STM32中FatFS移植

前言与废话
       做项目时网找资料，不会的东西上网查阅一下多半可以解决，一些尚未解决的问题也会有所启发。最近由于项目的需要，仔细阅读了SD卡相关内容，顺藤摸瓜学习FatFS。网上关于SD卡和FatFS的内容非常的多，重复的部分我就不介绍了，我把移植和使用部分的经验和大家分享一下。
刚开始的时候，我找来一些现成的代码研究一下，不用说看的是一头雾水。看FatFS示例代码，也不知如何移植。最后还是下定决心，慢慢的阅读FatFS的相关文档和范例代码，对于移植部分一点一点的研究，相信一定会有所收获。 
一、硬件准备
       开始移植之前，你必须要有一块SD卡。从形状上来说，有普通的SD卡，有很小的microSD卡，microSD卡就是手机中长见的TF卡。购买microSD卡的时候，往往会附带一个SD卡套，那么小个头的microSD卡就变成了普通的SD卡，接口都是一样的。
       但是还是您注意了，建议大家购买2G以下的SD卡（如果可以的话，买个128M的SD卡就可以达到实验的效果，价格也非常便宜）。刚开始移植的时候，我使用了4G的SD卡，但是发现程序无法完成SD卡的初始化。查阅网上相关的资料，发现SD卡技术已2G作为分界线，大于或者等于4G的卡属于高速SD卡，和小于或者等于4G的SD卡略有区别。
二、软件准备
       在进行移植之前，先编写一些最简单的STM32程序。在调试之前，我都会完成USART的初始化和发送函数，通过串口把STM32的运行状态打印出来，这样配合Jlink硬件调试，可以很快的找到错误。由于SD卡可以使用SPI进行读写操作，所以还需要完成SPI的初始化工作。
       先来说一下USART的操作，我个人比较喜欢使用系统的printf函数，所以还需要引入stdio头文件。在IAR中必须设定option的某个选项。如下图所示。

       除了完成USART的初始化工作以外，还需要重写fputc函数，具体的代码如下。

1. int fputc(int ch, FILE * f)
   
2. {
   
3.   USART_SendData(USART1,(uint8_t)ch);
   
4.   while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET ); 
   
5.   return ch;
   
6. }

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然后说一下SPI的初始化工作。阅读网上的代码，发现STM32V2的库函数和V3函数中，关于SPI端口初始化的部分还是有些出入的。
       V2库中，把SCK，MOSI，MISO全部设置为复用输出。而V3库中，SCK，MOSI设置为复用输出，而MISO设置为浮动输入。在SD的SPI接口中，SCK，MOSI和MOSI，甚至包括CS都使用了上拉电阻。
您需要注意一下几点
1.        没有上拉电阻时MISO应该如何设置
由于我的开发板中没有使用上拉电阻，若设定MISO为浮动输入的话，或许会有某些问题，由于SD卡的输出端口驱动能力很弱，很有可能就接收不到返回数据，事实也正是如此。所以MISO最后被我甚至成了上拉输入模式，具体的代码如下。（所以还是要相信过来人的电路图，老实的加一个上拉电阻。）
2.       SPI的模式应该如何选择
         SPI的速度不能太快，在初始化时时钟设为400k以下为宜。
3.       SPI的速度应该如何选择
         SD卡使用SPI的模式0和模式3，这两个模式是等价的。

1. void SPI1_Config(void)
   
2. {
   
3.   //使能APB2上相关时钟
   
4.   //使能SPI时钟，使能GPIOA时钟
   
5.   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1|\
   
6.                   RCC_APB2Periph_GPIOA ,ENABLE );
   
7.   //定义一个GPIO结构体
   
8.   GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure; 
   
9. 
   
10.   //SPI SCK MOSI
    
11.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_5  |  GPIO_Pin_7; 
    
12.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_50MHz; 
    
13.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AF_PP;//复用推挽输出
    
14.   GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); 
    
15. 
    
16.   //SPI MISO
    
17.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_6; 
    
18.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_50MHz; 
    
19.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IPU;//上拉输入
    
20.   GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); 
    
21.   
    
