【青风带你学stm32f051系列教程】第15课 文件系统操作SD卡

青风

很多单片机系统都需要大容量存储设备，以存储数据。目前常用的有U盘，FLASH芯片，SD卡等。他们各有优点，综合比较，最适合单片机系统的莫过于SD卡了，它不仅容量可以做到很大（32Gb以上），而且支持SPI接口，方便移动，有几种体积的尺寸可供选择（标准的SD卡尺寸，以及TF卡尺寸），能满足不同应用的要求。只需要4个IO口，就可以外扩一个最大达32GB以上的外部存储器，容量选择尺度很大，更换也很方便，而且方便移动，编程也比较简单，是单片机大容量外部存储器的首选。
FATFS是一个专为小型嵌入式系统调计的通用文件系统模块。FATFS是用ANSI C（标准C语言）相兼容的语法书写，并且完全地实现了与磁盘IO层分离，因此它是与硬件无关的。它完全不需要任何修改就能被集成到低成本的微控器（MCU）中，与WINDOWS FAT相兼容的文件系统。与平台无关，便于移植。对代码存储器的大小和运行时所需RAM的大小及其它硬件性能要求很低，所以FATFS可以很好地运用在低成本的嵌入式系统中。
移植的版本为：FatFs_vR0.08a，本节是在上一节直接操作SD卡的基础上进行的，下面就从软硬件两个方面入手详细分析如何移植FATFA文件系统。
硬件准备：
如下图所示：


端口配置：
开发板中采用了较为小的msd卡作为存储卡，这是由于msd卡的使用较为广泛，有取代SD卡的趋势。通信方式采用SPI接口方式，连接如下：
硬件连接：
PB15-----SD_CS sd卡片选管脚
PB14------SD_OUT sd卡MISO端口
PB13------SD_DIN sd卡MOSI端口
PB12------SD_SCK sd卡sck管脚
软件准备：
下面我们来看看FATFS的移植过程，首先要介绍下FATFS的基本结构：
我们下载FATFS_VR0.08版本如下所示：

这个文件包里包含了这个几个文件：
00readme.txt :这个文件主要是对其他的几个文件功能进行说明，以及整个FATFS的版本信息。这个文件可有可无。
下面4个函数是主要的使用函数：
diskio.c:底层磁盘的操作函数，这些函数需要用户自己实现
ff.c独立于底层介质操作文件的函数，完全由ANSI C编写
integer.h 一些数值类型的定义
ffconf.h fatfs调用的基本配置
我们看看其文件结构图：

这个文件系统是分层而成的，对于用户层，我们只需要修改接口文件就可以直接和硬件相结合，
如下图所示：

我们需要修改的只有diskio.c和ffconf.h 函数，这两个函数和硬件对接就OK了，而文件夹option内提供了一些文字函数，比如说CC936支持汉字。
我们把上面文件夹内容移植入KEIL建立工程树如下，我们需要加入工程树的文件为ff.c , diskio.c 这两个函数：

