前言
在很多应用中，文件系统被用来在存储介质上进行存储和管理文件数据。FatFs 作为面向小型嵌入式系统的一种通用 FAT 文件系统，被广泛使用。在 STM32Cube 库中，Middleware 是包含有 FatFs 文件系统的，而且有相关的例程。但是在标准外设库并没有相关的例程，这使得在使用标准外设库在开发项目中使用文件系统的话，需要自己再移植代码。其实，从STM32Cube 库向标准外设库移植 FatFs 文件系统很方便，简单实用。下面我们以 STM32F4 系列为例，来介绍一下 SD 卡的移植。

STM32CubeF4库中的 FatFs
大家都知道，进行 FatFs 移植主要就是在 diskio.c 中添加底层驱动代码。在 STM32CubeF4 库中，可以在\STM32Cube_FW_F4_V1.11.0\Middlewares\Third_Party\FatFs\src 找到 FatFs R0.11 的代码，细心的工程师会发现，里边的文件与从 FatFs 下载的 FatFs R0.11 不太一样，多了 ff_gen_drv.c 和 ff_gen_drv.h 两个文件，并且多了一个包含多种存储介质驱动的 driver 文件夹。这是因为 ST 的工程师在 FatFs 的代码中，已经为大家添加了各种存储介质的驱动代码，以方便大家使用，并使用 ff_gen_drv.c 来进行管理。所以，STM32CubeF4 的 FatFs 中间件模块架构如下：



从架构图可知，在 STM32CubeF4 解决方案中，已经添加额外的接口层，可以动态地添加/删除 FatFs 模块的物理介质。如需以底层磁盘 I/O 驱动来连接 FatFs 模块，用户可以使用 FATFS_LinkDriver()和 FATFS_UnLinkDriver() 动态地添加或者删除磁盘 I/O 驱动；应用程序可能需要知道当前连接的磁盘 I/O 驱动数量，这一点可通过 FATFS_GetAttachedDriversNbr() API 来实现。这让我们在管理物理介质更为方便。这三个函数就位于 ff_gen_drv.c 中。以 SD 卡为例，原本的“diskio.c”分化为“diskio.c + ff_gen_drv.c + \drivers\sd_diskio.c”三个文件，虽然文件增加了，但是条理更加清晰。具体的介绍可以参考用户手册 UM1721《在 STM32Cube 上开发 FatFs 相关应用》，这里不作详述。看完 UM1721，接下来可以开始动手实现了。

一实现环境
开发板： STM32439I-EVAL (MCU: STM32F439NIH6)
开发环境： STM32Cube_FW_F4_V1.11.0
STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.6.1
IDE： IAR Embedded Workbench for ARM v7.50.1.10273

二实现步骤
1.在标准外设库上建立项目文件，确保 SD 卡可正常工作
1) 在\STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.6.1\Project 下复制 STM32F4xx_StdPeriph_Templates 并将文件夹更名为 FatFs_uSD
2) 将\STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.6.1\Project\STM32F4xx_StdPeriph_Examples\SDIO\SDIO_uSDCard 下的文件复制到 FatFs_uSD 替换掉原有文件
3) 打开 EWARM 下面的项目文件，在项目文件中添加\Utilities\STM32_EVAL\STM324x9I_EVAL 文件组，并加入stm324x9i_eval.c、stm324x9i_eval_ioe16.c、stm324x9i_eval_sdio_sd.c，如图：



4) 在 main.h 中将 include 中的代码加入 STM324x9I 的信息，更新为

1.    #if defined (USE_STM324xG_EVAL)
   
2.    #include "stm324xg_eval.h"
   
3.    #include "stm324xg_eval_sdio_sd.h"
   
4.    #elif defined (USE_STM324x7I_EVAL)
   
5.    #include "stm324x7i_eval.h"
   
6.    #include "stm324x7i_eval_sdio_sd.h"
   
7.    #elif defined (USE_STM324x9I_EVAL)
   
