一、FatFs簡(jiǎn)介

FatFs 是面向小型嵌入式系統(tǒng)的一種通用的 FAT 文件系統(tǒng)。它完全是由 ANSI C 語(yǔ)言編寫(xiě)并且完全獨(dú)立于底層的 I/O 介質(zhì)。因此它可以很容易地不加修改地移植到其他的處理器當(dāng)中，如 8051、PIC、AVR、SH、Z80、H8、ARM 等。FatFs 支持 FAT12、FAT16、FAT32 等格式，所以我們利用前面寫(xiě)好的 SPI Flash 芯片驅(qū)動(dòng)，把 FatFs 文件系統(tǒng)代碼移植到工程之中，就可以利用文件系統(tǒng)的各種函數(shù)，對(duì) SPI Flash 芯片以“文件”格式進(jìn)行讀寫(xiě)操作了。

FatFs 文件系統(tǒng)的源碼可以從 fatfs 官網(wǎng)下載:
http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html

1.1 FatFs文件系統(tǒng)布局

簇是文件存儲(chǔ)的最小單元，F(xiàn)AT32分區(qū)大小與對(duì)應(yīng)簇空間大小關(guān)系如下表示：

例如：創(chuàng)建一個(gè)50字節(jié)的test.txt文件，文件大小是50字節(jié)，但是占用磁盤(pán)空間為4096字節(jié)（一個(gè)簇）

1.2 FatFs層次結(jié)構(gòu)

• 最頂層是應(yīng)用層：使用者只需要調(diào)用FATFS模塊提供給用戶的一系列應(yīng)用接口函數(shù)（如f_open, f_read, f_write和f_close等），就可以像在PC上讀寫(xiě)文件那樣簡(jiǎn)單

• 中間層FATFS模塊：實(shí)現(xiàn)了FAT文件讀寫(xiě)協(xié)議；它提供了ff.c和ff.h文件，一般情況下不用修改，使用時(shí)將頭文件包含進(jìn)去即可

• 最底層是FATFS模塊的底層接口：包括存儲(chǔ)媒介讀寫(xiě)接口和供給文件創(chuàng)建修改時(shí)間的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，需要在移植時(shí)編寫(xiě)對(duì)應(yīng)的代碼

FATFS源碼相關(guān)文件介紹如下表示；移植FATFS模塊時(shí)，一般只需要修改2個(gè)文件（即ffconf.h和diskio.c）

與平臺(tái)無(wú)關(guān)：

與平臺(tái)相關(guān)：

1.3 FatFs API

1.3.1 f_mount

1.3.2 f_open

1.3.3 f_close

1.3.4 f_read

1.3.5 f_write

另外FatFs還有很多API操作函數(shù)，在這里不再作詳細(xì)的介紹，詳細(xì)信息請(qǐng)查看FatFs文件系統(tǒng)官網(wǎng)。

二、新建工程

1. 打開(kāi) STM32CubeMX 軟件，點(diǎn)擊“新建工程”

2. 選擇 MCU 和封裝

3. 配置時(shí)鐘
RCC 設(shè)置，選擇 HSE(外部高速時(shí)鐘) 為 Crystal/Ceramic Resonator(晶振/陶瓷諧振器)

4. 配置調(diào)試模式
非常重要的一步，否則會(huì)造成第一次燒錄程序后續(xù)無(wú)法識(shí)別調(diào)試器
SYS 設(shè)置，選擇 Debug 為 Serial Wire

三、SDIO

STM32 控制器可以控制使用單線或 4 線傳輸，本開(kāi)發(fā)板設(shè)計(jì)使用 4 線傳輸。

3.1 參數(shù)配置

在 Connetivity 中選擇 SDIO 設(shè)置，并選擇 SD 4 bits Wide bus 四線SD模式

Clock transition on which the bit capture is made： Rising transition。主時(shí)鐘 SDIOCLK 產(chǎn)生 CLK 引腳時(shí)鐘有效沿選擇，可選上升沿或下降沿，它設(shè)定 SDIO 時(shí)鐘控制寄存器(SDIO_CLKCR)的 NEGEDGE 位的值，一般選擇設(shè)置為上升沿。

