第十五节 SD文件系统的学习
详细内容请看附件

" d$ W- K6 i5 {2 p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。
: \) ^( F7 R7 }9 \/ y5 ~         
7 g- d3 U7 v( c! R( E
8 \, \& s( _' N. T6 j; S

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。

1 G/ U7 e- S6 X3 m& M5 [2 B

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、

- I$ D& O- U# g- D2 l" d1 m

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

8 ?: H3 Y: E0 o' t6 q$ L0 w* u

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。

# m) R2 Z! K! `
4 B) K: k$ J% _2 J, ^  B

本例程的程序结构图 7 z4 R6 m) q3 @' N4 G

                  
: _0 }8 U8 y: \: ^' o" j1 A* C8 b3 p. j

RTC_time.c

Diskio.c 5 v0 O) }" B6 T/ Y SD_driver.c

' X6 u. \, Q6 n/ c" s

ff.c

+ Y8 y  k; N9 |0 w; l) t. K& b3 b. K$ m5 z

fatfs.c

( q6 l4 ?- S- D2 g/ h! A9 l2 i

程序的编写

* [5 M5 s8 R9 m% C

下面我们开始代码的编写：

1、  主函数的编写

int main(void)

1 L7 T1 G) J7 E$ k+ Z: D

{

  RCC_Configuration();

  GPIO_Configuration();

  USART_Configuration();

  SPI_Configuration();

  FATFS_TEST();   //FATFS常用功能测试函数

  while (1)

  {

  }

& F; `. }$ S2 T' {. V4 B% q

}

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)

; j; y1 R7 Z% i+ i& x; v

{

  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

) b) u$ N1 Q. x7 u1 n, G

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：

2 M$ `- {# z: C( L

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

/* SD卡类型定义 */

#define SD_TYPE_MMC     0

#define SD_TYPE_V1      1

#define SD_TYPE_V2      2

  L6 }% E3 R; E* R2 P

#define SD_TYPE_V2HC    4

0 j4 N: X: d! b; g

/* SPI总线速度设置*/

! u! o0 K/ d; S

#define SPI_SPEED_LOW   0

* O) g3 m. S$ @! w. u! d

#define SPI_SPEED_MID   1

#define SPI_SPEED_HIGH  2

/* SD传输数据结束后是否释放总线宏定义 */

2 Z% S2 O$ F9 t1 x- X/ `1 e

#define NO_RELEASE      0

#define RELEASE         1

/* SD卡指令表 */

#define CMD0    0       //卡复位

" N8 I7 g7 ^# l1 q( j

#define CMD9    9       //命令9 ，读CSD数据

  s6 G: o" J/ l" R" n# h

#define CMD10   10      //命令10，读CID数据

#define CMD12   12      //命令12，停止数据传输

. m: w& p6 \( E8 g

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

#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

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

" ~4 |# n: G; O% P+ M# l

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

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

#define CMD58   58      //命令58，读OCR信息

3 Q- \$ h7 d) A! }" G

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

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

//SD卡CS片选使能端操作：

" q# L5 u3 c8 d

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

$ a1 @( f6 k7 C

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

#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

) D# |" a* ^+ ]) w, O0 C! t9 u

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

                                                                    //1-有 0-无

5 F8 [/ O! C( S9 h4 e% e

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

//void SPI_Configuration(void);

void SPI_SetSpeed(u8 SpeedSet);

! m3 N( O7 J' ~8 f0 [/ L; E

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

3 d2 Y( u5 k' I0 w7 o$ m

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

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);

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

                                                //

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

) }6 v* u& f% k

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

+ B- c, R- b0 @5 |

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

5 N, S, r7 L& k4 E7 `* n! m

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

7 Y" f1 H! D1 e8 J

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

% c# H) X, m/ s! j& F4 B

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

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

( E3 ]2 i# o' C' u! }

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

3、  文件系统的移植

3 P& ]9 h- a5 ?- C9 k% P

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                  */

/ Q' ]0 ^2 W: f/ S+ H3 O- |

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 */

: Y! y( V: A- a% x) m4 q# [2 S
5 ?. l4 T; b# S3 Y

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 */

DSTATUS disk_initialize (BYTE);