8.    #include "stm324x9i_eval.h"
   
9.    #include "stm324x9i_eval_sdio_sd.h"
   
10.    #else
    
11.    #error "Please select first the Evaluation board used in your application (in Project
    
12.    Options)"
    
13.    #endif

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5) 编译，成功。下载运行，可见 LED1、LED2 和 LED3 点亮，证明 SD 卡读写正常。此步骤的目的在于首先要确保 SDIO 读写 SD 卡是正常的。

   2.移植 FatFs 代码
1) 将\STM32Cube_FW_F4_V1.11.0\Middlewares\Third_Party\下的 FatFs 文件夹复制到 \STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.6.1\Libraries
2) 打开之前的项目，在项目中添加 FatFs 文件组，加入\drivers\sd_diskio.c、diskio.c、ff.c 和 ff_gen_drv.c，如图：



3) 打开 Project Options，在 C/C++ Compiler 的 Preprocessor 页面添加 FatFs 使用的头文件的地址： $PROJ_DIR$\..\..\..\Libraries\FatFs\src 和$PROJ_DIR$\..\..\..\Libraries\FatFs\src\drivers，如下：



4) 复制\STM32Cube_FW_F4_V1.11.0\Projects\STM324x9I_EVAL\Applications\FatFs\FatFs_uSD\Inc 下的 ffconf.h 到\STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.6.1\Project\Fatfs_uSDcard
5) 修改 ffconf.h，删掉第 15 行的 “#include "stm32f4xx_hal.h"”，将第 18 行的“#include "stm324x9i_eval_sd.h"”改为 “#include "stm324x9i_eval_sdio_sd.h"”
6) 修改 sd_diskio.c，这是整个移植最关键的地方。
    a. DSTATUS SD_initialize(BYTE lun)
    STM32CubeF4 中的 BSP_SD_Init()对应于标准外设库的 SD_Init()，MSD_OK 对应于 SD_OK。此函数修改为：

1.     DSTATUS SD_initialize(BYTE lun)
   
2.     {
   
3.     Stat = STA_NOINIT;
   
4. 
   
5. /* Configure the uSD device */
   
6. if(SD_Init() == SD_OK)
   
7. {
   
8. Stat &= ~STA_NOINIT;
   
9. }
   
10. return Stat;
    
11. }

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b. DSTATUS SD_status(BYTE lun)
STM32CubeF4 中的 BSP_SD_GetStatus ()对应于标准外设库的 SD_GetStatus() ()。此函数修改为：

1. DSTATUS SD_status(BYTE lun)
   
2. {
   
3. Stat = STA_NOINIT;
   
4. if(SD_GetStatus() == SD_TRANSFER_OK)
   
5. {
   
6. Stat &= ~STA_NOINIT;
   
7. }
   
8. 
   
9. return Stat;
   
10. }

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c. DRESULT SD_read(BYTE lun, BYTE *buff, DWORD sector, UINT count)
在 STM32CubeF4 中，BSP_SD_ReadBlocks()函数调用 HAL_SD_ReadBlocks()，而 HAL_SD_ReadBlocks()已经针对读取单个 Block 和多个 Block 进行了处理。而在标准外设库中没有这样的函数，单个 Block 的读取使用SD_ReadBlock()函数，多个 Block 的读取使用 SD_ReadMultiBlocks()函数。所以，这个函数需要修改为：

1. DRESULT SD_read(BYTE lun, BYTE *buff, DWORD sector, UINT count)
   
2. {
   
3. DRESULT res = RES_OK;
   
4. 
   
