fatfs结构及源码分析。

目录

一、API的函数功能简述 

二、FATFS主要数据结构 

　　1、FAT32文件系统的结构

　　2、FATFS主要数据结构

　　　　①   FATFS

　　　　②   DIR 

　　　　③  FIL

　　　　④  FILINFO 

　　　　⑤  win[512]

　　　　⑥  buffer 

三、函数功能与实现详细分析

　　 0、move_window

　　 1、f_mountdrv 

　　 2、f_open

 　　3、f_read

 　　4、f_write 

 　　5、f_sync

 　　6、f_opendir 

 　　7、f_mkdir

 　　8、f_unlink 

 　　9、f_lseek

 　　10、f_readdir 

 四、FATFS文件系统解惑

　　1、win[]和buffer

　　2、无缓冲区模式

　　3、_FS_READONLY模式 

五、FATFS文件系统函数使用注意事项 

 

一、API的函数功能简述

1、  FRESULT f_open (FIL*, const char*, BYTE);                        

函数功能：打开或者创建一个文件

2、FRESULT f_read (FIL*, BYTE*, WORD, WORD*);                         

函数功能：读一个文件

3、FRESULT f_close (FIL*);                                                                      

函数功能：关闭一个文件

4、FRESULT f_lseek (FIL*, DWORD);                                             

函数功能：移动文件的指针

5、FRESULT f_opendir (DIR*, const char*);                              

函数功能：读一个目录中的目录项

6、FRESULT f_readdir (DIR*, FILINFO*);                                             

函数功能：读取目录的内容

7、FRESULT f_stat (const char*, FILINFO*);                             

函数功能：获取文件的状态

8、FRESULT f_getfree (DWORD*);                                                        

函数功能：获得可用簇的数量

9、FRESULT f_mountdrv ();

函数功能：初始化文件系统

10、FRESULT f_write (FIL*, const BYTE*, WORD, WORD*);

函数功能：写文件

11、FRESULT f_sync (FIL*);                                                                     

函数功能：同步文件缓冲区的内容到磁盘中

12、FRESULT f_unlink (const char*);      

函数功能：删除一个文件或者目录

13、FRESULT   f_mkdir (const char*);                                                   

函数功能：创建一个目录

14、FRESULT f_chmod (const char*, BYTE, BYTE);        

函数功能：更改文件的属性 

二、FATFS主要数据结构

1、FAT32文件系统的结构

　　概念与分区功能简述：

MBR:

　　保存了磁盘的分区信息（分区的起始地址、分区大小、分区结束地址）

DBR：

　　保存了当前分区的详细参数（比如FAT表的位置、FAT表的的大小、簇大小、扇区大小、根目录中最大目录项数等等）

FAT表：

　　以簇的形式对数据区重新划分空间，在FAT表中建立了簇的使用情况，哪些已经被占用，哪些没有被占用；簇链的结构，也即是簇与簇之间的连接关系。

目录：

　　在目录中，存在众多的目录项，目录项记录了文件名、大小、起始地址等等。

目录项：

　　目录中的存储单位，记录了每一个文件或者目录的信息。

数据区：

　　数据区中纯粹的文件数据

扇区：

　　SD卡最小的读写单位，512字节，也就是说一次最少读取或者写入的数据是512字节。

☆  说明

<1> 有些SD卡格式化后，并没有MBR部分，而且SD卡格式化后磁盘上只存在一个磁盘分区。也就是说，即使SD卡上有MBR部分，在MBR的DPT（硬盘分区表）中也只有一个分区记录。

<2> 位于数据区之前的可以称之为文件系统管理区，此区域是以物理扇区为单位进行管理的，数据区则是以簇为单位进行管理的。

笔者认为1：

　　狭义上的文件专指普通文件，目录则是位于普通文件的上层，用于管理处在其中的文件或者目录栏。笔者认为广义上的文件包含”目录和普通文件”。这样说目录，表示目录实际上也是一个文件，只不过是一个管理文件信息的特殊文件。

　　可以说文件与目录既有区别，又有联系。普通文件在文件管理的时候，给文件设计了一个管理变量—文件指针，用于指示文件当前读取或者写入的位置，它是以字节为单位进行计算的；而目录其实也有一个管理读取或者写入的位置的变量—目录指针，它则是以目录项（32字节）为单位进行计算的。

