四、移植FATFS文件系统
前面第3章，完成了SD NAND的驱动代码编写，这一章节实现FATFS文件的移植。
4.1 FATFS文件系统介绍
（1）介绍
FatFs 是一种完全免费开源的 FAT 文件系统模块，专门为小型的嵌入式系统而设计。它完全用标准C 语言编写，所以具有良好的硬件平台独立性，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，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。
（2）特点
【1】Windows兼容的FAT文件系统
【2】不依赖于平台，易于移植
【3】代码和工作区占用空间非常小
【4】多种配置选项
【5】多卷(物理驱动器和分区)
【6】多ANSI/OEM代码页，包括DBCS
【7】在ANSI/OEM或Unicode中长文件名的支持
【8】RTOS的支持
【9】多扇区大小的支持
【10】只读，最少API，I/O缓冲区等等
（3）移植性
fatfs模块是ANSI C(C89)编写的。 没有平台的依赖, 编译器只要符合ANSI C标准就可以编译。
fatf模块假设大小的字符/短/长8/16/32位和int是16或32位。 这些数据类型在integer.h文件中定义。这些数据类型在大多数的编译器中定义都符合要求。 如果现有的定义与编译器有任何冲突发生时，需要自己解决。
4.2 下载源码
下载地址：http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html
13.png
FATFS有两个版本，一个大版本，一个小版本。小版本主要用于8位机(内存小)使用。
下载图：
14.png
4.3 源码结构介绍将下载的源码解压后可以得到两个文件夹： doc 和 src。 doc 里面主要是对 FATFS 的介绍(离线文档—英文和日文)，而 src 里面才是我们需要的源码。
其中，与平台无关的是：
ffconf.h FATFS配置文件
ff.h 应用层头文件
ff.c 应用层源文件
diskio.h 硬件层头文件
interger.h 数据类型定义头文件
option 可选的外部功能（比如支持中文等）
与平台相关的代码：
diskio.c 底层接口文件（需要用户提供）
FATFS 模块在移植的时候，我们一般只需要修改 2 个文件，即 ffconf.h 和 diskio.c。
FATFS模块的所有配置项都是存放在 ffconf.h 里面，我们可以通过配置里面的一些选项，来满足自己的需求。
15.png
最顶层是应用层，使用者无需理会 FATFS 的内部结构和复杂的 FAT 协议，只需要调用FATFS 模块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 模块， 实现了 FAT 文件读／写协议。 FATFS 模块提供的是 ff.c 和 ff.h。除非有必要，使用者一般不用修改，使用时将头文件直接包含进去即可。
需要我们编写移植代码的是 FATFS 模块提供的底层接口，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。
4.4 下载源码并加入到工程
先准备好一个有SD NAND驱动代码的STM32工程（代码前面第3章已经贴了），接着就完成下面的步骤。
16.png
打开KEIL工程，添加FATFS文件源码：
17.png
18.png
加入.h文件主要是方便配。cc936.c 用于支持中文。
4.5 修改代码进行移植（1）修改diskio.c文件19.png
注释掉现在不需要的用到的文件，因为我们现在用的是SD卡，与USB，ATA，MMC卡没关系。
并加入一个新的宏 :
#define SD 0
定义SD卡的物理驱动器号为0。
修改 disk_status函数，该函数主要是用来获取磁盘状态。现在未用到，可以直接函数体内代码删除。
修改截图：
20.png
代码示例：
#include "diskio.h" /* fatf底层API */
#include "sd.h" /* SD卡驱动头文件 */
/* 定义每个驱动器的物理驱动器号*/
#define SD 0
/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* 获取设备(磁盘)状态 */
/*-----------------------------------------------------------------------*/
DSTATUS disk_status (
BYTE pdrv /* 物理驱动识别 */
)
{
return 0; //该函数现在无需用到，直接返回0
}
修改disk_initialize函数，添加SD卡的初始化，其他不用到的代码直接删掉，该函数成功返回0，失败返回1。
修改截图：
21.png
代码示例：
/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* 初始化磁盘驱动 */
/*-----------------------------------------------------------------------*/
DSTATUS disk_initialize (
BYTE pdrv /* 物理驱动识别 */
)
{
DSTATUS stat;
int result;
switch (pdrv) {
case SD : //选择SD卡
stat=SD_Init(); //初始化SD卡-用户自己提供
}