我们主要需要编写diskio.c函数，在原来文件加入SD卡的操作函数，如下面所示：
[c]
DSTATUS disk_initialize ( BYTE drv /* Physical drive nmuber (0..) */){ SD_Error res = SD_RESPONSE_FAILURE; res = SD_Init(); //用户直接初始化SD return ((DSTATUS)res);DSTATUS disk_status ( BYTE drv /* Physical drive nmuber (0) */){ if (drv) return STA_NOINIT; /* Supports only single drive */ return 0; //返回磁盘状态}DRESULT disk_read ( BYTE drv, /* Physical drive nmuber (0..) */ BYTE *buff, /* Data buffer to store read data */ DWORD sector, /* Sector address (LBA) */ BYTE count /* Number of sectors to read (1..255) */){ SD_ReadBlock(buff, sector << 9, 512);//读扇区 return RES_OK;}#if _READONLY == 0DRESULT disk_write ( BYTE drv, /* Physical drive nmuber (0..) */ const BYTE *buff, /* Data to be written */ DWORD sector, /* Sector address (LBA) */ BYTE count /* Number of sectors to write (1..255) */){ SD_WriteBlock((BYTE *)buff, sector << 9,512);//写扇区 return RES_OK;}#endif /* _READONLY */
[/c]
上面加入的函数在SD.H函数中编写，上一节内容里面已经讲过，所示在函数的头文件里，我们需要加入#include "sd.h"，如下所示：
[c]</pre>#include "diskio.h"#include "stm32f0xx.h"#include "ffconf.h"#include "sd.h"
[/c]
同时我们进入到ffconf.h文件中，在这个文件中，我们需要加入支持中文字符，修改
[c]</pre>#define _CODE_PAGE 936<pre>[/c]
936为汉字码，修改的同时我们在工程中加入cc936.c函数。
那么这时FATFS系统文件基本移植完成，那么我们使用的时候就可以不管硬件问题，直接调用FATFS接口函数：
应用层程序接口如下：
f_mount - 注册和取消工作区
f_open - 打开或者创建文件
f_close -关闭一个文件
f_read - 从文件中读取数据
f_write -向 文件中写入数据
f_lseek - 移动文件读指针（RP），扩展文件大小
f_truncate - 缩减文件大小
f_sync - 清空缓存数据，实现数据同步
f_opendir - 打开一个目录
f_readdir - 列举目录中的条目（包括文件和子目录）。
f_getfree - 获取可用簇
f_stat - 获取文件属性
f_mkdir - 创建文件
f_unlink - 删除文件或者目录
f_chmod - 更改属性
f_utime -更改时间戳
f_rename - 重命名或者移动一个文件或目录
f_mkfs - 格式化磁盘
f_forward - 将文件数据直接送入数据流中
f_chdir - 改变当前所在目录
f_chdrive - 改变当前所在驱动器
f_gets -读字符串
f_putc - 写一个字符
f_puts - 写字符串
f_printf - 写入一个格式化字符串
磁盘I/O接口：
disk_initialize - 磁盘初始化
disk_status - 获取磁盘属性
disk_read - 读扇区
disk_write - 写扇区
disk_ioctl - 独立的磁盘控制资源
get_fattime - 获取时间
这些接口命令在ff.c函数中被定义了。也就是说这里面用户可以不用改变其中内容，它与硬件层没有关系，是独立的文件系统，也就是说只有移植过来就可以了。这些函数基本上就可以完成SD卡的相关操作，可以在主函数里进行使用，如下程序所示：
[c]
LCD_init(); // 液晶显示器初始化LCD_Clear(ORANGE); // 全屏显示白色POINT_COLOR =BLACK; // 定义笔的颜色为黑色BACK_COLOR = WHITE ; // 定义笔的背景色为白色 /*-------------------------- SD Init ----------------------------- */disk_initialize(0);LCD_ShowString(20,20, "mmc/sd 演示"); res = f_mount(0, &fs); if(res == FR_OK) LCD_ShowString(20,40, "mmc/sd 初始化成功 ");elseLCD_ShowString(20,40, "mmc/sd 初始化失败");
res=f_open(&fsrc,"12-29.txt",FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE);if (res == FR_OK) LCD_ShowString(20,60, "文件创建成功 ");else LCD_ShowString(20,60, "文件创建失败");
res = f_write(&fsrc, &w_buffer, countof(w_buffer), &bw);
if (res == FR_OK) LCD_ShowString(20,80, "SD卡写成功 ");else LCD_ShowString(20,80, "SD卡写失败");
res=f_close(&fsrc); if (res == FR_OK) LCD_ShowString(20,100, "文本关闭成功 "); else LCD_ShowString(20,100, "文本关闭失败");
res=f_open(&fsrc,"12-29.TXT",FA_READ); if (res == FR_OK) LCD_ShowString(20,120, "打开文本成功 "); else LCD_ShowString(20,120, "打开文本失败"); res = f_read(&fsrc, &buffer, 1024, &br); if (res == FR_OK) { LCD_ShowString(20,140, "文件读取成功"); LCD_ShowString(20,160, buffer); } else LCD_ShowString(20,140, "读文件失败 ");
[/c]
所以这样看来，SD卡的FATFS文件的移植和使用还是很简单的，不过要详细理解文件系统的编写机制还需要读者多多研究了。
实验下载现象：
MINISD卡插入后的测试结果在触摸屏TFT上显示如下所示：