5. if (count > 1)
   
6. {
   
7. /* Read multiple block */
   
8. if(SD_ReadMultiBlocks((uint8_t *)buff,
   
9. (uint64_t) (sector * BLOCK_SIZE),
   
10. BLOCK_SIZE,
    
11. count) != SD_OK)
    
12. return RES_ERROR;
    
13. /* Check if the Transfer is finished */
    
14. if(SD_WaitReadOperation() != SD_OK)
    
15. return RES_ERROR;
    
16. while(SD_GetStatus() != SD_TRANSFER_OK);
    
17. }
    
18. else
    
19. {
    
20. /* Read block */
    
21. if(SD_ReadBlock((uint8_t *)buff,
    
22. (uint64_t) (sector * BLOCK_SIZE),
    
23. BLOCK_SIZE) != SD_OK)
    
24. return RES_ERROR;
    
25. /* Check if the Transfer is finished */
    
26. if(SD_WaitReadOperation() != SD_OK)
    
27. return RES_ERROR;
    
28. while(SD_GetStatus() != SD_TRANSFER_OK);
    
29. }
    
30. 
    
31. return res;
    
32. }

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d. DRESULT SD_write(BYTE lun, const BYTE *buff, DWORD sector, UINT count)
SD_write()的修改和 SD_read()一样，需要分别对单个 Block 和多个 Block 进行处理。函数修改为：

1. DRESULT SD_write(BYTE lun, const BYTE *buff, DWORD sector, UINT count)
   
2. {
   
3. DRESULT res = RES_OK;
   
4. 
   
5. if (count > 1)
   
6. {
   
7. /* Write multiple block */
   
8. if(SD_WriteMultiBlocks((uint8_t *)buff,
   
9. (uint64_t) (sector * BLOCK_SIZE),
   
10. BLOCK_SIZE,
    
11. count) != SD_OK)
    
12. return RES_ERROR;
    
13. /* Check if the Transfer is finished */
    
14. if(SD_WaitWriteOperation() != SD_OK)
    
15. return RES_ERROR;
    
16. while(SD_GetStatus() != SD_TRANSFER_OK);
    
17. }
    
18. else
    
19. {
    
20. /* Write block */
    
21. if(SD_WriteBlock((uint8_t *)buff,
    
22. (uint64_t) (sector * BLOCK_SIZE),
    
23. BLOCK_SIZE) != SD_OK)
    
24. return RES_ERROR;
    
25. /* Check if the Transfer is finished */
    
26. if(SD_WaitWriteOperation() != SD_OK)
    
27. return RES_ERROR;
    
28. while(SD_GetStatus() != SD_TRANSFER_OK);
    
29. }
    
30. 
    
31. return res;
    
32. }

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e. DRESULT SD_ioctl(BYTE lun, BYTE cmd, void *buff)
STM32CubeF4 中的 BSP_SD_GetCardInfo()对应于标准外设库的 SD_GetCardInfo()。此函数修改为：

1. DRESULT SD_ioctl(BYTE lun, BYTE cmd, void *buff)
   
2. {
   
3. DRESULT res = RES_ERROR;
   
4. SD_CardInfo CardInfo;
   
5. 
   
6. if (Stat & STA_NOINIT) return RES_NOTRDY;
   
7. 
   
8. switch (cmd)
   
9. {
   
10. /* Make sure that no pending write process */
    
11. case CTRL_SYNC :
    
12. res = RES_OK;
    
13. break;
    
14. 
    
15. /* Get number of sectors on the disk (DWORD) */
    
16. case GET_SECTOR_COUNT :
    
17. SD_GetCardInfo(&CardInfo);
    
18. *(DWORD*)buff = CardInfo.CardCapacity / BLOCK_SIZE;
    
19. res = RES_OK;
    
20. break;
    
21. 
    
22. /* Get R/W sector size (WORD) */
    
23. case GET_SECTOR_SIZE :
    
24. *(WORD*)buff = BLOCK_SIZE;
    
25. res = RES_OK;
    
26. break;
    
27. 
    
28. /* Get erase block size in unit of sector (DWORD) */
    
29. case GET_BLOCK_SIZE :
    
30. *(DWORD*)buff = BLOCK_SIZE;
    
31. break;
    
32. 
    
33. default:
    
34. res = RES_PARERR;
    
35. }
    
36. 
    
