NIOS2随笔——FAT32文件系统

1. 概述

FAT32是Windows系统硬盘分区格式的一种，最大单文件大小为4GB。

FAT32由下面3个部分组成：

• MBR: Master Boot Record, 512KB, 硬盘的物理0地址，以0x55aa结束分区；

• FAT: File Allocation Table, 512*2KB, 32位的文件分配表，最大单文件大小为4GB，以0x55aa结束分区；

• File and Directory Data：数据与目录区域。

比如，一个42B的文件会占用2K=4个sector(512KB)。

2. FATFS源码介绍

FATFS是免费开源的FAT文件系统，特别适合小型嵌入式设备使用，FATFS支持FAT12/FAT16/FAT32。

FATFS文件系统结构：

FATFS源码文件如下表：

文件名	功能	说明
ffconf.h	FATFS模块配置文件	需要根据需求配置参数
ff.h	FATFS和应用模块公用的头文件	不修改
ff.c	FATFS模块源码	不修改
diskio.h	FATFS和disk I/O模块公用的头文件	不修改
diskio.c	FATFS和disk I/O模块接口层文件	与平台相关的代码，需要根据介质编写函数
integer.h	数据类型定义	与编译器相关
option文件夹	可选的外部功能	比如要支持汉字需要修改

FATFS源码网址：http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html

3. FATFS源码移植

FATFS移植的三个步骤

• 数据类型：在integer.h里面去定义好数据的类型

• 配置：通过ffconf.h配置FATFS的相关功能

• 函数编写：在diskio.c中进行底层驱动编写，一般需要编写5个函数disk_status, disk_initialize

disk_read, disk_write, disk_ioctl, get_fattime

在ffconf.h中，主要修改支持的函数齐全程度，支持的字体格式等。

#define _FS_MINIMIZE	0
/* This option defines minimization level to remove some basic API functions.
/
/   0: All basic functions are enabled.
/   1: f_stat(), f_getfree(), f_unlink(), f_mkdir(), f_truncate() and f_rename()
/      are removed.
/   2: f_opendir(), f_readdir() and f_closedir() are removed in addition to 1.
/   3: f_lseek() function is removed in addition to 2. */
#define _CODE_PAGE	1
/* This option specifies the OEM code page to be used on the target system.
/  Incorrect setting of the code page can cause a file open failure.
/
/   1   - ASCII (No extended character. Non-LFN cfg. only)
/   437 - U.S.
/   936 - Simplified Chinese (DBCS)
*/
#define	_USE_LFN	0
#define	_MAX_LFN	255

#define	_LFN_UNICODE	0
/* This option switches character encoding on the API. (0:ANSI/OEM or 1:UTF-16)
/  To use Unicode string for the path name, enable LFN and set _LFN_UNICODE = 1.
/  This option also affects behavior of string I/O functions. */

在diskio.c中，修改对应的驱动程序(SPI底层驱动查看博文"NIOS2随笔——SD卡之SPI操作

")，修改好的代码如下：

//filename: diskio.c
//author:   shugen.yin
//date:     2016.12.22
//function: FATFS Lower layer API

#include "diskio.h"		/* FatFs lower layer API */
#include "sd_spi.h"	
//初始化磁盘
DSTATUS disk_initialize (
	BYTE pdrv
)
{
	u8 res=0;	    

	res = SD_Initialize();//SD_Initialize()

	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;
} 
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		 	 

	res=SD_ReadDisk(buff,sector,count);

   //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;	   
}
#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		 	 

	res=SD_WriteDisk((u8*)buff,sector,count);

    //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
#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;						  			     

	switch(cmd)
	{
		    case CTRL_SYNC:
				SD_CS_SET;
		        if(SD_WaitReady()==0)res = RES_OK; 
		        else res = RES_ERROR;	  
				SD_CS_CLR;
		        break;	 
		    case GET_SECTOR_SIZE:
		        *(WORD*)buff = 512;
		        res = RES_OK;
		        break;	 
		    case GET_BLOCK_SIZE:
		        *(WORD*)buff = 8;
		        res = RES_OK;
		        break;	 
		    case GET_SECTOR_COUNT:
		        *(DWORD*)buff = SD_GetSectorCount();
		        res = RES_OK;
		        break;
		    default:
		        res = RES_PARERR;
		        break;
	    }

    return res;
}
#endif
DWORD get_fattime (void)
{				 
	return 0;
}			 
//动态分配内存
void *ff_memalloc (UINT size)			
{
	return (void*)size;
}
//释放内存
void ff_memfree (void* mf)		 
{
}

4. 搭建软硬件环境

这里沿用博文"NIOS2随笔——SD卡之SPI操作"中的工程，将TF卡(2GB)借SD卡套插入SD卡卡座，如下图所示：

编写main函数，最终编译运行：终端显示file write成功

5. 最终结果

用读卡器打开TF卡，HELLO.TXT文件生成，打开文件内容正确写入。