if(stat)return STA_NOINIT; //磁盘未初始化
return 0; //初始化成功
}
修改disk_read函数，加入SD卡读任意扇区的函数(需要用户自己提供)，其他不用到的选项可以删掉。
22.png
修改代码如下：
/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* 读扇区 */
/*-----------------------------------------------------------------------*/
DRESULT disk_read (
BYTE pdrv, /* 物理驱动编号 - 范围0-9*/
BYTE *buff, /* 数据缓冲区存储读取数据 */
DWORD sector, /* 扇区地址*/
UINT count /* 需要读取的扇区数*/
)
{
DRESULT res;
int result;
switch (pdrv) {
case SD:
res=SD_Read_Data((u8*)buff,sector,count); //读SD扇区函数--用户提供
return res; //在此处可以判错误
}
return RES_PARERR; //无效参数
}
修改disk_write 函数，添加写扇区函数：
23.png
代码：
/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* 写扇区 */
/*-----------------------------------------------------------------------*/
#if _USE_WRITE
DRESULT disk_write (
BYTE pdrv, /* 物理驱动号*/
const BYTE *buff, /* 要写入数据的首地址 */
DWORD sector, /* 扇区地址 */
UINT count /* 扇区数量*/
)
{
DRESULT res;
int result;
switch (pdrv) {
case SD:
res=SD_Write_Data((u8*)buff,sector,count); //写入扇区
return res;
}
return RES_PARERR; //无效参数
}
#endif
修改disk_ioctl 函数，填充ioctl命令功能。这些功能是标准的命令，在diskio.h有定义。
24.png
代码如下：
/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* 其他函数 */
/*-----------------------------------------------------------------------*/
#if _USE_IOCTL
DRESULT disk_ioctl (
BYTE pdrv, /* 物理驱动号 */
BYTE cmd, /* 控制码 */
void *buff /* 发送/接收数据缓冲区地址 */
)
{
DRESULT res;
int result;
switch (pdrv) {
case SD:
switch(cmd)
{
case CTRL_SYNC: //等待写过程
SD_CS(0); //选中SD卡
if(SD_Wait_Ready())result = RES_ERROR;/*等待卡准备好*/
else res = RES_OK; //成功
SD_CS(1); //释放SD卡
break;
case GET_SECTOR_SIZE://获取扇区大小
*(DWORD*)buff = 512;
res = RES_OK; //成功
break;
case GET_BLOCK_SIZE: //获取块大小
*(WORD*)buff = 8; //块大小(扇区为单位)，一块等于8个扇区
res = RES_OK;
break;
case GET_SECTOR_COUNT: //获取总扇区数量
*(DWORD*)buff = SD_Get_Sector_Count();
res = RES_OK;
break;
default: //命令错误
res = RES_PARERR;
break;
}
return res;
}
return RES_PARERR; //返回状态
}
（2）修改ffconf.h文件需要注意的一些宏配置：
#define _CODE_PAGE 936 //采用中文GBK编码 (64行)
#define _USE_LFN 3 //动态的堆上工作 （93行）
#define _MAX_LFN 255 /*_USE_LFN选项开关LFN(长文件名)特性。
#define _VOLUMES 1 /* 支持的磁盘数量(逻辑驱动器)。 */ (142行)
#define _MIN_SS 512 (165行)
#define _MAX_SS 512 /*这些选项配置支持扇区大小的范围。(512,1024, 4096*/
#define _FS_NORTC 0 /*启用RTC时间功能*/ (202行)
#define _NORTC_MON 1
#define _NORTC_MDAY 1
#define _NORTC_YEAR 2015 //年
/*需要实现：get_fattime()函数*/
ffconf.h 文件源码：
/*---------------------------------------------------------------------------/