22.   //自定义SPI结构体
    
23.   SPI_InitTypeDefSPI_InitStructure;
    
24.   //双线双向全双工
    
25.   SPI_InitStructure.SPI_Direction= SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; 
    
26. //主机模式
    
27.   SPI_InitStructure.SPI_Mode =SPI_Mode_Master; 
    
28.   //8位帧结构
    
29.   SPI_InitStructure.SPI_DataSize= SPI_DataSize_8b; 
    
30.   //时钟空闲时为低
    
31.   SPI_InitStructure.SPI_CPOL =SPI_CPOL_Low;      
    
32.   //第一个上升沿捕获数据。模式,0
    
33.   SPI_InitStructure.SPI_CPHA =SPI_CPHA_1Edge;     
    
34.   //MSS 端口软件控制，实际没有使用
    
35.   SPI_InitStructure.SPI_NSS =SPI_NSS_Soft;       
    
36.   //SPI时钟72Mhz / 256 =281.25K  < 400K
    
37.   SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler= SPI_BaudRatePrescaler_256; 
    
38.   //数据传输高位在前
    
39.   SPI_InitStructure.SPI_FirstBit= SPI_FirstBit_MSB; 
    
40.   SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial= 7;//
    
41.   //初始化SPI1
    
42.   SPI_Init(SPI1,&SPI_InitStructure);
    
43.   //使能SPI1 
    
44.   SPI_Cmd(SPI1,ENABLE); 
    
45. }

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除了初始化操作以外，还需要一个SPI发送函数和一个SPI接收函数。由于SPI是同步通信方式，所以SPI接收函数，实际上只需要发送0xFF就可以，具体的代码如下。

1. uint8_t SPI1_SendByte(uint8_t byte)
   
2. {
   
3.   //等待发送缓冲寄存器为空
   
4.   while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);
   
5.   //发送数据
   
6.   SPI_I2S_SendData(SPI1,byte);            
   
7.   //等待接收缓冲寄存器为非空
   
8.   while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) ==RESET);
   
9.   //返回从SPI通信中接收到的数据
   
10.   returnSPI_I2S_ReceiveData(SPI1);
    
11. }
    
12. uint8_t SPI1_ReceiveByte()
    
13. {
    
14.   //等待发送缓冲寄存器为空
    
15.   while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);
    
16.   //发送数据,通过发送xff,获得返回数据
    
17.   SPI_I2S_SendData(SPI1,0xff);            
    
18.   //等待接收缓冲寄存器为非空
    
19.   while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) ==RESET);
    
20.   //返回从SPI通信中接收到的数据
    
21.   returnSPI_I2S_ReceiveData(SPI1);
    
22. }

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三、移植前的“心灵”准备
       “移植”实际上就是研究他人的代码，你必须敏锐的看清代码的核心内容，了解你必须要做什么，哪一些可以以后再实现。在移植的初步阶段，我建议您使用最简单的方法完成某些内容，而不是去重视代码效率。例如，在移植过程中需要使用到延时函数，可以使用软件延时，可以配合Systick延时，甚至可以使用uCOS的延时函数。但是我建议您在面对选择的时候选择最简单的函数——软件延时，虽然它不准确效率也不高，但是您可以把更多的精力投入到其他重要的内容中去，你会觉得移植是那么简单，而延时函数的效率提高是锦上添花的事情。
       例如您在移植之前会查看FatFS中关于STM32的移植范例。在该范例中，有关于SD卡插入，SD卡上电控制，SD卡写保护检测的函数。除了这些函数之外，代码中通过宏定义的方法，可以选择使用DMA来传送SPI数据，初始化SD卡时使用低速SPI，读写块的时候使用高速SPI，虽然这些改动让您觉得代码强大而高效，但是对您的移植一定用处都没有。您需要从最简单的generic开始，如果从这个文件开始，您会觉得移植是那么的简单，仅需要十几分钟。我相信您看完文章就会了，其实非常的简单。

四、移植开始——从generic开始
       您所需要操作的只是mmcbb文件，里面主要包括SD卡的初始化、读块和写块函数。其实修改仅需要三步。
       第一步，修改宏定义，添加合适的头文件，添加延时函数
       第二步，修改多字节发送函数
       第三步，修改多字节接收函数
       下面我通过原代码和移植代码的比较，来说明这个移植问题。
4.1  修改头文件和宏定义
原代码如下

1. 
   
2. #include
   
3. 
   
4. #define       INIT_PORT()      {init_port(); }      
   
5. 
   
6. #define DLY_US(n)      { dly_us(n);}            
   
7. 
   
8. #define CS_H()           bset(P0)         
   
9. #define CS_L()            bclr(P0)         
   
10. #define CK_H()           bset(P1)         
    
11. #define  CK_L()           bclr(P1)          
    
12. #define DI_H()            bset(P2)        
    
13. #define DI_L()            bclr(P2)         
    
14. #define DO               btest(P3)       
    
15. 
    
16. 
    
17. #define       INS                (1)                 
    
18. .
    
19. #define       WP                (0)                 

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==========修改后的代码如下==========

1. 
   