SDIO Clock divider bypass： Disable。時(shí)鐘分頻旁路使用，可選使能或禁用，它設(shè)定 SDIO_CLKCR 寄存器的 BYPASS 位。如果使能旁路，SDIOCLK 直接驅(qū)動(dòng) CLK 線輸出時(shí)鐘；如果禁用，使用 SDIO_CLKCR 寄存器的 CLKDIV 位值分頻 SDIOCLK，然后輸出到 CLK 線。一般選擇禁用時(shí)鐘分頻旁路。

SDIO Clock output enable when the bus is idle： Disable the power save for the clock。節(jié)能模式選擇，可選使能或禁用，它設(shè)定 SDIO_CLKCR 寄存器的 PWRSAV 位的值。如果使能節(jié)能模式，CLK 線只有在總線激活時(shí)才有時(shí)鐘輸出；如果禁用節(jié)能模式，始終使能 CLK 線輸出時(shí)鐘。

SDIO hardware flow control： The hardware control flow is disabled。硬件流控制選擇，可選使能或禁用，它設(shè)定 SDIO_CLKCR 寄存器的 HWFC_EN 位的值。硬件流控制功能可以避免 FIFO 發(fā)送上溢和下溢錯(cuò)誤。

SDIOCLK clock divide factor： 6。時(shí)鐘分頻系數(shù)，它設(shè)定 SDIO_CLKCR 寄存器的 CLKDIV 位的值，設(shè)置 SDIOCLK 與 CLK 線輸出時(shí)鐘分頻系數(shù)：CLK 線時(shí)鐘頻率=SDIOCLK/([CLKDIV+2])。

SDIO_CK 引腳的時(shí)鐘信號(hào)在卡識(shí)別模式時(shí)要求不超過(guò) 400KHz，而在識(shí)別后的數(shù)據(jù)傳輸模式時(shí)則希望有更高的速度（最大不超過(guò) 25MHz），所以會(huì)針對(duì)這兩種模式配置 SDIOCLK 的時(shí)鐘。

這里參數(shù)描述建議將SDIOCLK clock divede factor 參數(shù)使用默認(rèn)值為0，SDIOCLK為72MHz，可以得到最大頻率36MHz，但請(qǐng)注意，有些型號(hào)的SD卡可能不支持36MHz這么高的頻率，所以還是要以實(shí)際情況而定。

3.2 配置DMA

SDIO 外設(shè)支持生成 DMA 請(qǐng)求，使用 DMA 傳輸可以提高數(shù)據(jù)傳輸效率，因此在 SDIO 的控制代碼中，可以把它設(shè)置為 DMA 傳輸模式或輪詢(xún)模式，ST 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供 SDIO 示例中針對(duì)這兩個(gè)模式做了區(qū)分處理。應(yīng)用中一般都使用DMA 傳輸模式。

點(diǎn)擊 DMA Settings 添加 SDIO 對(duì)應(yīng) DMA2 的通道4。DMA模式選擇循環(huán)模式，方向選為內(nèi)存到外設(shè)。

• Priority：
  當(dāng)發(fā)生多個(gè) DMA 通道請(qǐng)求時(shí)，就意味著有先后響應(yīng)處理的順序問(wèn)題，這個(gè)就由仲裁器也管理。仲裁器管理 DMA 通道請(qǐng)求分為兩個(gè)階段。第一階段屬于軟件階段，可以在 DMA_CCRx 寄存器中設(shè)置，有 4 個(gè)等級(jí)：非常高、高、中和低四個(gè)優(yōu)先級(jí)。第二階段屬于硬件階段，如果兩個(gè)或以上的 DMA 通道請(qǐng)求設(shè)置的優(yōu)先級(jí)一樣，則他們優(yōu)先級(jí)取決于通 道編號(hào)，編號(hào)越低優(yōu)先權(quán)越高，比如通道 0 高于通道 1。在大容量產(chǎn)品和互聯(lián)型產(chǎn)品中，DMA1 控制器擁有高于 DMA2 控制器的優(yōu)先級(jí)。
• Mode：
  Normal 表示單次傳輸，傳輸一次后終止傳輸。
  Circular 表示循環(huán)傳輸，傳輸完成后又重新開(kāi)始繼續(xù)傳輸，不斷循環(huán)永不停止。
• Increment Address：
  Peripheral 表示外設(shè)地址自增。
  Memory 表示內(nèi)存地址自增。
• Data Width：
  Byte 一個(gè)字節(jié)。
  Half Word 半個(gè)字，等于兩字節(jié)。
  Word 一個(gè)字，等于四字節(jié)。

