

$ c6 y! {: z) A  @, R2 v( i- y

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

void Test_f_getfree(void);

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

" `# K& a$ k& {& w( V, n5 ~! B

void Test_f_readdir(void);

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

void Test_f_mkdir(void);

* G9 H: n' I* j; Y5 Z6 \, f( M7 f# x" c

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

void Test_f_read(void);

5 Q* H) h( @( Q- y- b( Y4 Z. x

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

void Test_f_write(void);

//5    重命名    Rename file or directory

void Test_f_rename(void);

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

void Test_f_unlink(void);

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

void Test_f_mkfs(void);

) P& \6 j6 @5 {# W% J, {

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：

void *FATFS_Function[][2]=

0 R% B1 r$ d& H$ y% n

{

    (void*)Test_f_getfree, "磁盘容量",

7 s1 {4 N$ g  _* F. g' b

    (void*)Test_f_readdir, "读目录  ",

    (void*)Test_f_mkdir,   "创建路径",

! G# B( R: _. h/ ~" h. g

    (void*)Test_f_read,    "读文件  ",

    (void*)Test_f_write,   "文件拷贝",

  F/ {! l. S& J6 A$ n

    (void*)Test_f_rename,  "重命名  ",

    (void*)Test_f_unlink,  "删除文件",

* e6 ?; i: I- e7 M

    (void*)Test_f_mkfs,    "格式化  ",

    0x00,0x00

/ W: X; m$ j9 s# `

};

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：

( C( A& i0 b) Y

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

  O! w. ?/ w6 Z3 S% L6 U% c! U

void Test_f_getfree(void)

{

. ?3 F' |; V+ i7 U1 l# k( A

    FATFS fs;

1 h. I# ~# K( \7 c. m& |

    FATFS *pfs;

    DWORD clust;

    FRESULT res;         // FatFs function common result code

; T# \) |( x  ^/ d8 S: q. K
7 Z7 N' X! Y6 b. r+ H& d

    //检测磁盘是否插好

    if( disk_detect_OK()==FALSE )

      return;

! K3 t2 p$ V- L7 k. \* H* S) a  T  P
% W' n. a% ]: M3 L

    pfs=&fs;//指向

// Register a work area for logical drive 0

9 T3 M$ i6 a# b6 H

//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：

% D# G& D4 ^/ N: _% @6 ?6 e" u! h4 `

  a* W2 ?$ |; q" H5 ^3 n

f_mount(0, &fs);

0 o; D5 v" Z' z. }! N

// 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

& a6 I0 b7 [: f

    if ( res==FR_OK )

    {

4 N6 r% I! O9 N5 H5 w" E* D$ T

        // 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

. P8 X6 ?  d; T' W+ h8 X, v

              //计算方法：

3 N5 M7 K& C1 S+ J+ N

//   总空间大小   最大簇数×每簇的扇区数÷2÷1024

//  剩余空间大小  空闲簇数×每簇的扇区数÷2÷1024

" r% d1 c4 ^3 j3 U4 {

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

4 v% u' m4 ~% I  u

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

. r, K* j3 t: d  K

        clust * pfs->csize /2/1024);

2 n" z, }7 k) h+ [$ x

    }

7 A8 i6 I% e/ |# d

    else

" Z3 i7 W: l6 R# A6 @. o7 b& \& y

      die(res);//测试函数执行结果分析

7 u- T# {- U& f+ c( H  c* f3 u
+ }) b" ~" d$ d& O5 n$ f* B: l. ^

    // Unregister a work area before discard it

# E- s% w6 @' W  P

    f_mount(0, NULL);

}

1 p- _5 E9 R6 ?" d: P
- _, ~0 ], m. l# c, \; ~
* R  J5 Z2 W5 M+ ?' L" e* K

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

2 t% T/ f9 F# m0 p) ~; t+ e

void Test_f_readdir(void)

{

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

  W! p5 I7 m! B0 M

    char path[20];

) L  P/ X$ C% a' P2 }7 Z: N7 @

    //检测磁盘是否插好

9 |+ \  w) C% I$ @0 N- u4 a

    if( disk_detect_OK()==FALSE )

      return;

- Q0 r: q8 N( c! \( i
0 v9 E" o5 n: }, ^' {. m0 a+ p

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

4 X, X, ?. D' L$ w! h

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

- H% Z; M4 Q# J6 U- A! u- R% X

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

: U" p; t# {; r1 t

    //扫描当前路径下子文件夹,并输出到串口

8 _/ S$ H" i0 h6 v* w9 u) @9 p

    scan_current_folder(path);      

: F1 ]; X( q/ ?) [

    //扫描当前路径下文件,并输出到串口

    scan_current_files(path);

( O' S- Z% p! x

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

}

8 f9 O5 f( `6 e/ C5 q
% Z' \; N" S$ W/ t: q: p& ^1 V( u
4 `9 c6 W/ _# a+ X: b

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

void Test_f_mkdir(void)

{

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

    FRESULT res;     // FatFs function common result code

, i9 g2 u9 V3 g2 p! P

    char path[20];

: P4 O" n- M  H" L4 I2 [

    //检测磁盘是否插好

1 X! ?- [# W2 \( f! c# B2 U* u

    if( disk_detect_OK()==FALSE )

      return;

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

    printp("\r\nmake directory:>");

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

; L% w; }- \* ]( f. p8 |

    res = f_mkdir(path);

    die(res);//测试函数执行结果分析

; d% V) |# T, p$ X

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

}

7 L  h6 ~* D/ F  p

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

void Test_f_read(void)

{

# r" a* s, ~2 H2 e

    //用来记录读文件起始时间、结束时间

6 s2 Q7 F  x* @0 i2 V

    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。

; L% b4 H6 r& O% a! V$ i9 {

    time_t unix_start,unix_end,interval;

    char path[20];

    //检测磁盘是否插好

    if( disk_detect_OK()==FALSE )

      return;

    //printp("\r\nread filebbbb:>");

    // Register a work area for logical drive 0

    f_mount(0, &fs);

/ H4 i3 N3 d+ x2 b
0 z  a# `& W5 }5 a% G. s

    printp("\r\nread file:>");

& `+ h8 p! u- N7 Y7 n) B' }

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

* i9 t: J. H  ?

    //Open source file

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

    die(res);

    //buffer空间设大一点，会提高读的速度。

    //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。

    //下面两行主要是去除1s误差。

    //Read_File_Flag = 0;

    //while( Read_File_Flag==0 );

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

, G  L; d7 R5 e' w9 V3 B/ a$ s) s

    //unix_start=Time_ConvCalendarToUnix(time_start);

& H6 i+ U2 K* C" `
# ~; i/ j2 ^' _/ [9 c
2 A/ u0 d; [; {7 l1 a

    //输出提示..

. r1 p: R2 O7 _6 K& B; H) c

    if( res==FR_OK )

4 W/ s# U+ U- M

      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);

2 B* e0 \  s+ x0 D* [' V1 B( R

    for (;;)

1 Z( W( n0 [2 J) s) `2 \: e

    {

# a) J4 `/ q/ c. ?) w0 m

        //清除缓存

; Z# z  [2 [, A/ v5 A6 ~- m

<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

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~~~

支持一下，学习。。。

必须顶下！

学习一下。。

好人一生平安