/ FatFs - FAT文件系统模块配置文件 R0.11a (C)ChaN, 2015
/---------------------------------------------------------------------------*/
#define _FFCONF 64180 /* 版本识别*/
/*---------------------------------------------------------------------------/
/ 功能配置
/---------------------------------------------------------------------------*/
#define _FS_READONLY 0
/* 这个选项开关只读配置。(0:读/写或1:只读)
/只读配置删除编写API函数,f_write(),f_sync(),
/ f_unlink(),f_mkdir(),f_chmod(),f_rename(),f_truncate(),f_getfree()
/写和可选的功能. */
#define _FS_MINIMIZE 0
/*此选项定义删除一些基本的API函数极小化水平。
/
/ 0:所有基本功能都是激活的。
/ 1:f_stat(),f_getfree(),f_unlink(),f_mkdir(),f_chmod(),f_utime(),
/ f_truncate()和f_rename()函数删除。
/ 2:f_opendir(),f_readdir()和f_closedir()中除了1。
/ 3:f_lseek()函数删除除了2。*/
#define _USE_STRFUNC 1
/*这个选项开关字符串函数,f_gets(),f_putc(),f_puts()和
/ f_printf()。
/
/ 0:禁用字符串函数。
/ 1:启用没有LF-CRLF转换。
/ 2:启用LF-CRLF(回车换行)转换。*/
#define _USE_FIND 0
/*这个选项开关过滤目录读取特性和相关功能,
/ f_findfirst()和f_findnext()。(0:禁用或1:启用)*/
#define _USE_MKFS 1
/* 这个选项开关f_mkfs()函数。(0:禁用或1:启用) */
#define _USE_FASTSEEK 1
/* 这个选项开关快速寻求功能。(0:禁用或1:启用) */
#define _USE_LABEL 1
/* 磁盘卷标这个选项开关功能,f_getlabel()和f_setlabel()。
/(0:禁用或1:启用) */
#define _USE_FORWARD 0
/* 这个选项开关f_forward()函数。(0:禁用或1:启用)
/启用它,也_FS_TINY需要设置为1. */
/*---------------------------------------------------------------------------/
/ 语言环境和名称空间配置
/---------------------------------------------------------------------------*/
#define _CODE_PAGE 936 //采用中文GBK编码
/* 这个选项指定OEM代码页在目标系统上使用。
/不正确的代码页的设置会导致文件打开失败.
/
/ 1 - ASCII (没有扩展字符。Non-LFN cfg。只有)
/ 437 - U.S.
/ 720 - 阿拉伯语
/ 737 - 希腊语；
/ 771 - 阿富汗
/ 775 - 波罗的海
/ 850 - 拉丁1
/ 852 - 拉丁2
/ 855 - 西里尔字母
/ 857 - 土耳其语
/ 860 - 葡萄牙语
/ 861 - 冰岛语
/ 862 - 希伯来人
/ 863 - 加拿大法语
/ 864 - 阿拉伯语
/ 865 - 日耳曼民族的
/ 866 - 俄语
/ 869 - 希腊 2
/ 932 - 日本人 (DBCS)
/ 936 - 简体中文(DBCS)
/ 949 - 韩国人 (DBCS)
/ 950 - 繁体中文(DBCS)
*/
#define _USE_LFN 3 //动态的堆上工作
#define _MAX_LFN 255
/*_USE_LFN选项开关LFN(长文件名)特性。
/
/ 0:禁用LFN特性。_MAX_LFN没有影响。
/ 1:启用LFN BSS静态工作缓冲区。总是不是线程安全的。
/ 2:启用LFN与动态缓冲栈上的工作。
/ 3:使LFN与动态缓冲区在堆上工作。
/
/ 当启用LFN（长文件名）特性,Unicode(选项/ unicode.c)必须处理功能
/被添加到项目中。LFN工作缓冲区占用(_MAX_LFN + 1)* 2字节。
/当使用堆栈缓冲区,照顾堆栈溢出。当使用堆
/工作缓冲区内存,内存管理功能,ff_memalloc()和
/ ff_memfree(),必须添加到项目中。 */
#define _LFN_UNICODE 0
/* 这个选项开关字符编码的API。(0:ANSI / OEM或1:Unicode)
路径名/使用Unicode字符串,并设置_LFN_UNICODE启用LFN特性
/1。这个选项也会影响行为的字符串的I / O功能。
*/
#define _STRF_ENCODE 3
/* 当_LFN(长文件名)_UNICODE是1,这个选项选择文件的字符编码
/通过字符串读取/写入I /O功能,f_gets(),f_putc(),f_puts和f_printf().
