【正点原子STM32连载】 第五十章 FATFS实验 摘自【正点原子】APM32F407最小系统板使用指南

1）实验平台：正点原子stm32f103战舰开发板V4
2）平台购买地址：https://detail.tmall.com/item.htm?id=609294757420
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第五十章 FATFS实验

上一章实验中已经成功驱动SD卡，并可对SD卡进行读写操作，但读写SD卡时都是直接读出或写入二进制数据，这样使用起来显得十分不方便，因此本章将介绍FATFS，FATFS是一个通用的FAT文件系统模块，能够帮助实现文件系统，方便对SD卡、NOR Flash或其他存储介质中数据的管理。通过本章的学习，读者将学习到FATFS的基本使用。
本章分为如下几个小节：
50.1 硬件设计
50.2 程序设计
50.3 下载验证

50.1 硬件设计
50.1.1 例程功能

1. 程序运行后，初始化SD卡，并挂载SD卡和NOR Flash，接着在LCD上显示SD卡的容量信息
2. 可通过USMART使用FatFs对SD卡和NOR Flash进行文件系统的相关操作
3. LED0闪烁，指示程序正在运行
   50.1.2 硬件资源
4. LED
   LED0 - PF9
5. USART1（PA9、PA10连接至板载USB转串口芯片上）
6. 正点原子 2.8/3.5/4.3/7/10寸TFTLCD模块（仅限MCU屏，16位8080并口驱动）
7. SD卡（SDIO驱动）
8. NOR Flash（SPI驱动）
   50.1.3 原理图
   本章实验使用的FATFS为软件库，因此没有对应的连接原理图。
   50.2 程序设计
   50.2.1 FATFS的使用
   FATFS涉及多个文件，在本章实验的配套实验例程中，如下图所示：
   

图50.2.1.1 实验例程中的FATFS源文件
对于不同的硬件，使用FATFS仅需修改diskio.c和ffconf.h文件即可，并且本章实验配套的实验例程中的FATFS文件已经针对正点原子APM32F407最小系统板进行了移植适配，用户在使用时，仅需直接将这些文件添加到自己的工程，并根据实际需求适当修改diskio.c和ffconf.h文件即可。
为了方便读者使用FATFS，本章实验配套的实验例程另外提供了四个文件，如下图所示：

图50.2.1.2 实验FATFS扩展文件
这几个文件中提供了许多便捷使用和测试FATFS的函数，例如：获取文件类型、获取磁盘剩余容量和复制文件夹等。
50.2.2 实验应用代码
本章实验的应用代码，如下所示：

int main(void)
{
    FRESULT res;
    uint32_t total;
    uint32_t free;
    
    NVIC_ConfigPriorityGroup(NVIC_PRIORITY_GROUP_3);	/* 设置中断优先级分组为组3 */
    sys_apm32_clock_init(336, 8, 2, 7);					/* 配置系统时钟 */
    delay_init(168);										/* 初始化延时功能 */
    usart_init(115200);									/* 初始化串口 */
    usmart_dev.init(84);								/* 初始化USMART */
    led_init();											/* 初始化LED */
    lcd_init();											/* 初始化LCD */
    my_mem_init(SRAMIN);								/* 初始化内部SRAM内存池 */
    my_mem_init(SRAMCCM);								/* 初始化CCM内存池 */
    
    lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "APM32", RED);
    lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "FATFS TEST", RED);
    lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "Use USMART for test", RED);
    
    while (sd_init() != 0)								/* 初始化SD卡 */
    {
    		lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "SD Card Error!", RED);
    		delay_ms(500);
    		lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "Please Check! ", RED);
    		delay_ms(500);
    		LED0_TOGGLE();
    }
    
    exfuns_init();										/* 为exfuns申请内存 */
    f_mount(fs[0], "0:", 1);							/* 挂载SD卡 */
    res = f_mount(fs[1], "1:", 1);						/* 挂载NOR Flash */
    if (res == FR_NO_FILESYSTEM)					/* 没有文件系统，需要进行格式化 */
    {
    		lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "Flash Disk Formatting...", RED);
    		res = f_mkfs("1:", NULL, NULL, FF_MAX_SS);		/* 格式化NOR Flash */
    		if (res ==FR_OK)								/* 格式化完成 */
    		{
    			/* 设置NOR Flash磁盘的名字为：ALIENTEK */
    			f_setlabel((const TCHAR *)"1:ALIENTEK");
    			lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16,
    							"Flash Disk Format Finish", RED);
    		}
    		else											/* 格式化失败 */
    		{
    			lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16,
    							"Flash Disk Format Error ", RED);
    		}
    		delay_ms(1000);
    }
    lcd_fill(30, 150, 240, 150 + 16, WHITE);
    