笔者认为2：

　　文件 = 目录中的目录项、FAT表、文件对应的数据区内容

<1> 查看磁盘信息就是查看DBR和FAT表

<2> 读取文件就是查看目录项、FAT表和文件对应的数据区内容

<3> 写文件就是修改目录项、FAT表、文件对应的数据区内容

2、FATFS主要数据结构

①   FATFS

功能：保存了SD卡和文件系统的信息，主要是记录了DBR中的信息

/* 文件系统对象 */
typedef struct _FATFS {
    BYTE    fs_type;        // FAT文件系统的类型
    BYTE    files;          // 当前操作的文件数
    BYTE    sects_clust;    // 每簇扇区数
    BYTE    n_fats;         // FAT表个数
    WORD    n_rootdir;      // 根目录中的目录项项数
    BYTE    dirtyflag;      // 当前存储在win[]中的内容是否修改过
    
    BYTE    pad1;
    DWORD    sects_fat;      // 每个FAT表的扇区数
    DWORD    max_clust;      // Maximum cluster# + 1
    DWORD    fatbase;        // FAT起始扇区
    DWORD    dirbase;        // 根目录起始扇区
    DWORD    database;       // 数据区起始扇区
    DWORD    winsect;        // 保存在win[]中的当前扇区地址
    BYTE    win[512];        // 目录和FAT分配表的缓冲区
} FATFS;  

　　拥有参数fats、sects_fat、fatbase、dirbase、database、sects_clust就知道了文件系统的整个布局，就可以方便的访问文件系统的每一部分。

②   DIR

功能：作为目录项的指针，既可以用于记录一个特定文件在目录中的位置，又可以用于记录在目录中当前目录项指针的位置（类似与文件指针）。

typedef struct _DIR {
    DWORD    sclust;      // 目录起始簇号
    DWORD    clust;       // 当前簇号
    DWORD    sect;        // 当前扇区地址（物理扇区地址）    
    WORD    index;        // 当前索引（目录中的逻辑索引）
                          // 需要强调一点：索引是从目录的开始地址算起，每32Bytes加1，而且即使
                          // 切换扇区和簇，index也不会从0开始重新计数；只有当切换目录时，才会
                          // 重新清零
} DIR;

☆  说明

<1 > 记录特定文件在目录中的位置只需要sect和index

<2> 用于记录目录的位置只需要sclust;记录目录指针则需要clust、sect、index。

□  本文规定

　　本文所说的目录指针指的是目录的当前目录项位置，有clust、sect、index构成完整的目录指针。

③  FIL

功能：记录普通文件（不是目录文件）的详细信息，比如文件对应的目录项位置，文件起始簇号，文件指针，文件大小等。

typedef struct _FIL {
    DWORD    fptr;            // 文件指针，从文件的起始地址开始，以字节为单位计算
    DWORD    fsize;       　　// 文件大小
    DWORD    org_clust;       // 文件起始簇号
    DWORD    curr_clust;    　// 当前簇号
    DWORD    curr_sect;       // 当前扇区地址，buffer缓冲区中存储的是该扇区的内容
#ifndef _FS_READONLY

    DWORD    dir_sect;        // 文件对应的目录项所在扇区号
    BYTE*    dir_ptr;         // 目录项在win[]中的入口地址
    
#endif
    BYTE*    buffer;          // 指向文件读写缓冲区（512字节）
    BYTE    flag;             // 文件状态标识
    BYTE    sect_clust;       // 当前簇中剩余扇区数
} FIL;

☆  说明

<1> dir_sect、dir_ptr记录了文件对应在目录中目录项的位置

<2> org_clust记录了文件的起始簇号

<3> fptr为文件指针，记录了文件当前读写的相对于开始处的偏移量（以字节为单位）

<4> curr_clust、curr_sect、sect_clust实际上也是文件读写指针，只不过它记录的是物理偏移量，结合着fptr就可以在物理磁盘上确定文件指针的确切位置。

□  本文规定

　　本文所说的文件指针在不同的语境中有两种含义：广义的文件指针指fptr、curr_clust、curr_sect、sect_clust，狭义的文件指针专指fptr。

