FATFS文件系统+源码分析——学习笔记
一、概述
1、目的
在移植之前，先将源代码大概的阅读一遍，主要是了解文件系统的结构、各个函数的功能和接口、与移植 相关的代码等等。2、准备工作
在官方网站下载了0.12c版本的源代码，利用UE进行阅读。 
二、源代码的结构
1、源代码组成
源代码压缩包解压后，共两个文件夹，doc是说明，src里就是代码。 
src文件夹里共六个文件和一个文件夹。文件夹是option，还有00readme.txt、diskio.c、diskio.h、ff.c、ff.h、integer.h。
对比网上的文章，版本已经不同了，已经没有所谓的tff.c和tff.h了，估计现在都采用条件编译解决这个问题了，
当然文件更少，可能编译选项可能越复杂。
2、00readme.txt的说明
主要是说不包含底层IO代码，这是个通用文件系统可以在各种介质上使用。我们移植时针对具体存储设备提供底层代码。
然后对版本的变迁做了说明。
3、源代码阅读次序
先，读integer.h，了解所用的数据类型，
然后，是ff.h，了解文件系统所用的数据结构和各种函数声明，
然后，是diskio.h，了解与介质相关的数据结构和操作函数。
再，把ff.c和diskio.c两个文件所实现的函数大致扫描一遍。
最后，根据用户应用层程序调用函数的次序仔细阅读相关代码。
三、源代码阅读
1、integer.h头文件
这个文件主要是类型声明。
都是用typedef做类型定义。移植时可以修改这部分代码，特别是某些定义与你所在工程的类型定义有冲突的时候。
2、ff.h头文件
以下是部分代码的分析
#include “integer.h” 使用integer.h的类型定义
#ifndef _FATFS
#define _FATFS 68300//十进制：68和300等于十六进制：0x44和0x12c，0x44的ASCII为D，版本号为0.12c
#define _CODE_PAGE 936
/* The _CODE_PAGE specifies the OEM code page to be used on the target system.
/ 936 – Simplified Chinese GBK (DBCS, OEM, Windows)跟据这个中国应该是936.
打开option文件夹看一下。打开cc936.c文件，里面有一个很大的数组static const WCHAR uni2oem[] 。
根据英文说明，这个数组用于unicode码和OEM码之间的相互转换。
接下来又有两个函数ff_convert()和ff_wtoupper()具体执行“码型转换”和“将字符转换为大写”。
百度一下：看OEM码什么意思。
unicode是一种双字节字符编码，无论中文还是英文，或者其他语言统一到2个字节。与现有的任何编码（
ASCII,GB等）都不兼容。WindowsNT(2000)的内核即使用该编码，所有数据进入内核前转换成UNICODE,退
出内核后在转换成版本相关的编码（通常称为OEM，在简体中文版下即为GB).（百度所得）
继续往下阅读。
#define _USE_LFN 1 //这个估计是长文件名支持了，以前的0.06版本好像是不支持。
#define _MAX_LFN 255 //最长支持255个双字节字符。
#define _FS_RPATH 0 //是否文件相对路径选项。
/* When _FS_RPATH is set to 1, relative path feature is enabled and f_chdir,
/ f_chdrive function are available. //有些函数会受影响。
/ Note that output of the f_readdir fnction is affected by this option. */
#define _FS_REENTRANT 0 //如果要支持文件系统可重入，必须加入几个函数。
#define _TIMEOUT 1000 /* Timeout period in unit of time ticks of the OS */
#define _SYNC_t HANDLE /* Type of sync object used on the OS. e.g. HANDLE,
OS_EVENT*, ID and etc.. */
/* To make the FatFs module re-entrant, set _FS_REENTRANT to 1 and add user
/ provided synchronization handlers, ff_req_grant, ff_rel_grant, ff_del_syncobj
/ and ff_cre_syncobj function to the project. */
#elif _CODE_PAGE == 936 /* Simplified Chinese GBK */
#define _DF1S 0×81
#define _DF1E 0xFE
#define _DS1S 0×40
#define _DS1E 0x7E
#define _DS2S 0×80
#define _DS2E 0xFE接下来很大一部分都是与语言相关的因素，略过。
/* Character code support macros */ 三个宏判断是否大写、小写、数字。
#define IsUpper(c) (((c)>=’A')&&((c)<=’Z'))
#define IsLower(c) (((c)>=’a')&&((c)<=’z'))
#define IsDigit(c) (((c)>=’0′)&&((c)<=’9′))
