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FatFs文件系统中底层接口解析

• STM32开发 • 阅读 2624

对前面介绍的 STM32H743 移植 FatFs 文件系统，涉及到的底层接口文件 diskio.c 做一下解析。

FatFs文件系统中底层接口解析

一、存储设备状态 disk_status

disk_status 用来查询当前存储设备的状态。

DSTATUS disk_status (
  BYTE pdrv     /* [IN] Physical drive number */
);

Parameter

pdrv：用户定义的物理驱动器号，单驱动器系统中，该参数一直为 0。

Return Values

返回当前设备状态值，具体指在下面描述。FatFs 只使用 STA_NOINIT 和 STA_PROTECT。

STA_NOINIT

说明该设备还未初始化和准备好运行。该标志在系统复位时被设置，当媒体设备被移除或者调用 disk_initialize 函数失败的时候，该标志位被设置。当 disk_initialize 函数被成功调用的时候该标志被清除。当媒体变化或者发生异步访问的时候必须关注该值，或者一些自动挂载方法得不到正确调用的时候也要关注该标志位。如果系统不支持媒介变化检测，应用程序在媒介变化的时候应该明确的再次调用 f_mount 函数来重新挂载。

STA_NODISK

表示当前驱动器号下无设备。该函数在驱动器准备好时被清除。FatFs 不引用该标志。

STA_PROTECT

表明当前设备写保护状态。当设备不包含写保护方法的时候，该标志被清除。当驱动器号下无驱动器的时候，不支持该标志。

二、存储设备初始化 disk_initialize

该函数调用存储设备初始化方法。

DSTATUS disk_initialize (
  BYTE pdrv           /* [IN] Physical drive number */
);

Parameter

pdrv：用户定义的物理驱动器号，单驱动器系统中，该参数一直为 0。

Return Values

该方法返回初始化设备状态标志，返回值与 disk_status 函数的返回值一致。

Description

该函数初始化存储设备使之可以支持一般的读写方法。当该函数调用成功，STA_NOINIT 标志将会清除。

Remarks：该函数必须在 Fatfs 模块的控制下，应用程序不能调用该函数，当需要重新初始化文件系统的时候，调用 f_mount 即可。

三、存储设备读接口 disk_read

该方法在读写存储设备扇区的时候被调用。

DRESULT disk_read (
  BYTE pdrv,     /* [IN] Physical drive number */
  BYTE* buff,    /* [OUT] Pointer to the read data buffer */
  DWORD sector,  /* [IN] Start sector number */
  UINT count     /* [IN] Number of sectros to read */
);

Parameters

pdrv：用户定义的物理驱动器号，单驱动器系统中，该参数一直为 0。

buff：指向要存储的读取数据数组的首地址。

sector：读取扇区的起始标号。

count：读取的扇区的数量。

Return Value

RES_OK (0)：调用成功。

RES_ERROR：在读取操作执行过程中，发生硬件错误并无法修复。

RES_PARERR：不支持的参数类型。

RES_NOTRDY：设备还未初始化。

Description

数据的读写操作是按照扇区进行的，Fatfs 支持的扇区大小从 512 字节到 4096 字节。当 Fatfs 被配置成指定扇区大小的时候(_MIN_SS == MAX_SS,大多数人的选择配置)，读写方法必须和选定的扇区大小配合。单 Fatfs 配置成可变扇区大小的时候(_MIN_SS != MAX_SS)，文件系统将会使用 disk_ioctl 方法来获取扇区大小，该函数将会在 disk_initialize 执行完成之后调用。

buff 的内存地址并不都是字对齐的，不对齐的情况发生在使用 Direct Transfer 的时候，当总线架构，尤其是 DMA 控制器不支持不对齐的内存访问的时候，需要在该方法内部解决不对齐的问题，建议的解决方案如下：

  • 如果有必要，将地址转换为字对齐的地址。
  • 在调用 f_read 的时候，避开一次读取一个扇区的长读取(有一些直接传输无法避开)。
  • 当 f_read(fp, data, btw, bw) 被调用的时候，请确保(((UINT)data & 3) == (f_tell(fp) & 3))表达式结果为真，以保证字对齐。

通常不要将多个扇区读请求转换为单个扇区读模式，否则不能得到很好的数据吞吐量。

四、存储设备写接口 disk_write

该函数将会写入一个或者多个扇区数据到设备中。

DRESULT disk_write (
  BYTE drv,         /* [IN] Physical drive number */
  const BYTE* buff, /* [IN] Pointer to the data to be written */
  DWORD sector,     /* [IN] Sector number to write from */
  UINT count        /* [IN] Number of sectors to write */
);

Parameters

pdrv：用户定义的物理驱动器号，单驱动器系统中，该参数一直为 0。

buff：指向要写入的读取数据数组的首地址。

sector：写入扇区的起始标号。

count：写入扇区数量。

Return Values

RES_OK (0)：调用成功。

RES_ERROR：发生硬件错误且。

RES_WRPRT：设备写保护。

RES_PARERR：不支持的参数。

RES_NOTRDY：设备还未初始化。

Description

写入地址并非一直都是字对齐的，处理方法和 read 一样。

为了好的文件系统吞吐量，多扇区写入不要切换成单扇区写入。

Fatfs 支持硬件层的延迟写入，当写入数据存放在写入缓存中或者写入操作正在执行。写入过程不会立即执行。disk_ioctl  CTRL_SYNC 发出时，写入操作完整写入，因此，如果延迟写入被实现，硬盘的写入性能将会被优化。