3.3 配置NVIC

DMA及SDIO中斷設(shè)置，原則是全局中斷優(yōu)先級(jí)高于DMA中斷

四、FATFS

4.1 參數(shù)配置

在 Middleware 中選擇 FATFS 設(shè)置，并勾選 SD Card 配置為SD卡

• Function Parameters 跳過(guò)

• Locale and Namespace Parameters：

  • CODE_PAGE(Code page on target)： Simplified Chinese GBK(DBCS,OEM,Windows) 支持簡(jiǎn)體中文編碼
  • USE_LFN(Use Long Filename)： Enabled with dynamic working buffer on the STACK 支持長(zhǎng)文件名，并指定使用?？臻g為緩沖區(qū)

緩存工作區(qū)為什么放在棧？其實(shí)fatfs提供了三個(gè)選項(xiàng)：BSS，STACK , HEAP，根據(jù)個(gè)人情況選一個(gè)。
在BSS上啟用帶有靜態(tài)工作緩沖區(qū)的LFN，不能動(dòng)態(tài)分配。
如果選擇了HEAP(堆)且自己有屬于自己的malloc就去重寫(xiě)ff_memalloc ff_memfree函數(shù)。如果是庫(kù)的malloc就不需要。
一般都選擇使用STACK（棧），能動(dòng)態(tài)分配。
當(dāng)使用堆棧作為工作緩沖區(qū)時(shí)，請(qǐng)注意堆棧溢出。

• Physical Drive Parameters：
  • VOLUMES(Logical drivers)： 2 指定物理設(shè)備數(shù)量，這里設(shè)置為 2，包括預(yù)留 SD 卡和 SPI Flash 芯片
  • MAX_SS(Maximum Sector Size)： 512 指定扇區(qū)大小的最大值。SD 卡扇區(qū)大小一般都為 512 字節(jié)，SPI Flash 芯片扇區(qū)大小一般設(shè)置為 4096 字節(jié)，所以需要把 _MAX_SS 改為 512
  • MIN_SS(Minimum Sector Size)： 512 指定扇區(qū)大小的最小值

4.2 配置SD卡檢測(cè)引腳

SD卡插入檢測(cè)引腳，如果不配置一個(gè)引腳生成文件時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)，所以這里即使沒(méi)有硬件連接，也可以任意設(shè)置一引腳使用，生成工程后注釋代碼。

4.3 增大?？臻g

將最小棧空間改到 0x1000

注意：由于剛才設(shè)置長(zhǎng)文件名動(dòng)態(tài)緩存存儲(chǔ)在堆中，故需要增大堆大小，如果不修改則程序運(yùn)行時(shí)堆會(huì)生成溢出，程序進(jìn)入硬件錯(cuò)誤中斷(HardFault)，死循環(huán)。

4.4 生成代碼

輸入項(xiàng)目名和項(xiàng)目路徑

五、屏蔽SD卡插入檢測(cè)代碼

由于沒(méi)有檢測(cè)SD卡插入的硬件引腳，打開(kāi) bsp_driver_sd.c 文件，修改 BSP_SD_IsDetected() 函數(shù)，始終返回SD_PRESENT：

六、修改main函數(shù)

定義相關(guān)變量：

FATFS fs;                       /* FatFs 文件系統(tǒng)對(duì)象 */
FIL file;                       /* 文件對(duì)象 */
FRESULT f_res;                  /* 文件操作結(jié)果 */
UINT fnum;                      /* 文件成功讀寫(xiě)數(shù)量 */
BYTE ReadBuffer[1024] = {0};    /* 讀緩沖區(qū) */
BYTE WriteBuffer[] =            /* 寫(xiě)緩沖區(qū) */
    "This is STM32 working with FatFs\r\n";

修改main函數(shù)：

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_SDIO_SD_Init();
  MX_FATFS_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
    printf("\r\n****** FatFs Example ******\r\n\r\n");
    
    //在外部 SD 卡掛載文件系統(tǒng)，文件系統(tǒng)掛載時(shí)會(huì)對(duì) SD 卡初始化
    f_res = f_mount(&fs, "0:", 1);
    