37. return res;
    
38. }

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至此，编译可通过，FatFs 的移植已算完成。接下来，是修改测试代码。
7) 修改 main.c。参考\STM32Cube_FW_F4_V1.11.0\Projects\STM324x9I_EVAL\Applications\FatFs\FatFs_uSD\Src\main.c，修改此文件，如下：

1. /* Includes ------------------------------------------------------------------*/
   
2. #include "main.h"
   
3. /** @addtogroup STM32F4xx_StdPeriph_Examples
   
4. * @{
   
5. */
   
6. /** @addtogroup SDIO_uSDCard
   
7. * @{
   
8. */
   
9. /* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
   
10. typedef enum {FAILED = 0, PASSED = !FAILED} TestStatus;
    
11. /* Private define ------------------------------------------------------------*/
    
12. /* Private macro -------------------------------------------------------------*/
    
13. /* Private variables ---------------------------------------------------------*/
    
14. FATFS SDFatFs; /* File system object for SD card logical drive */
    
15. FIL MyFile; /* File object */
    
16. char SDPath[4]; /* SD card logical drive path */
    
17. /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
    
18. static void NVIC_Configuration(void);
    
19. static void Error_Handler(void);
    
20. /* Private functions ---------------------------------------------------------*/
    
21. /**
    
22. * @brief Main program
    
23. * @param None
    
24. * @retval None
    
25. */
    
26. int main(void)
    
27. {
    
28. /*!< At this stage the microcontroller clock setting is already configured,
    
29. this is done through SystemInit() function which is called from startup
    
30. files (startup_stm32f40_41xxx.s/startup_stm32f427_437xx.s)
    
31. before to branch to application main. To reconfigure the default setting
    
32. of SystemInit() function, refer to system_stm32f4xx.c file
    
33. */
    
34. FRESULT res; /* FatFs function common result
    
35. code */
    
36. uint32_t byteswritten, bytesread; /* File write/read counts */
    
37. uint8_t wtext[] = "STM32 with FatFs demo @ std lib"; /* File write buffer */
    
38. uint8_t rtext[100]; /* File read buffer */
    
39. /* Initialize LEDs available on EVAL board */
    
40. STM_EVAL_LEDInit(LED1);
    
41. STM_EVAL_LEDInit(LED3);
    
42. /* NVIC Configuration */
    
43. NVIC_Configuration();
    
44. /*##-1- Link the micro SD disk I/O driver ##################################*/
    
45. if(FATFS_LinkDriver(&SD_Driver, SDPath) == 0)
    
46. {
    
47. /*##-2- Register the file system object to the FatFs module ##############*/
    
48. if(f_mount(&SDFatFs, (TCHAR const*)SDPath, 0) != FR_OK)
    
49. {
    
50. /* FatFs Initialization Error */
    
51. Error_Handler();
    
52. }
    
53. else
    
54. {
    
55. /*##-3- Create a FAT file system (format) on the logical drive #########*/
    
56. /* WARNING: Formatting the uSD card will delete all content on the device */
    
57. if(f_mkfs((TCHAR const*)SDPath, 0, 0) != FR_OK)
    
58. {
    
59. /* FatFs Format Error */
    
60. Error_Handler();
    
61. }
    
62. else
    
63. {
    
64. /*##-4- Create and Open a new text file object with write access #####*/
    
65. if(f_open(&MyFile, "STM32STD.TXT", FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE) != FR_OK)
    
66. {
    
67. /* 'STM32STD.TXT' file Open for write Error */
    
68. Error_Handler();
    
69. }
    
70. else
    
71. {
    
72. /*##-5- Write data to the text file ################################*/
    
73. res = f_write(&MyFile, wtext, sizeof(wtext), (void *)&byteswritten);
    
74. 
    
75. if((byteswritten == 0) || (res != FR_OK))
    
76. {
    
77. /* 'STM32STD.TXT' file Write or EOF Error */
    
78. Error_Handler();
    
79. }
    
80. else
    
81. {
    
82. /*##-6- Close the open text file #################################*/
    
83. f_close(&MyFile);
    
84. 
    