% S! m6 P6 Z! o- v% D+ G

DSTATUS disk_status (BYTE);

! K8 D9 I% D' l' I6 O5 H9 T

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 \+ [6 F0 D/ z, ]3 z- g

6 个接口函数的详细信息如下图所示。

6 H: \8 E8 l* Z( P8 D1 u5 h8 K9 o

Disk I/O 函数结构图

0 a  l- E! H- v4 d: R& W3 ~$ A

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。

) U& C: j2 d! K  }8 Y

1）disk_initialize

         2) disk_status

         3) disk_read

         4)disk_write

         5)disk_ioctl

6) get_fattime

& q8 P+ [! v! Q- I- e7 }$ b2 q

5、  应用层函数的编写

# o4 Y( u# F8 ~: ^

我们这个例程要实现的8个功能如下：

; h, X1 N0 s' D  G+ r- L
2 M2 ^- d- }5 W

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.

void Test_f_readdir(void);

" D0 x* I* L* N4 ^1 f

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

8 [) L" m7 W- g

void Test_f_mkdir(void);

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

) y# @8 C. n0 P+ x( A! p

void Test_f_read(void);

//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

" W, b. w1 O' z+ K9 f8 f* Z2 x1 }

void Test_f_rename(void);

* W. L3 ^, s; h

//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.

. o% x) V0 `2 S0 ^

void Test_f_mkfs(void);

6 }# f- P  a) T+ t; k; X
/ I; M% ^! d* Z  p2 O
  t# j$ \: t% t" g

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：

# {9 Q2 J- J" |& E8 \

void *FATFS_Function[][2]=

) m, M9 V; d' N% f

{

    (void*)Test_f_getfree, "磁盘容量",

4 [& X6 r7 w: X; B( s

    (void*)Test_f_readdir, "读目录  ",

    (void*)Test_f_mkdir,   "创建路径",

    (void*)Test_f_read,    "读文件  ",

" f- L( v  @$ F7 \/ e. p; ]+ t

    (void*)Test_f_write,   "文件拷贝",

    (void*)Test_f_rename,  "重命名  ",

    (void*)Test_f_unlink,  "删除文件",

2 S. A: t9 ], F) N

    (void*)Test_f_mkfs,    "格式化  ",

0 |+ x8 W  \( ]! X

    0x00,0x00

};

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：

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

void Test_f_getfree(void)

{

    FATFS fs;

4 |1 y, p0 V; U' b

    FATFS *pfs;

    DWORD clust;

    FRESULT res;         // FatFs function common result code

    //检测磁盘是否插好

6 u& W8 A! K. x* h

    if( disk_detect_OK()==FALSE )

4 [; E/ E4 [9 \, V. S) [% ^" S- q$ r

      return;

; S6 Z9 D" @6 R9 u' {+ b
8 f$ v$ W& n! w* \

    pfs=&fs;//指向

// Register a work area for logical drive 0

//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：

, U* c+ k! p7 J% m  t1 |

f_mount(0, &fs);

// 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

0 q+ n+ ^+ I/ U( Q

    if ( res==FR_OK )

% R; P  [* \6 w' r+ i! v  }

    {

# u. t+ Q! U1 E4 u! {0 j0 K

        // 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：

( ?- {6 i' s: ~$ p. }/ @

//   总空间大小   最大簇数×每簇的扇区数÷2÷1024

; s, I- W1 K3 P1 G0 D

//  剩余空间大小  空闲簇数×每簇的扇区数÷2÷1024

        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,

        clust * pfs->csize /2/1024);

    }

    else

      die(res);//测试函数执行结果分析

7 L. a0 R0 g* Y* S4 R! _2 ^4 Z

    // Unregister a work area before discard it

% {  j# H, p& J; A

    f_mount(0, NULL);