#if _DF1S /* DBCS configuration */双字节编码相关的设定，暂时不理会它。
#if _MULTI_PARTITION /* Multiple partition configuration */
//该变量定义为1时，支持一个磁盘的多个分区。
typedef struct _PARTITION {
BYTE pd; /* Physical drive# */
BYTE pt; /* Partition # (0-3) */
} PARTITION;
Extern const PARTITION Drives[]; //如果支持分区，则声明变量Drivers
#define LD2PD(drv) (Drives[drv].pd) /*获得磁盘对应的物理磁盘
#define LD2PT(drv) (Drives[drv].pt) /*获得磁盘对应的分区
#else /* Single partition configuration */
#define LD2PD(drv) (drv) /* Physical drive# is equal to the logical drive# */
#define LD2PT(drv) 0 /* Always mounts the 1st partition */
#if _MAX_SS == 512 //一般扇区长度取512字节。
#define SS(fs) 512U
#if _LFN_UNICODE && _USE_LFN
typedef WCHAR XCHAR; /* Unicode */ XCHAR是文件名的码型所用。
#else
typedef char XCHAR; /* SBCS, DBCS */
#endif
typedef struct _FATFS_ {
BYTE fs_type; /* FAT sub type */
BYTE drive; /*对应实际驱动号01— */
BYTE csize; /* 每个簇的扇区数目 */
先查一下簇的含义：应该是文件数据分配的基本单位。
BYTE n_fats; /* 文件分配表的数目 */
FAT文件系统依次应该是：引导扇区、文件分配表两个、根目录区和数据区。
BYTE wflag; /* win[] dirty flag (1:must be written back) */
//文件是否改动的标志，为1时要回写。
WORD id; /* File system mount ID 文件系统加载ID*/
WORD n_rootdir; /* 根目录区目录项的数目 */
#if _FS_REENTRANT
_SYNC_t sobj; /* 允许重入，则定义同步对象 */
#endif
#if _MAX_SS != 512
WORD s_size; /* Sector size */
#endif
#if !_FS_READONLY //文件为可写
BYTE fsi_flag; /* fsinfo dirty flag (1:must be written back) */
//文件需要回写的标志
DWORD last_clust; /* Last allocated cluster */
DWORD free_clust; /* Number of free clusters */
DWORD fsi_sector; /* fsinfo sector */
#endif
#if _FS_RPATH
DWORD cdir; /* 使用相对路径，则要存储文件系统当前目录
#endif
DWORD sects_fat; /*文件分配表占用的扇区
DWORD max_clust; /* 最大簇数
DWORD fatbase; /*文件分配表开始扇区
DWORD dirbase; /* 如果是FAT32，根目录开始扇区需要首先得到。
DWORD database; /* 数据区开始扇区
DWORD winsect; /* Current sector appearing in the win[] */
//目前的扇区在win[]里面，这个win[]数组暂时还不知道含义。
BYTE win[_MAX_SS];/* Disk access window for Directory/FAT */
//这是一个win[512]数组，存储着一个扇区，好像作为扇区缓冲使用。
} FATFS;
typedef struct _DIR_ {
FATFS* fs;/* Pointer to the owner file system object */指向相应文件系统对象。
WORD id; /* 文件系统加载ID*/
WORD index; /* Current read/write index number */目前读写索引代码
DWORD sclust; /* Table start cluster (0:Static table) */文件数据区开始簇
DWORD clust; /* Current cluster */ 目前处理的簇
DWORD sect; /* Current sector */ 目前簇里对应的扇区
BYTE* dir; /* Pointer to the current SFN entry in the win[] */
BYTE* fn; /* Pointer to the SFN (in/out) {file[8],ext[3],status[1]} */
#if _USE_LFN
WCHAR* lfn; /* Pointer to the LFN working buffer */ 指向长文件名缓冲。
