本帖最后由 RISCVLAR 于 2025-08-04 17:22 编辑
CH32V103应用教程——FATFS文件系统（SD卡）
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;
}
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)
{
}
}
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：
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