    /*----------------------- 格式化測(cè)試 ---------------------------*/
    printf("\r\n****** Register the file system object to the FatFs module ******\r\n");
    /* 如果沒(méi)有文件系統(tǒng)就格式化創(chuàng)建創(chuàng)建文件系統(tǒng) */
    if(f_res == FR_NO_FILESYSTEM)
    {
        printf("The SD card does not yet have a file system and is about to be formatted...\r\n");
        /* 格式化 */
        f_res = f_mkfs("0:", 0, 0);
        if(f_res == FR_OK)
        {
            printf("The SD card successfully formatted the file system\r\n");
            /* 格式化后，先取消掛載 */
            f_res = f_mount(NULL, "0:", 1);
            /* 重新掛載 */
            f_res = f_mount(&fs, "0:", 1);
        }
        else
        {
            printf("The format failed\r\n");
            while(1);
        }       
    }
    else if(f_res != FR_OK)
    {
        printf(" mount error : %d \r\n", f_res);
        while(1);
    }
    else
    {
        printf(" mount sucess!!! \r\n");
    }
    
    /*----------------------- 文件系統(tǒng)測(cè)試：寫(xiě)測(cè)試 -----------------------------*/
    /* 打開(kāi)文件，如果文件不存在則創(chuàng)建它 */
    printf("\r\n****** Create and Open new text file objects with write access ******\r\n");
    f_res = f_open(&file, "0:FatFs STM32cube.txt", FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE);
    if(f_res == FR_OK)
    {
        printf(" open file sucess!!! \r\n");
        /* 將指定存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)容寫(xiě)入到文件內(nèi) */
        printf("\r\n****** Write data to the text files ******\r\n");
        f_res = f_write(&file, WriteBuffer, sizeof(WriteBuffer), &fnum);
        if(f_res == FR_OK)
        {
            printf(" write file sucess!!! (%d)\n", fnum);
            printf(" write Data : %s\r\n", WriteBuffer);
        }
        else
        {
            printf(" write file error : %d\r\n", f_res);
        }
        /* 不再讀寫(xiě)，關(guān)閉文件 */
        f_close(&file);
    }
    else
    {
        printf(" open file error : %d\r\n", f_res);
    }
    
    /*------------------- 文件系統(tǒng)測(cè)試：讀測(cè)試 ------------------------------------*/
    printf("\r\n****** Read data from the text files ******\r\n");
    f_res = f_open(&file, "0:FatFs STM32cube.txt", FA_OPEN_EXISTING | FA_READ);
    if(f_res == FR_OK)
    {
        printf(" open file sucess!!! \r\n");
        f_res = f_read(&file, ReadBuffer, sizeof(ReadBuffer), &fnum);
        if(f_res == FR_OK)
        {
            printf("read sucess!!! (%d)\n", fnum);
            printf("read Data : %s\r\n", ReadBuffer);
        }
        else
        {
            printf(" read error!!! %d\r\n", f_res);
        }
    }
    else
    {
        printf(" open file error : %d\r\n", f_res);
    }
    /* 不再讀寫(xiě)，關(guān)閉文件 */
    f_close(&file);
    /* 不再使用文件系統(tǒng)，取消掛載文件系統(tǒng) */
    f_mount(NULL, "0:", 1);
    /* 操作完成，停機(jī) */

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

七、查看打印

串口打印功能查看 STM32CubeMX學(xué)習(xí)筆記（6）——USART串口使用

八、工程代碼

鏈接：https://pan.baidu.com/s/1kgJ7AmbnW89yHcrgBzD_1w 提取碼：kg5a

九、注意事項(xiàng)

f_open、f_write、f_read如果偶爾有問(wèn)題；f_mkfs報(bào)錯(cuò) FS_DISK_ERR，可以加上了SDIO硬件流使能試試。

用戶代碼要加在 USER CODE BEGIN N 和 USER CODE END N 之間，否則下次使用 STM32CubeMX 重新生成代碼后，會(huì)被刪除。

? 由 Leung 寫(xiě)于 2021 年 12 月 7 日

? 參考：STM32CubeMX系列教程18:文件系統(tǒng)FATFS
　　　　STM32CubeMX系列|FATFS文件系統(tǒng)
　　　　1.6 Cubemx_STM32F103_NOOS SDIO_DMA_FATFS基于SD卡的FATFS測(cè)試(一)
　　　　【STM32Cube_20】在SD卡上移植FATFS文件系統(tǒng)
　　　　STM32CubeMX之SD卡+FatFs