FATFS文件系统详解

一、文件系统

负责管理和存储文件信息的软件机构称为文件管理系统，简称文件系统。即在磁盘上组织文件的方法。
常用的文件系统：

FAT / FATFS
NTFS: 基于安全性的文件系统，是Windows NT所采用的独特的文件系统结构
CDFS：CDFS是大部分的光盘的文件系统
exFAT

FATFS文件系统
FATFS是一个完全免费开源的FAT 文件系统模块，专门为小型的嵌入式系统而设计。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。
FATFS文件系统特点

Windows兼容的FAT文件系统（支持FAT12/FAT16/FAT32）
与平台无关，移植简单。全C语言编写。
代码量少、效率高。
多种配置选项
支持多卷（物理驱动器或分区，最多10个卷）
多个ANSI/OEM代码页包括DBCS
支持长文件名、ANSI/OEM或Unicode
支持RTOS
支持多种扇区大小
只读、最小化的API和I/O缓冲区等

二、FATFS模块层次结构

①、底层接口，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，需要我们根据平台和存储介质编写移植代码。
②、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。
③、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。

三、FATFS文件系统包

FATFS文件系统包下载地址
http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html
该网站含有FATFS文件包，也有相应函数的介绍和示范。
FATFS文件系统包结构

diskio.c和diskio.h是硬件层。
ff.c和ff.h是FATFS的文件系统层和文件系统的API层。
FATFS模块在移植的时候，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，可以通过配置里面的一些选项，来满足自己的需求。diskio.c是硬件层，负责与底层硬件接口适配。

四、FATFS文件系统移植

1、ffconf.h：FATFS关键配置文件

_FS_TINY。这个选项在R0.07版本中开始出现，之前的版本都是以独立的C文件出现（FATFS和Tiny FATFS），有了这个选项之后，两者整合在一起了，使用起来更方便。使用FATFS，所以把这个选项定义为0即可。
_FS_READONLY。这个用来配置是不是只读，需要读写都用，所以这里设置为0即可。
_USE_STRFUNC。这个用来设置是否支持字符串类操作，比如f_putc，f_puts等，需要用到，故设置这里为1。
_USE_MKFS。这个用来定时是否使能格式化，需要用到，所以设置这里为1。
_USE_FASTSEEK。这个用来使能快速定位，我们设置为1，使能快速定位。
_USE_LABEL。这个用来设置是否支持磁盘盘符（磁盘名字）读取与设置。我们设置为1，使能，就可以通过相关函数来读取和设置磁盘的名字了。
_CODE_PAGE。这个用于设置语言类型，包括很多选项（见FATFS官网说明），这里设置为936，即简体中文（GBK码，需要c936.c文件支持，该文件在option文件夹）。
_USE_LFN。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3，通过ff_memalloc函数来动态分配长文件名的存储区域。
_VOLUMES。用于设置FATFS支持的逻辑设备数目，我们设置为3的话，即支持3个设备（磁盘）。
_MAX_SS。扇区缓冲的最大值，一般设置为512。

五、FATFS移植步骤

1、数据类型：在integer.h 里面去定义好数据的类型。这里需要了解你用的编译器的数据类型，并根据编译器定义好数据类型。
2、配置：通过ffconf.h配置FATFS的相关功能，以满足你的需要。
3、函数编写：打开diskio.c，进行底层驱动编写，一般需要编写6 个接口函数