/
/ 0: ANSI/OEM
/ 1: UTF-16LE
/ 2: UTF-16BE
/ 3: UTF-8
/
/ 当_LFN_UNICODE = 0时,该选项没有影响。*/
#define _FS_RPATH 0
/* 这个选项配置相对路径的功能。 /
/ 0:禁用相对路径特性和删除相关功能。
/ 1:启用相对路径特性。f_chdir()和f_chdrive()是可用的。
/ 2:f_getcwd()函数可用除了1。 /
/注意,目录项读通过f_readdir()这个选项。
*/
/*---------------------------------------------------------------------------/
/ 驱动/卷配置
/---------------------------------------------------------------------------*/
#define _VOLUMES 1
/* 支持的磁盘数量(逻辑驱动器)。 */
#define _STR_VOLUME_ID 0
#define _VOLUME_STRS "RAM","NAND","CF","SD1","SD2","USB1","USB2","USB3"
/* STR_VOLUME_ID选项开关卷ID字符串功能。
/当_STR_VOLUME_ID设置为1时,也可以使用预先定义的字符串在路径名称/数量。
为每个_VOLUME_STRS定义驱动ID字符串
/逻辑驱动器。条目的数量必须等于_VOLUMES。有效字符
/驱动ID字符串:a - z和0 - 9。*/
#define _MULTI_PARTITION 0
/* 这个选项开关多分区的特性。在默认情况下(0),每个逻辑驱动器
/号绑定到相同的物理驱动器号
/物理驱动器将被安装。当启用分区特性(1),
/每个逻辑驱动器号是绑定到任意物理驱动器和分区
/中列出VolToPart[]。还f_fdisk()函数可用. */
#define _MIN_SS 512
#define _MAX_SS 512
/* 这些选项配置支持扇区大小的范围。(512,1024,
/ 2048或4096)总是为大多数系统设置两个512,卡和所有类型的内存
/硬盘。但是可能需要更大的值为车载闪存和一些
/类型的光学媒体。当_MAX_SS大于_MIN_SS,fatf配置
/变量扇区大小和GET_SECTOR_SIZE命令必须执行 disk_ioctl()函数. */
#define _USE_TRIM 0
/* 这个选项开关ATA-TRIM特性。(0:禁用或1:启用)
/启用削减特性,也应该实现CTRL_TRIM命令
/ disk_ioctl()函数。*/
#define _FS_NOFSINFO 0
/*
如果你需要知道正确的自由空间体积FAT32,设置一些0
/选项,f_getfree()函数在第一次后体积将迫使山
/全脂肪扫描。位1控制使用的集群数量分配。 /
/ bit0 = 0:使用免费的集群计算FSINFO如果可用。
/ bit0 = 1:不相信自由FSINFO集群计算。
/ bit1 = 0:最后使用集群可用FSINFO如果数量分配。
/ bit1 = 1:不相信最后分配FSINFO集群数量.