④   FILINFO

功能：常用于需要获取文件参数的函数中，该结构体用于保存文件的属性，比如说文件的大小、创建时间、文件名字等。

typedef struct _FILINFO {
    DWORD fsize;            // 文件大小
    WORD fdate;             // 日期
    WORD ftime;             // 时间
    BYTE fattrib;           // 属性
    char fname[8+1+3+1];    // 名字(8.3 格式)
} FILINFO;

☆  Fname保存了文件的名字，但是是8.3格式的，这与它在目录项中存储的文件名不一样。

⑤  win[512]

　　位于FATFS结构体中，作为目录项或者FAT分配表的读写缓冲区。它不是某一个文件专有的缓冲区，而是整个文件系统的公共读写缓冲区。

<1> 当读取MBR、DBR的内容时，就需要借助于这个系统缓冲区。

<2> 当读写FAT表时，也需要将磁盘中FAT表的数据读取到该缓冲区中，或者将缓冲区中的内容写入到磁盘对应的扇区中。

<3> 当读写某一文件的信息（而非文件的数据时），就需要在此缓冲区中操作。而读写另外一个文件的信息时，则需要将上一个文件在缓冲区中的内容视情况同步到磁盘中，然后加载此文件的目录项对应扇区内容到缓冲区win[512]中。

<4> 文件包含对应的目录项和数据空间。目录项需要在win[]中操作在第<3>点已经说明了，而文件的数据空间的操作，则是交给了用户缓冲区，用户通过用户缓冲区读写文件的内容。文件的数据空间，有时也会通过文件的buffer与用户空间打交道。这将在⑥中进行讲述。

<5> 目录的操作全部都是在这个缓冲区中操作的，应用程序层也不会为目录开辟数据空间，所以目录的数据缓冲空间就是在这个缓冲区。需要注意的是：目录（目录文件）包含目录项（记录于上一层目录中）和数据空间，它的数据空间又担当了保存目录项的功能。不管是目录的目录项，还是目录的数据空间全部使用win[]缓冲区操作。

⑥  buffer

　　buffer是一个指向512字节缓冲区的指针，位于FIL结构体中，也就相当于是FIL中有一个512字节缓冲区的成员。此512字节的缓冲区，是一个文件的专有缓冲区。用于当文件的读写没有按照512字节对齐的时候，作为架接在磁盘与用户读写缓冲区之间的临时缓冲区。 

三、函数功能与实现详细分析

0、move_window

　　这个函数不是一个可供用户调用的函数，是一个静态函数，只能被文件系统其他函数所调用。之所以首先讨论这个函数是因为它是唯一能够操作win[]（系统缓冲区）的函数，其他的函数要想操作win[]，必须通过调用此函数实现。

<1> 函数原型

BOOL move_window (
         DWORD sector                  /* Sector number to make apperance in the FatFs->win */

)   

<2> 函数说明

@函数功能：win[]操作函数（DBR、FAT表、目录项）

　　　　　　① 读取新的扇区内容到临时缓冲区win[]

                 ② 同步win[]中的内容到磁盘

       注意：

              <1> 如果读取新的扇区号就是现在存储在win[]中的扇区号，就什么也不操作

              <2> 如果不同，则根据情况同步win[]到磁盘中，并且将新扇区中的内容读取到win[]中

       　　  <3> 如果sector为0，则函数功能变为同步win[]到磁盘中，不会读取0扇区的内容到win[]

   @输入参数：sector 要读取扇区的扇区号

   @输出参数： 无

<3> 备注

         此函数被下列函数所直接或者间接调用：

第一类：操作FAT表

① get_cluster

② put_cluster

③ remove_chain

④ create_chain

第二类：操作MBR、DBR

⑤ check_fs

第三类：操作目录项所在扇区（目录的数据空间）

⑥ trace_path

<4> 程序实现方法简述

　　首先判断要读取的扇区号是否与当前缓存在win[]中的扇区号一致。倘若一致，则无需执行任何操作。倘若不一致，再判断缓存在win[]中的内容是否被修改过，如果修改过，就需要更新到磁盘，最后还要把新扇区中的内容加载到win[]中。

     传入参数0,0与当前缓存在win[]的扇区号肯定不一样，所以一定会同步win[]内容到磁盘中。 

<5> 程序执行示意图

① 程序执行前

 

② 程序执行中

 

 ③ 程序执行后

 

 1、f_mountdrv

<1> 函数原型

FRESULT f_mountdrv ()

