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FatFs文件系统的移植
hong60104 | 2011-10-10 21:02:04    阅读:2315   发布文章

 

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FatFs文件系统的移植


    因为需要,又不想自己写,所以就移植了一个文件系统。


    说下我的硬件和开发工具:接成 TRUE IDE 模式下的CF卡(也就是相当于一块硬盘了),三星S3C2440的ARM9,开发工具是很老很老的D版的ADS1.2。


    我在网上看到的嵌入式系统上面常用的文件系统有UCOSII公司的UC/FS,支持CF卡,硬盘,SD/MMC卡,还有NAND FLASH等等,比较多,不过是商用的,需要银子的,有周立功的用于教学用(为什么说是用于教学用的,呵呵,等下就说)的ZLG/FS,还找到了开源、免费的两个,其中一个叫做 efsl ,另一个叫做 FatFs 。

    现在先不考虑版权的问题,选择一个比较合适的文件系统。第一个UC/FS文件系统没得什么说的,UCOSII那个公司开发的,稳定性,兼容性应该都不会差。第二个是ZLG/FS。周立功的很多的开发板上面都送了这个文件系统的源代码的,在网上找到一个现成的读写硬盘的,只是是基于LPC2200系列的处理器的。第三个是efsl,是一个开源的项目,免费,只需要提供读扇区和写扇区2个函数。第四个是FatFs,跟efsl一样,也是一个开源的项目,移植的时候比efsl多几个简单的函数。

 

    这里补充一下CF卡和硬盘的简单的资料,CF卡有三种模式,其中有一个叫TRUE IDE,接成这个模式以后,就跟他的模式名字一样,他就是一个硬盘,对他进行读写,也就相当于对一个硬盘进行读写。当引脚OE(好像是叫OE,具体参考 CF卡文档)在上电的时候检测到拉低,那么CF卡就进入TRUE IDE模式。读写硬盘的时候,在只写一次LBA,只发送一个命令(读或者写)的情况下,最多可以读或者写256个扇区(当然也可以读一个扇区,读或者写多少个扇区在扇区计数器count里面),其中,发一个读或者写命令,读或者写256个扇区所需要的时间,比分256次去读写这些扇区所需要的时间要短得多,效率要高得多,我现在需要的是一个读写的速度比较快,效率比较高的文件系统,因此,底层的读写扇区必须要每写一个命令就可以读写多个扇区,读写扇区的函数必须要有扇区计数器(前面的count)这个参数,才可能满足要求。

 

    UC/FS也是在网上搜了个代码,看了下,很标准的几个层,什么硬件层,文件系统层,API层,等等(具体参见UC/FS的文档),跟UCOSII一个公司的,稳定性应该不错,需要提供的函数也是读扇区,写扇区等等几个。但是底层的读写扇区的函数不需要提供扇区计数器count这个参数,也就是说,这个文件系统不能在只写一个读或者写命令的情况下,读或者写多个扇区,本来效感觉不错的一个文件系统,效率就大大的降低了。

 

    然后看了下efls这个文件系统,开源的项目,免费的项目,好东西,移植也很简单,同样移植的时候也是提供读写扇区等几个函数,但是面临的跟UC/FS同样的问题,每次读写的时候也只能读写一个扇区。

 

    绝望之余看到了周立功的文件系统,大概看了下(没有仔细阅读源代码),硬件驱动上面能够在发一次读命令的情况下,读写多个扇区,而且感觉上比较简单,同样,层次也很清楚,移植需要做的事情也是修改后面的读写扇区等等几个函数。于是就开干了。功夫不负苦心人,过了几天,CF卡能够读写了,拿到电脑上面看写的数据,没问题。从CF卡里面读文件出来,打印到超级终端,也没有问题,以为就万事OK了,想了下,我们需要的,最关心的,第一是速度,然后就开始测试速度,不测不知道,一测吓一跳!太“快”了,TMD,才5,6个K Bytes 每秒!!!!!(我的驱动已经测试了,上M字节每秒的)   于是跟踪到写里面去,发现一个很,十分,非常严重的问题:ZLG/FS提供了读一个字节的函数,忘了叫做啥,这里暂时叫 ReadOneByte(***),然后读多个字节,或者说读大块字节的函数用的是啥,呵呵,

for(i=0;i < N ; i++) ReadOneByte(***),这种机制,不慢才怪事!!!于是伤心的抛弃了ZLG/FS,这东东,学习还是可以的,商用的话,差太远了!!!