*/
/*---------------------------------------------------------------------------/
/ 系统配置列表
/---------------------------------------------------------------------------*/
#define _FS_TINY 0
/* 这个选项开关小缓冲区配置。(0:正常或1:小)
/小配置,文件对象的大小(FIL)_MAX_SS减少字节。而不是私人部门从文件对象,缓冲了
/公共部门缓冲文件系统中的对象(fatf)是用于该文件
/数据传输. */
#define _FS_NORTC 0
#define _NORTC_MON 1
#define _NORTC_MDAY 1
#define _NORTC_YEAR 2015 //年
/* _FS_NORTC选项开关时间戳的特性。如果系统没有/
RTC函数或不需要有效的时间戳,_FS_NORTC 1设置为禁用/
时间戳的特性。所有对象修改fatf将有一个固定的时间戳。/
固定的时间定义为_NORTC_MON _NORTC_MDAY _NORTC_YEAR。
/当启用时间戳特性(_FS_NORTC = = 0),需要实现get_fattime()函数。 /
添加到项目RTC读当前时间形式。_NORTC_MON, /
_NORTC_MDAY和_NORTC_YEAR没有效果。
/这些选项没有影响只读配置(_FS_READONLY = = 1)。 */
#define _FS_LOCK 0
/* _FS_LOCK选项开关控制复制的文件打开的文件锁定功能
/和非法操作打开对象。这个选项_FS_READONLY时必须是0
/是1。 /
/ 0:禁用文件锁定功能。为了避免体积腐败、应用程序
/应该避免非法打开,删除和重命名的开放对象。
/ > 0:启用文件锁定功能。值定义了多少文件/子目录
可以同时打开的/文件锁的控制之下。注意,这个文件独立于re-entrancy /锁功能。 */
#define _FS_REENTRANT 0
#define _FS_TIMEOUT 1000
#define _SYNC_t HANDLE
/* _FS_REENTRANT选项开关re-entrancy fatf的(线程安全)
/模块本身。注意,不管这个选项,文件访问不同
/体积始终是凹角和音量控制功能,f_mount(),f_mkfs()
/和f_fdisk()函数,总是不凹角。只有文件/目录的访问
/相同的体积是这个功能的控制。
/
/ 0:禁用re-entrancy。_FS_TIMEOUT和_SYNC_t没有效果。
/ 1:启用re-entrancy。还提供用户同步处理程序,
/ ff_req_grant(),ff_rel_grant(),ff_del_syncobj()和ff_cre_syncobj()
/函数,必须添加到项目中。样品中可用
/选项
/ syscall.c。
/
/ _FS_TIMEOUT定义超时时间单位的滴答声。
/ _SYNC_t定义了O
/ S依赖同步对象类型。例如处理、ID、OS_EVENT *
/ SemaphoreHandle_t等. .O / S的头文件定义需要
/包括在ff.c的范围。 */
#define _WORD_ACCESS 0
/* _WORD_ACCESS选项是一个只有依赖于平台的选择。
它定义了这个词/访问方法是用来体积上的数据。
/
/ 0:逐字节的访问。总是兼容所有平台。
/ 1:词的访问。不要选择这个,除非在下列条件。
/
/ *地址对齐内存访问总是允许所有指令。
/ *字节顺序的记忆是低位优先。
/
/如果是这样的情况,_WORD_ACCESS也可以减少代码的大小设置为1。
/下表显示允许设置某种类型的处理器。
/
/ ARM7TDMI 0 *2 ColdFire 0 *1 V850E 0 *2
/ Cortex-M3 0 *3 Z80 0/1 V850ES 0/1
/ Cortex-M0 0 *2 x86 0/1 TLCS-870 0/1
/ AVR 0/1 RX600(LE) 0/1 TLCS-900 0/1
/ AVR32 0 *1 RL78 0 *2 R32C 0 *2
/ PIC18 0/1 SH-2 0 *1 M16C 0/1
/ PIC24 0 *2 H8S 0 *1 MSP430 0 *2
/ PIC32 0 *1 H8/300H 0 *1 8051 0/1
/
/
* 1:高位优先。 /
* 2:不支持不连续的内存访问。 /
* 3:一些编译器生成LDM(逻辑磁盘管理器 ) / STM mem_cpy(内存拷贝)函数。
*/
（3）实现动态内存分配函数与时间函数ff.h文件有动态内存的释放，动态内存申请，时间获取函数接口。
25.png
在diskio.c文件实现函数功能：
26.png
代码实现如下：
//动态内存分配
void* ff_memalloc (UINT msize) /* 分配内存块 */
{
return (void*)malloc(msize); //分配空间
}
//动态内存释放
void ff_memfree (void* mblock) /* 空闲内存块 */
{
free(mblock); //释放空间
}
//返回FATFS时间
//获得时间
DWORD get_fattime (void)
{
//Get_RTC_Timer(); //获取一次RTC时间
return (RTC_Timer.year-1980)