<2> 函数说明

@函数功能:

　　1.初始化SD卡

　　2、填充FatFs对象，即记录物理磁盘的相关参数

@输入参数 ：无

@输出参数： 无

<3> 备注

<4> 程序实现方法简述

     首先调用SD卡初始化函数，对SD卡进行初始化。然后读取物理磁盘0号扇区的内容，判断是否是DBR扇区。如果不是DBR扇区，那么肯定就是MBR扇区，再从MBR扇区中获取DBR扇区的地址，将DBR扇区的内容调取到win[]中。

     接下来从win[]中，填充FatFs类型的系统对象，这样物理磁盘和文件系统的参数就被保存到了这个对象中。以后，程序就可以从全局变量--FatFs类型的变量，访问文件系统的每一个区域。 

<5> 程序执行示意图

 

2、f_open

<1> 函数原型

FRESULT f_open (
         FIL *fp,                       /* 指向文件结构体变量 */
         const char *path,              /* 指向文件路径 */
         BYTE mode                      /* 存取方式和打开方式 */

)

<2> 函数说明

@函数功能：以指定的方式打开或者新建一个文件。如果打开或者创建成功，

        　　　 会填充fp指向的文件信息变量（包含文件的目录项确切位置和文件的信息）。

@输入参数：fp              指向文件信息变量的指针

                 path         指向文件的路径

                 mode       打开方式

@输出参数：FR_OK      打开或者创建成功

            　  其他值  打开或者创建失败

<3> 备注

<4> 程序实现方法简述

① 以只读的方式打开一个已经存在的文件

     首先调用函数trace_path搜索文件系统中是否存在目标文件，如果不存在就返回失败；如果存在就返回文件的目录项位置（dirscan、dir），并且将目录项所在扇区的内容加载到win[]中。

     接下来就是从win[]中，将文件目录项的参数稍作转化后传入FIL类型的变量中。到此，一个文件就算完整的打开了。注意打开文件并不是打开文件的内容，而是文件的目录项，知道了文件的目录项就知道了如何去查看文件的内容。

     以后，通过FIL类型的变量就可以操作对应的文件。

② 新建一个文件

　　首先调用函数trace_path搜索文件系统中是否存在目标文件，因为是新建文件肯定不存在。那么不存在的文件就返回新建文件当前文件夹的目录指针位置(dirscan、dir）--第一个空目录项所在位置，并且将当前目录指针所在扇区的内容加载到win[]中。

　　首先给新建文件在当前文件夹中预定一个目录项位置，然后填入新建文件的目录项初始值（文件名、扩展名、属性、创建时间、更新时间）到win[]中。注意这里并不会将新建文件目录项所在扇区同步到磁盘中，只有当调用f_sync函数时才会将文件的目录项所在扇区同步到磁盘。

　　创建一个新文件，只会在其上一层目录中添加对应的目录项并初始化，并不会给文件分配数据空间，当然文件的大小肯定是0。

③ 重建一个文件

　　首先调用函数trace_path搜索文件系统中是否存在目标文件，因为是重建文件肯定存在。那么就返回文件的目录项位置（dirscan、dir），并且将目录项所在扇区的内容加载到win[]中。

　　重建首先将文件的簇链删除，然后设置文件起始位置和文件大小为空，还需要初始化文件的属性、创建时间和修改时间。这里的修改都只是在win[]中进行的，并没有同步到磁盘。只有当调用f_sync函数时才会将文件的目录项所在扇区同步到磁盘。

　　重建文件更改了原来文件在目录中的目录项信息，重建文件并没有分配簇，也就是没有分配数据空间。

 <5> 程序执行示意图

☆  以只读的方式打开一个已经存在的文件

 

 ☆  新建一个文件的过程

① 程序刚执行

 

② 程序执行中

 

 ③ 程序执行后

 

 3、f_read

<1> 函数原型

FRESULT f_read (
         FIL *fp,             /* Pointer to the file object */
         BYTE *buff,          /* Pointer to data buffer */
         WORD btr,            /* Number of bytes to read */
         WORD *br             /* Pointer to number of bytes read */
)