    while (exfuns_get_free("0", &total, &free) != 0)	/* 获取SD卡容量 */
    {
    		lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "SD Card FatFs Error!", RED);
    		delay_ms(200);
    		lcd_fill(30, 150, 240, 150 + 16, WHITE);
    		delay_ms(200);
    		LED0_TOGGLE();
    }
    
    lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "FATFS OK!", BLUE);
    lcd_show_string(30, 170, 200, 16, 16, "SD Total Size:     MB", BLUE);
    lcd_show_string(30, 190, 200, 16, 16, "SD Free Size:     MB", BLUE);
    lcd_show_num(30 + 8 * 14, 170, total >> 10, 5, 16, BLUE);
    lcd_show_num(30 + 8 * 13, 190, free >> 10, 5, 16, BLUE);
    
    while (1)
    {
    		delay_ms(200);
    		LED0_TOGGLE();
    }
}

可以看到，本实验的应用代码中，使用函数exfuns_init()函数为使用和测试FATFS完成一些必要的初始化后，便挂载了SD卡和NOR Flash，并且在NOR Flash上没有文件系统的情况下对其进行格式化，随后借助函数exfuns_get_free()获取SD卡的总容量和剩余容量，并且将其在LCD上进行显示。
本实验还使用到了USMART调试组件，方便使用串口调试助手测试FATFS，usmart_config.c文件中添加的函数，如下所示：

struct _m_usmart_nametab usmart_nametab[] =
{
#if USMART_USE_WRFUNS == 1	/* 如果使能了读写操作 */
    (void *)read_addr, "uint32_t read_addr(uint32_t addr)",
    (void *)write_addr, "void write_addr(uint32_t addr,uint32_t val)",
#endif
    (void *)delay_ms, "void delay_ms(uint16_t nms)",
    (void *)delay_us, "void delay_us(uint32_t nus)",
    
    (void *)mf_init, "uint8_t mf_init(void)",
    (void *)mf_free, "void mf_free(void)",
    (void *)mf_mount, "uint8_t mf_mount(uint8_t *path, uint8_t mt)",
    (void *)mf_open, "uint8_t mf_open(uint8_t *path, uint8_t mode)",
    (void *)mf_close, "uint8_t mf_close(void)",
    (void *)mf_read, "uint8_t mf_read(uint16_t len)",
    (void *)mf_write, "uint8_t mf_write(uint8_t *pdata, uint16_t len)",
    (void *)mf_opendir, "uint8_t mf_opendir(uint8_t *path)",
    (void *)mf_closedir, "uint8_t mf_closedir(void)",
    (void *)mf_readdir, "uint8_t mf_readdir(void)",
    (void *)mf_scan_files, "uint8_t mf_scan_files(uint8_t *path)",
    (void *)mf_showfree, "uint32_t mf_showfree(uint8_t *path)",
    (void *)mf_lseek, "uint8_t mf_lseek(uint32_t offset)",
    (void *)mf_tell, "uint32_t mf_tell(void)",
    (void *)mf_size, "uint32_t mf_size(void)",
    (void *)mf_mkdir, "uint8_t mf_mkdir(uint8_t *path)",
    (void *)mf_fmkfs,
    					"uint8_t mf_fmkfs(uint8_t *path, uint8_t opt, uint16_t au)",
    (void *)mf_unlink, "uint8_t mf_unlink(uint8_t *path)",
    (void *)mf_rename, "uint8_t mf_rename(uint8_t *oldname, uint8_t *newname)",
    (void *)mf_getlabel, "void mf_getlabel(uint8_t *path)",
    (void *)mf_setlabel, "void mf_setlabel(uint8_t *path)",
    (void *)mf_gets, "void mf_gets(uint16_t size)",
    (void *)mf_putc, "uint8_t mf_putc(uint8_t c)",
    (void *)mf_puts, "uint8_t mf_puts(uint8_t *str)",
};

这么一来便可以通过串口调试助手借助USMART调试组件对FATFS进行测试。
50.3 下载验证
在完成编译和烧录操作后，将准备好的SD卡插入开发板板载的SD卡卡座（请确保SD卡中没有有用的数据，或已做好备份），接着若SD卡和NOR Flash都初始化并挂载和格式化成功，便能在LCD上看到SD卡的总容量和剩余容量。
接下来便可以通过串口调试助手借助USMART对FATFS进行测试，例如：“mf_scan_files(”0:”)和“mf_scan_files(”1:”)”可分别查看SD卡和NOR Flash中文件系统根目录下的目录结构等。