①、disk_initialize函数

② 、disk_status函数

③、 disk_read函数

④ 、disk_write函数

⑤ 、disk_ioctl函数

⑥ 、get_fattime函数

六、FATFS开放函数

f_mount - 注册/注销一个工作区域（Work Area）
f_open - 打开/创建一个文件
f_close - 关闭一个文件
f_read - 读文件
f_write - 写文件
f_lseek - 移动文件读/写指针
f_truncate -截断文件
f_sync -  冲洗缓冲数据 Flush Cached Data
f_forward - 直接转移文件数据到一个数据流
f_stat - 获取文件状态
f_opendir - 打开一个目录
f_closedir -关闭一个已经打开的目录
f_readdir - 读取目录条目
f_mkdir - 创建一个目录
f_unlink -删除一个文件或目录
f_chmod -  改变属性（Attribute）
f_utime -改变时间戳（Timestamp）
f_rename - 重命名/移动一个文件或文件夹
f_chdir - 改变当前目录
f_chdrive - 改变当前驱动器
f_getcwd -  获取当前工作目录
f_getfree - 获取空闲簇 Get Free Clusters
f_getlabel - Get volume label
f_setlabel - Set volume label
f_mkfs - 在驱动器上创建一个文件系统
f_fdisk - Divide a physical drive
f_gets - 读一个字符串
f_putc - 写一个字符
f_puts - 写一个字符串
f_printf - 写一个格式化的字符串
f_tell - 获取当前读/写指针
f_eof - 测试文件结束
f_size - 获取文件大小
f_error - 测试文件上的错误

七、diskio.c代码展示
其中SD卡函数详情看上一讲

#include "diskio.h"        /* FatFs lower layer API */
#include "sdio_sdcard.h"
#include "w25qxx.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
//对于W25Q128
//前12M字节给fatfs用,12M字节后,用于存放字库,字库占用3.09M.    剩余部分,给客户自己用
u16     FLASH_SECTOR_COUNT=2048*12;    //W25Q1218,前12M字节给FATFS占用
#define FLASH_BLOCK_SIZE    8       //每个BLOCK有8个扇区//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_Init();//SD卡初始化 break;case EX_FLASH://外部flashW25QXX_Init();FLASH_SECTOR_COUNT=2048*12;//W25Q1218,前12M字节给FATFS占用 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);     while(res)//读出错{SD_Init(); //重新初始化SD卡res=SD_ReadDisk(buff,sector,count);  //printf("sd rd error:%d\r\n",res);}break;case EX_FLASH://外部flashfor(;count>0;count--){W25QXX_Read(buff,sector*FLASH_SECTOR_SIZE,FLASH_SECTOR_SIZE);sector++;buff+=FLASH_SECTOR_SIZE;}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);while(res)//写出错{SD_Init();    //重新初始化SD卡res=SD_WriteDisk((u8*)buff,sector,count);    //printf("sd wr error:%d\r\n",res);}break;case EX_FLASH://外部flashfor(;count>0;count--){                                            W25QXX_Write((u8*)buff,sector*FLASH_SECTOR_SIZE,FLASH_SECTOR_SIZE);sector++;buff+=FLASH_SECTOR_SIZE;}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:res = RES_OK; break;   case GET_SECTOR_SIZE:*(DWORD*)buff = 512; res = RES_OK;break;     case GET_BLOCK_SIZE:*(WORD*)buff = SDCardInfo.CardBlockSize;res = RES_OK;break;   case GET_SECTOR_COUNT:*(DWORD*)buff = SDCardInfo.CardCapacity/512;res = RES_OK;break;default:res = RES_PARERR;break;}}else if(pdrv==EX_FLASH) //外部FLASH  {switch(cmd){case CTRL_SYNC:res = RES_OK; break;     case GET_SECTOR_SIZE:*(WORD*)buff = FLASH_SECTOR_SIZE;res = RES_OK;break;     case GET_BLOCK_SIZE:*(WORD*)buff = FLASH_BLOCK_SIZE;res = RES_OK;break;   case GET_SECTOR_COUNT:*(DWORD*)buff = FLASH_SECTOR_COUNT;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;
}
//动态分配内存
void *ff_memalloc (UINT size)
{return (void*)mymalloc(SRAMIN,size);
}
//释放内存
void ff_memfree (void* mf)
{myfree(SRAMIN,mf);
}