2. #include "stm32f10x.h"
   
3. #include "spi1.h"
   
4. #include
   
5. 
   
6. #define       INIT_PORT()      {init_port(); }      
   
7. 
   
8. #define       CS_H()            GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_7)
   
9. 
   
10. #define CS_L()            GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_7)
    
11. 
    
12. #define DLY_US(n)      { dly_us(n);}            
    
13. 
    
14. #define       INS                  (1)           
    
15. 
    
16. #define       WP                  (0)      

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使用STM32时需要包含STM3210x头文件；spi1.h包括了spi相关操作函数。修改了CS操作的宏定义。
       除了一个宏定义外，还需要些一个延时函数和一个初始化函数。延时函数使用软件延时，很不精确，但是可以说明问题。初始化函数，只是配置CS端口，而SPI初始化工作在调用fatfsAPI函数时已完成初始化。（若是SPI初始化也完成了CS的操作，init_port()可以省略）

1. //初始化端口
   
2. void init_port()
   
3. {
   
4.   //初始化时钟GPIOE
   
5.   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE,ENABLE );
   
6.   //配置GPIOE.7
   
7.   //定义一个GPIO结构体
   
8.   GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure; 
   
9.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_7; 
   
10.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_50MHz; 
    
11.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_Out_PP;
    
12.   GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStructure); 
    
13. }
    
14. //软件演示函数
    
15. void dly_us(uint16_t n)
    
16. {
    
17.   for( ; n > 0 ;n--)
    
18.     for(uint8_t i = 100 ; i >0 ; i--);
    
19. }
    

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4.2多字节发送函数
原代码和修改后的代码如下。

1. static
   
2. void xmit_mmc (
   
3.        const BYTE*buff,       
   
4.        UINTbc                       
   
5. )
   
6. {
   
7.        BYTEd;
   
8.        do{
   
9.              d =*buff++;       
   
10.              if (d &0x80) DI_H(); else DI_L();      
    
11.              CK_H();CK_L();
    
12.              if (d &0x40) DI_H(); else DI_L();      
    
13.              CK_H();CK_L();
    
14.              if (d &0x20) DI_H(); else DI_L();      
    
15.              CK_H();CK_L();
    
16.              if (d &0x10) DI_H(); else DI_L();      
    
17.              CK_H();CK_L();
    
18.              if (d &0x08) DI_H(); else DI_L();      
    
19.              CK_H();CK_L();
    
20.              if (d &0x04) DI_H(); else DI_L();      
    
21.              CK_H();CK_L();
    
22.              if (d &0x02) DI_H(); else DI_L();      
    
23.              CK_H();CK_L();
    
24.              if (d &0x01) DI_H(); else DI_L();      
    
25.              CK_H();CK_L();
    
26.        } while(--bc);
    
27. }
    

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==========修改后的代码===========

1. static void xmit_mmc (const BYTE* buff,      UINTbc)
   
2. {
   
3.        BYTEd;
   
4.        do{
   
5.    
   
6.        d =*buff++;       
   
7.     //通过SPI发送
   
8.     SPI1_SendByte(d);
   
9.        } while(--bc);
   
10. }
    

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4.3多字节接收函数
原代码和修改后的代码如下。

1. static
   
2. void rcvr_mmc (
   
3.        BYTE*buff,       
   
4.        UINTbc            
   
5. )
   
6. {
   
7.        BYTEr;
   
8.        DI_H();       
   
9.        do{
   
10.              r =0;   if (DO)r++;       
    
11.              CK_H();CK_L();
    
12.              r <<=1; if (DO) r++;      
    
13.              CK_H();CK_L();
    
14.              r <<=1; if (DO) r++;      
    
15.              CK_H();CK_L();
    
16.              r <<=1; if (DO) r++;      
    
17.              CK_H();CK_L();
    
18.              r <<=1; if (DO) r++;      
    
19.              CK_H();CK_L();
    
20.              r <<=1; if (DO) r++;      
    
21.              CK_H();CK_L();
    
22.              r <<=1; if (DO) r++;      
    
23.              CK_H();CK_L();
    
24.              r <<=1; if (DO) r++;      
    
25.              CK_H();CK_L();
    
26.              *buff++ =r;                  
    
27.        } while(--bc);
    
28. }
    

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===========修改后的函数===========

1. static void rcvr_mmc ( BYTE *buff,      UINTbc       )
   
2. {
   
3.        BYTEr;
   
4. 
   
5.        do{
   
6.     //重新赋值
   
7.              r =0;   
   
8.     //通过SPI获得数据
   
9.     r =SPI1_ReceiveByte();
   
10.    
    