<2> 函数说明

@函数功能 ：文件读操作

@输入参数：         fp              文件信息指针

                          buff  指向用户缓冲区

                          btr             准备读取的字节数

                          br               指向实际读取字节数的变量

@输出参数：FRESULT 成功与否

<3> 备注

       此函数在读取文件内容后，还会移动文件指针到下一此读写操作的起点。

<4> 程序实现方法简述

　　读文件的情况有些复杂，不同的情况有不同的处理方法。在“<5>程序执行示意图”中，我展示了一种还算全面的情况，就以这种情况为例进行说明。开始读的时候，文件指针并没有位于扇区边界上（512字节对齐），读取的跨度为3个簇。

      首先读没有对齐扇区的剩余内容，其实这个内容在以前的函数（以前的函数移动了文件指针）已经将这个扇区的内容加载到了buffer中。所以，直接从缓冲区buffer中读取此扇区文件指针以后的剩余内容到用户缓冲区。

　　 接下来，读取第一个簇的剩余一个扇区的内容到用户缓冲区。通过get_cluster函数从FAT表中，获取第二个簇链的位置。然后一次性的将一个簇链的所有扇区内容读取到用户缓冲区中。再通过get_cluster函数从FAT表中，获取第三个簇链的位置。然后将第三个簇链的第一个扇区内容读取到用户缓冲区中。

　　最后，将最后所需要读取剩余内容所在的扇区(剩余部分不够一个扇区)读取到buffer中，然后再从buffer中读取所需要的剩余内容到用户缓冲区中。到这里为止，整个读取操作已经完成。

　　由于buffer中还有一部分内容没读，假设继续调用函数f_read函数读取数据，那么肯定先从这个buffer缓冲区中将文件指针以后的扇区剩余内容读取到用户缓冲区。

5> 程序执行示意图

 4、f_write

<1> 函数原型

FRESULT f_write (
         FIL *fp,                        /* Pointer to the file object */
         const BYTE *buff,     　　　　　　/* Pointer to the data to be written */
         WORD btw,                       /* Number of bytes to write */
         WORD *bw                        /* Pointer to number of bytes written */
)

<2> 函数说明

@函数功能 ：文件写操作，只对文件的数据区进行写入，并没有更新对应的目录项。

                 如果写入时，最后写入的数据字节没有完美的扇区对齐，那么肯定会将需要写入磁盘的一个扇区

            　　在文件缓冲区中进行缓存

@输入参数：           fp              文件信息指针

                           buff   指向读取的用户缓冲区

                           btw           准备写入的字节数                         

                           bw             返回实际写入的字节数

@输出参数：FRESULT 成功与否

<3> 备注

　　此函数在写完文件内容后，还会移动文件指针到下一此读写操作的起点。

<4> 程序实现方法简述

　　写文件的情况与读取文件内容类似，不同的情况有不同的处理方法。在“<5>程序执行示意图”中，我展示了一个全面的情况，就以这种情况为例进行说明。开始写的时候，文件指针并没有位于扇区边界上（512字节对齐），写入数据的跨度为3个簇。

     首先写入没有对齐扇区的剩余内容，其实这个内容在以前的函数（以前的函数移动了文件指针）已经将这个扇区的内容加载到了buffer中。所以，将用户缓冲区中对应的内容写入到buffer中（从文件指针开始到buffer结束的这部分空间）。然后再将buffer中的内容写入到磁盘对应的扇区。

　　接下来，将用户缓冲区写入到第一个簇的剩余一个扇区中。通过creat_chain函数从FAT表中，获取第二个簇链的位置（如果是文件有剩余簇链则使用文件的剩余簇链，如果已经用完则重新从FAT表中搜索一个空的簇链连接到此文件中，也就是更改了文件的大小）。然后一次性的将用户缓冲区写入到第二个簇链的所有扇区中。再通过get_cluster函数从FAT表中，获取第三个簇链的位置。然后将用户缓冲区写入到第三个簇链的第一个扇区中。

　　最后，将最后所需要写入剩余内容所在的扇区(剩余部分不够一个扇区)读取到buffer中，然后再将用户缓冲区中剩余内容写入到buffer中。到这里为止，整个读取操作已经完成。注意这里并没有将buffer的内容写入到磁盘中。当调用f_sync函数的时候才会将buffer的内容同步到磁盘。

　　在函数返回之前，还需要判断文件大小是否更改了，如果大小更改了则要更新文件的大小，并将FA__WRITTEN记录到文件的flag中。这样做的目的是为了当执行f_sync时，可以根据FA__WRITTEN判断出文件修改过，从而更新文件的目录项。