WORD lfn_idx; /* Last matched LFN index number (0xFFFF:No LFN) */
#endif
} DIR;
typedef struct _FIL_ {
FATFS* fs; /* Pointer to the owner file system object */
WORD id; /* Owner file system mount ID */
BYTE flag; /* File status flags */文件状态标志
BYTE csect; /* Sector address in the cluster */扇区偏移
DWORD fptr; /* File R/W pointer */ 读写指针
DWORD fsize; /* File size */
DWORD org_clust; /* File start cluster */文件开始簇
DWORD curr_clust; /* Current cluster */当前簇
DWORD dsect; /* Current data sector */文件当前扇区
#if !_FS_READONLY
DWORD dir_sect; /* Sector containing the directory entry */该文件目录项对应所在的扇区
BYTE* dir_ptr; /* Ponter to the directory entry in the window */
#endif
#if !_FS_TINY
BYTE buf[_MAX_SS];/* File R/W buffer */文件读写缓冲
#endif
} FIL;
/* File status structure */
typedef struct _FILINFO_ {
DWORD fsize; /* File size */
WORD fdate; /* Last modified date */
WORD ftime; /* Last modified time */
BYTE fattrib; /* Attribute */
char fname[13]; /* Short file name (8.3 format) */
#if _USE_LFN
XCHAR* lfname; /* Pointer to the LFN buffer */
int lfsize; /* Size of LFN buffer [chrs] */
#endif
} FILINFO; 这个结构主要描述文件的状态信息，包括文件名13个字符（8+.+3+\0）、属性、修改时间等。
接下来是函数的定义，先大概浏览一遍。
FRESULT f_mount (BYTE, FATFS*); //加载文件系统，BYTE参数是ID，后一个是文件系统定义。
FRESULT f_open (FIL*, const XCHAR*, BYTE); //打开文件，第一个参数是文件信息结构，第二个参数是文件名，第三是文//件打开模式
FRESULT f_read (FIL*, void*, UINT, UINT*); //文件读取函数，参数1为文件对象（文件打开函数中得到），参数2为文件读取缓冲区，参数3为读取的字节数，参数4意义不清晰，等读到源代码就清楚了。
FRESULT f_write (FIL*, const void*, UINT, UINT*);//写文件，参数跟读差不多
FRESULT f_lseek (FIL*, DWORD); //移动文件的读写指针，参数2应该是移动的数目。
FRESULT f_close (FIL*); /* Close an open file object */
FRESULT f_opendir (DIR*, const XCHAR*); //打开目录，返回目录对象
FRESULT f_readdir (DIR*, FILINFO*); //读取目录，获得文件信息
FRESULT f_stat (const XCHAR*, FILINFO*); /* Get file status */
FRESULT f_getfree (const XCHAR*, DWORD*, FATFS**); /* Get number of free clusters on the drive */
FRESULT f_truncate (FIL*); /* Truncate file */
FRESULT f_sync (FIL*); /* Flush cached data of a writing file */将缓冲区数据写回文件
FRESULT f_unlink (const XCHAR*); //删除目录中的一个文件
FRESULT f_mkdir (const XCHAR*); /* Create a new directory */
FRESULT f_chmod (const XCHAR*, BYTE, BYTE); /* Change attriburte of the file/dir */
FRESULT f_utime (const XCHAR*, const FILINFO*); /* Change timestamp of the file/dir */
FRESULT f_rename (const XCHAR*, const XCHAR*); /* Rename/Move a file or directory */
FRESULT f_forward (FIL*, UINT(*)(const BYTE*,UINT), UINT, UINT*); /* Forward data to the stream */