85. /*##-7- Open the text file object with read access ###############*/
    
86. if(f_open(&MyFile, "STM32STD.TXT", FA_READ) != FR_OK)
    
87. {
    
88. /* 'STM32STD.TXT' file Open for read Error */
    
89. Error_Handler();
    
90. }
    
91. else
    
92. {
    
93. /*##-8- Read data from the text file ###########################*/
    
94. res = f_read(&MyFile, rtext, sizeof(rtext), (UINT*)&bytesread);
    
95. 
    
96. if((bytesread == 0) || (res != FR_OK))
    
97. {
    
98. /* 'STM32STD.TXT' file Read or EOF Error */
    
99. Error_Handler();
    
100. }
     
101. else
     
102. {
     
103. /*##-9- Close the open text file #############################*/
     
104. f_close(&MyFile);
     
105. 
     
106. /*##-10- Compare read data with the expected data ############*/
     
107. if((bytesread != byteswritten))
     
108. {
     
109. /* Read data is different from the expected data */
     
110. Error_Handler();
     
111. }
     
112. else
     
113. {
     
114. /* Success of the demo: no error occurrence */
     
115. STM_EVAL_LEDOn(LED1);
     
116. }
     
117. }
     
118. }
     
119. }
     
120. }
     
121. }
     
122. }
     
123. }
     
124. 
     
125. /*##-11- Unlink the micro SD disk I/O driver ###############################*/
     
126. FATFS_UnLinkDriver(SDPath);
     
127. 
     
128. /* Infinite loop */
     
129. while (1)
     
130. {
     
131. }
     
132. }
     
133. /**
     
134. * @brief Configures SDIO IRQ channel.
     
135. * @param None
     
136. * @retval None
     
137. */
     
138. static void NVIC_Configuration(void)
     
139. {
     
140. NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
     
141. /* Configure the NVIC Preemption Priority Bits */
     
142. NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
     
143. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = SDIO_IRQn;
     
144. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
     
145. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
     
146. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
     
147. NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
     
148. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = SD_SDIO_DMA_IRQn;
     
149. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
     
150. NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
     
151. }
     
152. /**
     
153. * @brief This function is executed in case of error occurrence.
     
154. * @param None
     
155. * @retval None
     
156. */
     
157. static void Error_Handler(void)
     
158. {
     
159. /* Turn LED3 on */
     
160. STM_EVAL_LEDOn(LED3);
     
161. while(1)
     
162. {
     
163. }
     
164. }
     
165. #ifdef USE_FULL_ASSERT
     
166. /**
     
167. * @brief Reports the name of the source file and the source line number
     
168. * where the assert_param error has occurred.
     
169. * @param file: pointer to the source file name
     
170. * @param line: assert_param error line source number
     
171. * @retval None
     
172. */
     
173. void assert_failed(uint8_t* file, uint32_t line)
     
174. {
     
175. /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     
176. ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
     
177. /* Infinite loop */
     
178. while (1)
     
179. {
     
180. }
     
181. }
     
182. #endif

复制代码

还需要在 main.h 中加入：

1. /* FatFs includes component */
   
2. #include "ff_gen_drv.h"
   
3. #include "sd_diskio.h"

复制代码

此主函数实现功能为：创建 STM32STD.TXT 文件，并向其写入“STM32 with FatFs demo @ std lib”
8) 编译，成功。
3.测试
1) 连接 STM32439I-EVAL 到 PC
2) 打开工程，下载代码并运行，LED1 点亮，代表运行通过。
3) 将 SD 卡从 STM32439I-EVAL 取出，放入 PC 进行读取，可见：



4) 打开 STM32STD.TXT，可见：



5) 测试结果：成功。

结论
此文档介绍从 STM32CubeF4 中将 FatFs 文件系统移植到标准外设库的实现过程。另外，对于时间接口函数，有需要的读者可自行进行移植。