☆  假设

　　由于buffer中还有一部分内容没操作，

假设1：继续调用函数f_write函数写入数据

　　那么肯定先将用户缓冲区的内容写入到这个buffer缓冲区中。只有超出了buffer缓冲区的范围，才会将这个buffer缓冲区的内容同步到磁盘，并且读取下一个扇区的内容到buffer中（假设文件指针仍然没有对齐）。

假设2：调用函数f_read函数读取数据

　　先从这个buffer缓冲区中将文件指针以后的扇区剩余内容读取到用户缓冲区，而不会从磁盘中读取。

☆  总结

　　buffer的妙处，提高了读写的效率，避免了重复读写磁盘。

<5> 程序执行示意图

 

 5、f_sync

<1> 函数原型

FRESULT f_sync (
         FIL *fp                /* Pointer to the file object */
)

<2> 函数说明

@函数功能 ：在关闭文件之前，同步文件缓冲区中的内容到磁盘，同步文件目录项信息到磁盘

@输入参数： fp    文件信息指针

@输出参数：FRESULT 成功与否

<3> 备注

<4> 程序实现方法简述

       判断文件是否修改过，如果修改过再判断文件buffer缓冲区是否修改过，如果修改过则同步到磁盘中文件对应的数据空间中。如果文件修改过，还要更新文件的目录项，这时的修改也是在win[]中的。

       最后通过调用move_window(0)，将文件目录项信息同步到磁盘中。 

<5> 程序执行示意图

 

 6、f_opendir

<1> 函数原型

FRESULT f_opendir (
         DIR *scan,            /* Pointer to directory object to initialize */
         const char *path      /* Pointer to the directory path, null str means the root */

)

<2> 函数说明

@函数功能 ：打开一个目录

@输入参数： scan：指向返回找到的目录项结构体

                  path  指向路径

@输出参数：FRESULT 成功与否

<3> 备注

<4> 程序实现方法简述

　　首先调用函数trace_path搜索文件系统中是否存在所要打开的目录，如果不存在就返回失败；如果存在就返回目录对应目录项的位置（dirscan、dir），并且将目录对应目录项所在扇区的内容加载到win[]中。

     接下来判断找到的是不是一个目录。如果就是一个目录的话，就从win[]中将目录对应目录项的参数稍作转化后传入DIR类型的变量中。到此，一个目录就算完整的打开了。注意打开目录并不是打开目录的内容，而是目录对应的目录项，知道了目录对应的目录项就知道了如何去查看目录的内容。

     以后，通过DIR类型的变量就可以操作对应的目录。 

<5> 程序执行示意图

 7、f_mkdir

<1> 函数原型

FRESULT f_mkdir (
         const char *path               /* Pointer to the directory path */
)

<2> 函数说明

@函数功能 ：创建一个目录

         注意：新建一个目录，它虽然是一个空目录（有效存储内容为0），但是

         系统已经为它分配了一个簇的数据空间，用于保存它的目录项。这是与新建一个

         普通文件区别很大的地方。

         另外，新建一个目录时，对新建目录在上一层目录的目录项以及新建目录中的目

         录项的初始化，全部都在win[]中进行操作。

@输入参数：          path  指向路径的指针

@输出参数：FRESULT 成功与否

<3> 备注

<4> 程序实现方法简述

　　首先调用函数trace_path搜索文件系统中是否存在目标目录，因为是新建目录肯定不存在。那么不存在目录时就返回新建目录所在当前文件夹的目录指针(dirscan、dir）--第一个空目录项位置，并且将当前目录指针所在扇区的内容加载到win[]中。

　　接下来给新建目录在当前文件夹中预定一个目录项位置。然后调用creat_chain函数在FAT表中为新建目录找到一个可用的数据簇，再调用move_window(0)同步FAT表到磁盘中。为新建目录的数据簇初始化，并且初始化第一个目录项。最后，填入新建目录的目录项初始值（目录名、属性、创建时间 、数据簇起始位置）到win[]中。然后同步到磁盘中，完成整个新建目录的工作。