    我那点东西,文件系统可以不上,但是必须有个文件存储协议,或者说叫做自己的文件系统,自己写个简单的存储协议,试过,很麻烦。但是如果上文件系统,自己写的话,写要累死人的,写出来的不一定效率就高,速度就快,所以,还是在网上漫无目的的找,觉得应该有效率很高的文件系统的。


    还是那句话,功夫不负苦心人,终于让我找到了,也就是现在所用的,FatFs,开源,免费,高效!(说一下这里几个文件系统都有的一个缺点,由于微软的FAT版权的问题,FatFs,ZLG/FS,efsl都只支持 DOS 8.3 文件名,即8个字节的文件名,一个”.“,然后3个字节的扩展名,我找到的那个UC/FS也不支持,不知道在更新的版本里面支持不,看哪天有空了,把那个FatFs改下,让他支持,呵呵)。FatFs 的底层可以写一次命令,读写多个扇区。FatFs的设计的读写的思想就很好,小块的数据,我就经过Buffer来存储,大块的数据,我就直接进行存取,那样速度,效率高了很多,看图

 

 
 
 




FatFs文件系统的结构也很清晰,也是看图

 

 


 

 

补充一点,FatFs的作者写了两个,一个是正宗的FatFs,比较适合大的RAM的设备,另一个是FatFs/Tiny,比较适合小RAM的系统,比如单片机,FatFs/Tiny占用较小的RAM,代价是更慢的读写速度和更少的API函数。不过两个都支持FAT12,FAT16,FAT32文件系统。


 

    下载下来的FatFs的FatFs有两个文件夹,一个是 doc ,FatFs的说明,包括特性,系统函数,以及可能的一些问题,另一个就是源代码文件夹src了,总共8个文件,diskio.c和diskio.h是硬件层,ff.c和ff.h是FatFs的文件系统层和文件系统的API层,integer.h是文件系统所用到的数据类型的定义,tff.c和tff.h是Tiny的文件系统层和文件系统的API层,还有一个00readme.txt简要的介绍了FatFSHE FatFs/Tiny,包括他们所支持的API,怎么配置等等。


    移植的问题,第一个是数据类型,在integer.h里面去定义好数据的类型。第二个,就是配置,打开ff.h(我用的FatFs,不是Tiny),_MCU_ENDIAN,选择你的CPU是大端存储(big endding)还是小端存储(little endding),一般的都用的小端存储,1是小端,2是大端。这个相当重要,一会儿还要谈到这里。其他的,按照自己的需要来配置了,说明文档够清楚了,我就不多说啥了。


第三件事情,就是写底层的驱动函数,包括:
所有的函数都牵涉到了选择第几个磁盘的问题,如果仅仅用一个,可以不必理会这个drv 参数。

disk_initialize ,如果不需要的话,直接返回0就行

disk_status ,这个嘛,先不管了,直接返回0就OK

disk_read - Read sector(s)
disk_write - Write sector(s)
读写扇区,注意参数哦!

disk_ioctl 需要回应CTRL_SYNC,GET_SECTOR_COUNT,GET_BLOCK_SIZE 三个命令,正确返回0即   
RES_OK,不正确返回RES_ERROR。
              所有的命令都从 ctrl 里面去读,返回值仅仅返回这次操作是否有效,而需要传递回去的数据在buff
              里面,以下是我的:
              CTRL_SYNC命令,直接返回0;
              GET_SECTOR_COUNT,得到所有可用的扇区数目(逻辑寻址即LBA寻址方式)
              GET_BLOCK_SIZE,得到每个扇区有多少个字节,比如 *((DWORD*)buff) = 512;
              其他的命令,返回RES_PARERR

disk_ioctl 这个函数仅仅在格式化的时候被使用,在调试读写的时候,这个函数直接让他返回0就OK 了。

get_fattime - 得到系统的时间,格式请见文档。不用的话,返回0就行。

这样移植了,也基本上就成功了,但是在我的板子上面死活不行,每次一执行到几个宏定义比如
LD_WORD(ptr)        (WORD)(*(WORD*)(BYTE*)(ptr)) 就产生数据终止异常( DATA ABORT exception),但是网上的一个兄弟的(ouravr上的一个兄弟,用的SD卡,IAR编译器,平台是STM32,已经成功了,还公布了源码的,这里没有问题啊),没问题。分析下这个几个宏的意思:

LD_WORD(ptr)        (WORD)(*(WORD*)(BYTE*)(ptr)) 是在little endding里面定义的

LD_WORD(ptr) ,LD就是load,WORD在integer.h里面定义的是16位的无符号数,那这个需要完成的就是载入一个16位的数,或者说是2个字节,后面的 ptr是参数。(WORD)(*(WORD*)(BYTE*)(ptr)) ,先将这个ptr转换成一个指向BYTE类型数据的指针(BYTE *),在将这个指针转换成一个指向16位无符号数的指针(WORD *),然后用一个 ” * “将这个数据取出来,转换成一个无符号的16位数据,这个仅仅从C语言的角度来看,实际上呢,这个完成的就是从ptr指针指向的位置,取出2个字节,作为一个16位的无符号数取出,而这2个字节是little endding,即小端模式,低字节是低8位,高字节是高8位。


既然是这样的,测试了下,定义了一个BYTE buf[512],定义一个WORD类型 zz,用一个指针pt,让pt指向
buf[0],调用LD_WORD(ptr),zz=LD_WORD(pt);没问题,将pt指向buf[1],呵呵,问题马上出来了,数据终止异常,然后测试了指针指向 buf[3],buf[5]等等奇数个,都是这样的问题,我就郁闷了啊,TMD,编译器的问题!!!!不过还好,找到问题了,就可以解决问题了,在 ff.h里面的宏定义里面把这即个东东给注释掉,然后在ff.c里面把这几个宏定义写成函数,这里贴一个出来:
WORD    LD_WORD(void *pt)
{
    BYTE *PT = (BYTE*)pt;     //定义一个指针,将当前的指针指向的地址的值赋给PT
    return (WORD)(PT[0]+PT[1]*256); //计算这个16位数,(低8位在前面,高8位在后面),并来个强制类型转
                                                     //换,并返回
}
需要注意的是,LD_WORD返回的就必须是WORD。这样做了,编译器大部分的也可以编译通过,但是ADS就是通不过,有3个地方,
    finfo->fsize = LD_DWORD(&dir[DIR_FileSize]);    /* Size */
    finfo->fdate = LD_WORD(&dir[DIR_WrtDate]);        /* Date */
    finfo->ftime = LD_WORD(&dir[DIR_WrtTime]);        /* Time */
其中,dir的是这样定义的:const BYTE *dir,编译器报错是类型不匹配,因此,这里的几个LD_WORD和LD_DWORD重写,定义成一致的类型即可:
    WORD    LD_WORD_1(const BYTE *pt)
{
    BYTE *PT = (BYTE*)pt;
    return (WORD)(PT[0]+PT[1]*256);
}

DWORD    LD_DWORD_1(const BYTE *pt)
{
    BYTE *PT = (BYTE*)pt;
    return ((DWORD)PT[0]+(DWORD)(PT[1]*256)+(DWORD)(PT[2]*65536)+(DWORD)(PT[3]*16777216));       
}

而后面改成:
    finfo->fsize = LD_DWORD_1(&dir[DIR_FileSize]);    /* Size */
    finfo->fdate = LD_WORD_1(&dir[DIR_WrtDate]);        /* Date */
    finfo->ftime = LD_WORD_1(&dir[DIR_WrtTime]);        /* Time */

编译,一路OK,然后写一个文件,哇,哈哈哈哈!!!!终于出来了!!!!写文件没问题,读也没问题!@~~~~~测试了常用的函数,都没有问题,包括格式化(f_mkfs,前提是你的disk_ioctl 没问题),测试
了下速度,读12.5M的MP3,大约3秒,写这个12.5M的MP3大约6.5秒,勉强达到要求,再优化下驱动那边就可以更快了!~~~~~~~

发个FatFs的官方网址 http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html

总结这次移植,差点失败就在于编译器的指针的转换问题,写出来,希望兄弟姐妹们在移植的时候不会遇到这种问题。



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