11.              *buff++ =r;            
    
12.        } while(--bc);
    
13. }

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在这里多说一句，源代码中
DI_H();       
       作者的本意应该是把IO设为输入状态，51系列单片机就是这么操作的，但是写代码注释写成了发送0xFF，其实并不需要发送0xFF。
到这里就完成了fatfs的STM32移植工作，虽然只有简单的三步，但是却花了我整整三天的时间。我想您看了这样的描述，不知道能否在10分钟之内完成修改。

五 FatFS初步使用
       接下来就是使用FatFS了，看了这个函数我找回了当初初学C语言的感觉，打开一个文件，然后读一些数据，然后创建另一个文件，在文件中写一些数据，最后关闭文件。

1. int main(void)
   
2. {
   
3.   //初始化Systick
   
4.   RCC_Config();
   
5.   //初始化串口
   
6.   USART1_Config();
   
7.   //初始化SPI1
   
8.   SPI1_Config();
   
9.   printf("start to readfile\n");
   
10.   
    
11.   f_mount(0,&fatfs);            
    
12.   printf("\nOpen a test file(test.txt).\n");
    
13. rc = f_open(&fil, "test.txt", FA_READ);
    
14. if (rc) die(rc); 
    
15.   
    
16.        printf("\nTypethe file content.\n");
    
17.        for (;;){
    
18.              rc =f_read(&fil, buff, sizeof(buff), &br);      
    
19.              if (rc ||!br) break;                          
    
20.              for (i = 0;i < br; i++)                      
    
21.                  putchar(buff[i]);
    
22.        }
    
23.        if (rc)die(rc);
    
24. 
    
25.        printf("\nClosethe file.\n");
    
26.        rc =f_close(&fil);
    
27.        if (rc)die(rc);
    
28. 
    
29.        printf("\nCreatea new file (hello.txt).\n");
    
30.        rc =f_open(&fil, "HELLO.TXT", FA_WRITE |FA_CREATE_ALWAYS);
    
31.        if (rc)die(rc);
    
32. 
    
33.        printf("\nWritea text data. (Hello world!)\n");
    
34.        rc =f_write(&fil, "Hello world!\r\n", 14, &bw);
    
35.        if (rc)die(rc);
    
36.        printf("%ubytes written.\n", bw);
    
37. 
    
38.        printf("\nClosethe file.\n");
    
39.        rc =f_close(&fil);
    
40.        if (rc)die(rc);
    
41.   
    
42.   while (1)
    
43.   {
    
44.   }
    
45. }
    

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如果出现失败的话，程序会进入die函数，该函数会输出错误代码，并进入一个无限循环。
通过串口的输出结果如下所示。

我再把SD卡从目标板上拿下，查看文件中的内容。的确hello.txt文件中写了helloworld字符（应该还有回车和换行符）。

六       我的错误经历
       再快要移植成功的时候，我一运行程序，程序就进入die函数，并显示错误1，提示应该是SD卡操作错误。我通过断点调试和printf输出，把问题定位到发送cmd0处，返回的结果为一个非法的命令。我从CMD17命令入手，查阅了网上各位大神的经验，有说是发送命令的延时时候不够。但是照着这个修改之后问题存在，无奈之下在电脑面前苦苦思考。直到我的女朋友，在愚人节那天“玩”我，当时我正在仔细的检查代码，她和我说某某老师要找我并提醒我一定要拿手机，我收拾起我凌乱的思绪，立刻跑过去时，她却打电话给我说愚人节快乐。我很无奈但也有点开心的回到电脑面前，一动鼠标就看到了某些异样。
#define CMD17      (7)                
我把CMD17命令的宏定义写成了7，而实际上是17。就这么一个简答的错误，花费了我一天的时间。也非常感谢女朋友的这个愚人节玩笑，没有她或许就无法发现这个问题。
       一个尚未解决的问题！
       还有一个比较特殊的地方请聪明的你注意一下，在generic中man函数中，把这些定义在了main函数里面。这些定义如下

1.          FRESULTrc;                       
   
2.        FATFSfatfs;                       
   
3.        FILfil;                                  
   
4.        DIRdir;                            
   
5.        FILINFOfno;                       
   
6.        UINT bw, br,i;
   
7.        BYTEbuff[128];

复制代码

如果把这些变量的声明都放在main函数中的话，系统将会运行到一个异常中，如下图所示。这个错误会让人非常的沮丧。虽然我没有找到原因，但是我找到了解决的方法。把这些变量的声明放在函数之外。

IAR版本 V5.5