☆  注意

<1> 创建一个新目录，不仅会在其上一层目录中添加对应的目录项并初始化，并且会给新建目录分配一个簇的数据空间，并进行初始化。

<2> 新建一个目录时，会将新建目录的数据簇和对应目录项所在扇区都同步到磁盘中，这与文件必须通过调用f_sync才能同步是不一样的。

<3> 新建一个目录会给目录分配数据空间，而新建文件则是没有的，这也是一个巨大的差别。

<4> 新建一个目录的所有操作都是在win[]中进行的，不管是新建目录的对应目录项，还是新建目录的数据空间都是在win[]中进行的。

<5> 程序执行示意图

① 程序刚执行

 

② 程序执行中

 

 ③ 程序执行后

 

 8、f_unlink

<1> 函数原型

FRESULT f_unlink (
         const char *path                         /* Pointer to the file or directory path */
)

<2> 函数说明

@函数功能 ：删除一个文件或者目录

        　　 1、删除目录或者文件的簇链（回收数据空间）

        　　 2、文件或者目录的目录项被设置成为删除（0xE5），注意目录项并没有回收，只是标记为删除

@输入参数： path  指向路径的指针

@输出参数：FRESULT 成功与否

<3> 备注

<4> 程序实现方法简述

　　首先调用函数trace_path搜索文件系统中是否存在所要删除的目录或者文件，如果不存在就返回失败；如果存在就返回对应目录项的位置（dirscan、dir），并且将对应目录项所在扇区的内容加载到win[]中。

      判断要删除的是不是目录，如果是目录还要判断是不是非空目录，如果是非空目录则不允许删除。如果是空目录，那么就可以删除。

      删除文件或者目录时，首先删除簇链（数据空间），然后修改目录项为删除状态（0xE5），最后同步目录项所在扇区win[]缓冲区到磁盘中，完成删除。    

<5> 程序执行示意图

① 程序刚执行

 

② 程序执行中

 

 ③ 程序执行后

 

 9、f_lseek

<1> 函数原型

FRESULT f_lseek (
         FIL *fp,              /* Pointer to the file object */
         DWORD ofs               /* File pointer from top of file */
)

<2> 函数说明

@函数功能 ：移动文件指针，实际上就是修改文件指针（当前簇号、当前扇区号、文件指针fptr）

@输入参数： fp    文件信息指针

            　　ofs 定位文件指针的位置（从文件头部开始的偏移量）

@输出参数： fp 返回重新定位后的文件信息（包含文件指针）

                  FRESULT 成功与否

<3> 备注

<4> 程序实现方法简述

     首先要对缓冲区buffer进行同步，因为文件指针中的curr_sect代表的是当前处在buffer中物理扇区号。现在要移动指针，也就是要移动当前扇区号curr_sect，所以要先将buffer进行同步。

　　偏移量进行修正，因为可能偏移量超过了文件的大小，修正后的偏移量直接赋给fptr。

     接下来根据偏移量，结合着当前的文件信息FIL类型的对象计算出移动指针后的簇号、扇区号。倘若移动后的文件指针没有512字节对齐，则还需要将curr_sect指向的物理扇区内容读取到buffer中。这样接下来的文件读写操作才不会出错。

 <5> 程序执行示意图

① 程序执行前

 

 ② 程序执行中和程序执行后

 

 10、f_readdir

<1> 函数原型

FRESULT  f_readdir (
         DIR *scan,               /* Pointer to the directory object */
         FILINFO *finfo           /* Pointer to file information to return */
)

<2> 函数说明

@函数功能 ：从当前目录项指针处读取一个目录项，并且移动目录指针到下一个索引

@输入参数： scan：要读取的目录

                  finfo 目录的信息

                       finfo->fname[0] = 0           ：这是一个空目录项

                       finfo->fname[0] = others ：这是一个非空目录项

@输出参数：FRESULT 成功与否

<3> 备注

<4> 程序实现方法简述

         首先将目录指针当前所在物理扇区读取到win[]中，然后调用get_fileinifo函数从当前目录指针处读取当前目录项并处理后存入finfo中。最后，还要移动目录项指针到下一个索引位置。

<5> 程序执行示意图

① 程序执行

 

② 程序执行后

 

 四、FATFS文件系统解惑

1、win[]和buffer

     文件系统用了两种重要的缓冲区win[]和buffer。这两种缓冲区的用途在第二章和第三章中已经阐述。但是深层次的思考，它们对应磁盘扇区的读写时机是什么？也即是说什么时候需要从磁盘中读取数据以更新缓冲区，又什么时候需要将缓冲区中的内容同步到磁盘。