应用不能直接调用该函数,否则,文件系统会崩溃。

QuickInfo

当 _FS_READONLY == 1 时，该函数不需要实现。

五、存储设备属性接口 disk_ioctl

该函数操作一些特定的设备属性和一些除了读写之外的属性。

DRESULT disk_ioctl (
  BYTE pdrv,     /* [IN] Drive number */
  BYTE cmd,      /* [IN] Control command code */
  void* buff     /* [I/O] Parameter and data buffer */
);

Parameters

pdrv：硬盘驱动号码。

cmd：控制代码。

buff：执行控制代码附带的缓冲区。如果不需要参数，该函数可以忽略。

Return Value

RES_OK (0)：成功执行。

RES_ERROR：发生错误。

RES_PARERR：控制代码不被支持。

RES_NOTRDY：设备未初始化。

Description

Fatfs 只支持以下五个独立属性。

CommandDescription
CTRL_SYNC保证文件系统已经结束挂起写入处理。如果 IO 模块有写入缓存，此时写入缓存必须立即写入。如果在 disk_write 写入操作中直接写入了，就不需要关注该指令。
GET_SECTOR_COUNT将指定驱动器号的设备的扇区总数返回，返回缓冲区是 DWORD 类型。该指令只会被 f_mkfs
 和 f_fdisk 方法调用，去创建新的分区。前提是 _USE_MKFS == 1 或者 _MULTI_PARTITION == 1
GET_SECTOR_SIZE返回 word 类型的扇区字节数量。支持的返回值是 512，1024，2048 和 4096。该指令只有在打开了可变扇区配置的时候才会被调用，_MAX_SS > _MIN_SS。如果使用以下配置, _MAX_SS == _MIN_SS，该指令不会被调用且只能在指定的扇区大小下工作。
GET_BLOCK_SIZE返回 flash 类型的存储器中一个 block 中包含的扇区数量，可选返回值 1 到 32768。当使用 norflash 或者未知 block 大小的时候，返回值为 0，该指令只有在 f_mkfs 被调用，或者系统尝试将数据区和擦除块对其的时候调用，前提是 _USE_MKFS == 1。
CTRL_TRIM通知设备某个 block 的数据不在需要可以被删除调了。扇区号码存储在 DWORD
 array {<start sector>, <end sector>} pointed by buff。这是一个 ATA 设备支持的特定指令。如果设备不是 flash 或者不支持该接口，该指令什么也不用做。Fatfa 不会检查该指令的返回值，即使擦除失败。该函数在 f_mkfs 方法中移除文件簇链的时候被调用，调用前提
 _USE_TRIM == 1。
Standard ioctl command used by FatFs

Fatfs 不再使用其他扩展指令或者其他用户定义指令。以下表格显示了一些非标准用户指令。

CommandDescription
CTRL_FORMATCreate a physical format on the media. If buff is not null, it is pointer to the call-back function for progress notification.
CTRL_POWER_IDLE
Put the device idle state. STA_NOINIT in the current status flags may not be set if the device goes active state by generic read/write function.
CTRL_POWER_OFFPut the device off state. Shut-down the power to the device and deinitialize the device interface if needed. STA_NOINIT in the current status flags must be set. The device goes active state bydisk_initialize function.
CTRL_LOCKLock media eject mechanism.
CTRL_UNLOCKUnlock media eject mechanism.
CTRL_EJECTEject media cartridge. STA_NOINIT and STA_NODISK in status flag are set after the function succeeded.
MMC_GET_TYPEGet card type. The type flags, bit0:MMCv3, bit1:SDv1, bit2:SDv2+ and bit3:LBA, is stored to a BYTE variable pointed by buff. (MMC/SDC specific command)
MMC_GET_CSDGet CSD register into a 16-byte buffer pointed by buff. (MMC/SDC specific command)
MMC_GET_CIDGet CID register into a 16-byte buffer pointed by buff. (MMC/SDC specific command)
MMC_GET_OCRGet OCR register into a 4-byte buffer pointed by buff. (MMC/SDC specific command)
MMC_GET_SDSTATGet SDSTATUS register into a 64-byte buffer pointed by buff. (SDC specific command)
ATA_GET_REVGet the revision string into a 16-byte buffer pointed by buff. (ATA/CFC specific command)
ATA_GET_MODELGet the model string into a 40-byte buffer pointed by buff. (ATA/CFC specific command)
ATA_GET_SNGet the serial number string into a 20-byte buffer pointed by buff. (ATA/CFC specific command)
ISDIO_READRead a block of iSDIO registers specified by command structure pointed by buff. (FlashAir specific command)
ISDIO_WRITEWrite a block of data to iSDIO registers specified by command structure pointed by buff.(FlashAir specific command)
ISDIO_MRITEChange bits in an iSDIO register specified by command structure pointed by buff. (FlashAir specific command)
Example of optional ioctl command

QuickInfo

当 _FS_READONLY == 1 或者 _MAX_SS == _MIN_SS 的时候，该函数不被调用。

六、存储设备获取当前时间 get_fattime

该函数获取当前时间。

DWORD get_fattime (void);

Return Value

在一个 DWORD 类型中返回当前时间。位区间定义如下：

bit31:25，定义年增量，基础值 1980 (0..127)

bit24:21，月份(1..12)

bit20:16，月日期(1..31)

bit15:11，小时(0..23)

bit10:5，分钟(0..59)

bit4:0，秒的一半/ 2 (0..29)

Description

即使系统没有实时时钟，该函数也应该返回一个固定的时间配置。如果返回零，系统文件将没有时间戳。

QuickInfo

当 _FS_READONLY == 1 或者 _FS_NORTC == 1 的时候，不需要该函数。

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