}

1 N! W2 l1 l1 T3 ^7 Z
; k/ Q% p3 M. S
, I0 L8 n9 B! N3 }* z2 ^

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

- K* `+ f0 Q3 x

void Test_f_readdir(void)

  S2 z* ]$ g5 ?$ i0 ]+ N8 A

{

6 `; S7 t* v6 m7 f* c8 c# x+ b

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

. z0 e+ X5 `! t: a* G

    char path[20];

- M; I! ]: H2 }# _1 q  F

    //检测磁盘是否插好

    if( disk_detect_OK()==FALSE )

# d5 _* b9 I" T9 Z  _) J

      return;

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

/ k6 |& k% I9 n5 f1 l- }8 b
5 Z8 h5 a* a" K& q0 J% q8 P1 b8 u$ L

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

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

6 _  l. h# j9 B! y3 ~9 N% l+ }) C

    //扫描当前路径下子文件夹,并输出到串口

    scan_current_folder(path);      

    //扫描当前路径下文件,并输出到串口

' e3 R9 |; F0 L/ b: Z" P' v6 R/ w

    scan_current_files(path);

& Z( t' l. e- `
; ]: C# \) T% ]( q( E

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

}

$ V( @% u" Z( Q4 z% B* _# O" L* Y, B
, Y5 X: s/ f5 m- ~' w  l

  `9 C" v0 t3 Q  x4 b

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

void Test_f_mkdir(void)

% t4 @! w+ j3 r0 Y7 @

{

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

    FRESULT res;     // FatFs function common result code

# g( i( E* W; y

    char path[20];

+ X! q1 j8 u+ L3 h

    //检测磁盘是否插好

3 E( i. }0 [/ r

    if( disk_detect_OK()==FALSE )

; E/ T# u' ^% V/ g. l' u3 G

      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

4 v$ W: D4 k: P7 ~6 w" f4 |

    res = f_mkdir(path);

    die(res);//测试函数执行结果分析

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

  M( w, z. E7 f8 |6 r9 y$ I7 O1 j+ _

}

) w" J& y; t6 w: \: r0 |! C7 Z+ r* {* j
- D! }% y, N$ V: C+ `

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

3 ^& u6 a* f; A3 R+ X

void Test_f_read(void)

# d" F0 i8 z% m. B! o

{

3 Q2 n0 s% m5 z# L" M1 }1 Z. J3 |  u

    //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。

    time_t unix_start,unix_end,interval;

    char path[20];

    //检测磁盘是否插好

. H1 [8 F' G6 b/ |

    if( disk_detect_OK()==FALSE )

      return;

    //printp("\r\nread filebbbb:>");

    // Register a work area for logical drive 0

8 j# m& p9 H) g. L2 w# D+ Z

    f_mount(0, &fs);

+ D$ V( b# t; m

    printp("\r\nread file:>");

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

5 k( o( s0 X+ |, n6 L9 S) L# F6 V

    //Open source file

) l4 X9 j6 z$ ]& ~

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

    die(res);

0 l+ {* V% R$ ?4 w$ D

    //buffer空间设大一点，会提高读的速度。

' n+ ?8 j3 d- x* c5 N, B

    //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。

+ L5 q0 D' W$ C0 j8 K

    //下面两行主要是去除1s误差。

    //Read_File_Flag = 0;

    //while( Read_File_Flag==0 );

" j4 ]+ M* a$ r$ U
: d# G" ?& V; u$ m( Y% ]: F

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

    //unix_start=Time_ConvCalendarToUnix(time_start);

+ d7 _" v- s# d8 e' c8 }

    //输出提示..

; E) c/ V# o- t6 q0 Z8 \$ C( u1 L

    if( res==FR_OK )

9 `# g/ E2 [) K, D7 f. Q

      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);

. I6 D/ J& ^/ L6 E" U$ X$ u2 O) r

    for (;;)

& S1 p! `8 P! o' G0 Y

    {

        //清除缓存

; l: `5 N* ?" v. h8 y, s9 d

<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

  m. c4 t5 ]7 B' O+ l0 A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