     常见的磁盘比如说SD卡、硬盘，它们的扇区大小512字节，对磁盘进行一次读写的字节数要是512的倍数，而非随意的几个字节都可以。

buffer的魅力：

　　如果文件系统设计成这样：从当前文件指针处，读取2个字节到用户缓冲区，需要将磁盘对应的扇区读一次；再次读2个字节到用户缓冲区，又从磁盘的对应扇区读一次，那么效率肯定很慢，频繁的读取相同的扇区是一件很蠢的事。

　　在第二次读2个字节到用户缓冲区中的时候，可以看看需要的数据是否就处于buffer缓冲区中（第一次已经将一个扇区读如buffer），如果在就直接从buffer中读，如果不在再从磁盘中读。显然，这样做可以避免重复读取相同的扇区，只有到了迫不得已的时候才会读取磁盘其他的扇区。这样做提高了系统的效率。

　　对于写文件时，buffer的作用也是类似的：第一次写入2个字节，需要先将文件指针对应磁盘的扇区读入buffer，然后通过用户缓冲区修改对应2个字节的内容；第二次写入2个字节的时候，如果写入的位置仍然在当前扇区的话，可以直接将用户缓冲区的内容替换掉接下来的2个字节的内容………如果迫不得已需要更换扇区，那将缓冲区中的内容同步到磁盘中，然后读入下一个扇区的内容到缓冲区中。

win[]的魅力：

     操作win[]最底层的函数move_window，如果读取的扇区号不变那么没必要重新读取磁盘。如果读取扇区号改变了，先将win[]同步到磁盘，然后读取另外一个扇区的内容到win[]中。

　　这样的好处就是：假设我们如果不需要切换扇区，只对一个扇区进行读写操作。只在第一次读写的时候，将磁盘的内容读取到缓冲区中，接下来的读写操作实际上只是在缓冲区中进行的，而并没有实时的同步到磁盘中。一旦当我们切换扇区号的时候，就将win[]中的数据同步到磁盘中。显然，这样的效率很高，要比每一次都同步到磁盘中快的多。

缓冲区在常见情况的功效：

     通常我们读写一个文件，都不是一下很大范围的操作看，经常都是局部范围的读写。局部范围的读写只在第一次读写时，将磁盘中的数据读取到缓冲区中，接下来的操作全部都在缓冲区中进行。最后同步文件时，才将缓冲区的内容写入到磁盘。

总结：

　　win[]和buffer作为磁盘到用户空间之间的过渡桥梁，使得用户的零碎读写操作，变成了磁盘的整存整取操作，提高了文件系统的效率。

　　缓冲区算法实现关键：命中缓冲区就用缓冲区的操作，没命中替换缓冲区。

2、无缓冲区模式

     FatFs可裁剪成无缓冲区模式的文件系统，也就是阉割掉buffer，但win[]仍然需要。这样对于内存小的MCU来说，是一件非常有益的事情，当然也会为之付出代价—--不能零存领取。

     没有buffer，这样用户空间和文件数据空间是直通的，读写一次至少512字节，所以用户的操作都必须是512字节对齐的，也就是说文件指针要512字节对齐，而不像有buffer那样的任意数值。

     由于DBR/FAT/目录项这些参数的修改，必须是零存领取，所以win[]就必须需要了。

3、_FS_READONLY模式

     Readonly模式，也就是用户对于磁盘只有读取数据的需要，而没有写磁盘的要求。这种模式，阉割了代码量，对于ROM比较小的MCU来说也是一件非常有益的事情。但是这种模式对于减少RAM消耗量却起不到大的作用，要想减少RAM只能使用无缓冲buffer的模式。 

五、FATFS文件系统函数使用注意事项

1、不使用一个文件的时候，要调用f_close或者f_sync函数将文件同步到磁盘中。

2、f_read、f_write、f_lseek、f_sync、f_close在使用前要先打开文件，也即是调用f_open函数。

3、f_chmod、f_stat无需事先打开文件，可以直接使用

3、f_readdir使用前要先打开目录，也就是调用函数f_opendir

 

参考博客： FatFs源码剖析

               FAT16图文详解

FatFs官网：http://www.elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html

.com/amanlikethis/p/3793077.html