//这个函数还要提供一个回调函数。
FRESULT f_mkfs (BYTE, BYTE, WORD); /* Create a file system on the drive */
FRESULT f_chdir (const XCHAR*); /* Change current directory */改变当前目录
FRESULT f_chdrive (BYTE); /* Change current drive */
应该说基本能明白这些函数用于干什么。
#if _USE_STRFUNC
int f_putc (int, FIL*); /* Put a character to the file */
int f_puts (const char*, FIL*); /* Put a string to the file */
int f_printf (FIL*, const char*, …); /* Put a formatted string to the file */
char* f_gets (char*, int, FIL*); /* Get a string from the file */
#define f_eof(fp) (((fp)->fptr == (fp)->fsize) ? 1 : 0)
#define f_error(fp) (((fp)->flag & FA__ERROR) ? 1 : 0)
#if _FS_REENTRANT //如果定义了重入，则需要实现以下四个函数
BOOL ff_cre_syncobj(BYTE, _SYNC_t*); //创建同步对象
BOOL ff_del_syncobj(_SYNC_t); //删除同步对象
BOOL ff_req_grant(_SYNC_t); //申请同步对象
void ff_rel_grant(_SYNC_t); //释放同步对象。
#endif3、diskio.h文件
//底层磁盘接口模块包含文件
//首先定义了两个变量，各个函数都有用到。
DSTATUS disk_initialize (BYTE); //磁盘初始化
DSTATUS disk_status (BYTE); //获取磁盘状态
DRESULT disk_read (BYTE, BYTE*, DWORD, BYTE);
DRESULT disk_write (BYTE, const BYTE*, DWORD, BYTE);
DRESULT disk_ioctl (BYTE, BYTE, void*); //磁盘控制接下来还有一些常数的定义。
4、diskio.c的结构
函数基本都像这样，drv表示磁盘的类型。没有实现，用户必须实现这部分代码。
5、ff.c文件简单浏览
下面都是函数的定义，很多只在内部使用。
接下来还定义了几个内存操作的函数，这个函数实现了从一块内存到另一块的复制。
下面还有mem_set（）对一块内存进行清0或设置操作；
mem_cmp（）比较内存的多个字节是否相同，相同返回0；
chk_chr（）检测字符串中是否存在某个字符，存在则返回该字符。
//简单阅读了一下源代码，应该是改变文件系统的当前工作扇区，
如果想要操作的扇区就是当前扇区，什么事不做；
如果不是，则将原扇区写回；
如果是FAT表，还得写入备份区。
这个函数内部使用，外部无法引用。
//这个函数用于更新FAT32文件系统的FSI_Sector。什么含义还不太清楚。
综合起来，这个函数应该是获取下一簇，感觉这个函数名起得不太好。get_nextcluster感觉更好一点。
//上个函数是获取连接簇，这个是写入新的连接信息。
//将下一簇号写为0，也就是该文件的簇到此为止，同时系统的自由簇增加1.
//跟上一个相反，在该簇的位置写入新的下一簇簇号。
//这个函数是将簇号转变为对应的扇区号。
//这个是算法
FRESULT dir_seek (
DIR *dj, /* Pointer to directory object */
WORD idx /* Directory index number */
)//这个函数的最终目的是根据索引号找到目录项所在簇、所在扇区、并使目录对象的对象指针指向文件系统对象窗口扇区的对应位置。
//移动当前目录项，根据索引，源代码简单看了一下，作用还不是很清晰，先放过。
接下来有5个函数与长文件名有关，这里先跳过。
//以下这些函数都是对目录项的操作函数。
这个函数太长了，具体用到的时候再说吧。
//该函数用于获取文件状态信息。主要是从文件的目录项中获取信息。
//该函数给定一个全路径，得到相应的目录对象。
//该函数用于读取BOOT扇区，检查是否FAT文件系统。
FRESULT auto_mount ( /* FR_OK(0): successful, !=0: any error occured */
const XCHAR **path, /* Pointer to pointer to the path name (drive number) */
FATFS **rfs, /* Pointer to pointer to the found file system object */
BYTE chk_wp /* !=0: Check media write protection for write access */)//这个函数的功能不太明白。
//检查是否合法的文件系统。
//这是一个很重要的函数，装载文件系统。也是从这个函数开始，对外输出供用户调用。
if (vol >= _DRIVES)//现在只支持卷号0.
FatFs[vol] = fs;//将参数文件系统对象指针赋给全局文件对象指针。后面的函数，这里就不一一例举了。