【实战经验】从STM32Cube库向标准外设库移植FatFs文件系统

zero99

从STM32Cube库向标准外设库移植FatFs文件系统

前言
在很多应用中，文件系统被用来在存储介质上进行存储和管理文件数据。FatFs 作为面向小型嵌入式系统的一种通用FAT 文件系统，被广泛使用。在STM32Cube 库中，Middleware 是包含有FatFs 文件系统的，而且有相关的例程。但是在标准外设库并没有相关的例程，这使得在使用标准外设库在开发项目中使用文件系统的话，需要自己再移植代码。其实，从STM32Cube 库向标准外设库移植FatFs 文件系统很方便，简单实用。下面我们以STM32F4 系列为例，来介绍一下SD 卡的移植。


STM32CubeF4库中的FatFs
大家都知道，进行FatFs 移植主要就是在diskio.c 中添加底层驱动代码。在STM32CubeF4 库中，可以在\STM32Cube_FW_F4_V1.11.0\Middlewares\Third_Party\FatFs\src 找到FatFs R0.11 的代码，细心的工程师会发现，里边的文件与从FatFs 下载的FatFs R0.11 不太一样，多了ff_gen_drv.c 和ff_gen_drv.h 两个文件，并且多了一个包含多种存储介质驱动的driver 文件夹。这是因为ST 的工程师在FatFs 的代码中，已经为大家添加了各种存储介质的驱动代码，以方便大家使用，并使用ff_gen_drv.c 来进行管理。所以，STM32CubeF4 的FatFs 中间件模块架构如下：

从架构图可知，在STM32CubeF4 解决方案中，已经添加额外的接口层，可以动态地添加/删除FatFs 模块的物理介质。如需以底层磁盘 I/O 驱动来连接 FatFs 模块，用户可以使用 FATFS_LinkDriver()和 FATFS_UnLinkDriver() 动态地添加或者删除磁盘 I/O 驱动；应用程序可能需要知道当前连接的磁盘 I/O 驱动数量，这一点可通过 FATFS_GetAttachedDriversNbr() API 来实现。这让我们在管理物理介质更为方便。这三个函数就位于ff_gen_drv.c 中。以SD 卡为例，原本的“diskio.c”分化为“diskio.c + ff_gen_drv.c + \drivers\sd_diskio.c”三个文件，虽然文件增加了，但是条理更加清晰。具体的介绍可以参考用户手册UM1721《在STM32Cube 上开发FatFs 相关应用》，这里不作详述。看完UM1721，接下来可以开始动手实现了。

一 实现环境
开发板： STM32439I-EVAL (MCU: STM32F439NIH6)
开发环境： STM32Cube_FW_F4_V1.11.0
                 STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.6.1
IDE： IAR Embedded Workbench for ARM v7.50.1.10273


二 实现步骤
1.在标准外设库上建立项目文件，确保SD卡可正常工作
1) 在\STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.6.1\Project 下复制STM32F4xx_StdPeriph_Templates 并将文件夹更名为FatFs_uSD
2) 将\STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.6.1\Project\STM32F4xx_StdPeriph_Examples\SDIO\SDIO_uSDCard 下的文件复制到FatFs_uSD 替换掉原有文件
3) 打开EWARM 下面的项目文件，在项目文件中添加\Utilities\STM32_EVAL\STM324x9I_EVAL 文件组，并加入stm324x9i_eval.c、stm324x9i_eval_ioe16.c、stm324x9i_eval_sdio_sd.c，如图：

4) 在main.h 中将include 中的代码加入STM324x9I 的信息，更新为


5) 编译，成功。下载运行，可见LED1、LED2 和LED3 点亮，证明SD 卡读写正常。此步骤的目的在于首先要确保SDIO 读写SD 卡是正常的。

2.移植FatFs代码
1) 将\STM32Cube_FW_F4_V1.11.0\Middlewares\Third_Party\下的FatFs 文件夹复制到\STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.6.1\Libraries
2) 打开之前的项目，在项目中添加FatFs 文件组，加入\drivers\sd_diskio.c、diskio.c、ff.c 和ff_gen_drv.c，如图：

3) 打开Project Options，在C/C++ Compiler 的Preprocessor 页面添加FatFs 使用的头文件的地址：$PROJ_DIR$\..\..\..\Libraries\FatFs\src 和$PROJ_DIR$\..\..\..\Libraries\FatFs\src\drivers，如下：

4) 复制\STM32Cube_FW_F4_V1.11.0\Projects\STM324x9I_EVAL\Applications\FatFs\FatFs_uSD\Inc 下的ffconf.h 到\STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.6.1\Project\Fatfs_uSDcard
5) 修改ffconf.h，删掉第15 行的“#include "stm32f4xx_hal.h"”，将第18 行的“#include "stm324x9i_eval_sd.h"”改为“#include "stm324x9i_eval_sdio_sd.h"”
6) 修改sd_diskio.c，这是整个移植最关键的地方。
a. DSTATUS SD_initialize(BYTE lun)
    STM32CubeF4 中的BSP_SD_Init()对应于标准外设库的SD_Init()，MSD_OK 对应于SD_OK。此函数修改为：



b. DSTATUS SD_status(BYTE lun)
    STM32CubeF4 中的BSP_SD_GetStatus ()对应于标准外设库的SD_GetStatus() ()。此函数修改为：


c. DRESULT SD_read(BYTE lun, BYTE *buff, DWORD sector, UINT count)
   在STM32CubeF4 中，BSP_SD_ReadBlocks()函数调用HAL_SD_ReadBlocks()，而HAL_SD_ReadBlocks()已经针对读取单个Block 和多个Block 进行了处理。而在标准外设库中没有这样的函数，单个Block 的读取使用SD_ReadBlock()函数，多个Block 的读取使用SD_ReadMultiBlocks()函数。所以，这个函数需要修改为：


d. DRESULT SD_write(BYTE lun, const BYTE *buff, DWORD sector, UINT count)
SD_write()的修改和SD_read()一样，需要分别对单个Block 和多个Block 进行处理。函数修改为：


e. DRESULT SD_ioctl(BYTE lun, BYTE cmd, void *buff)
STM32CubeF4 中的BSP_SD_GetCardInfo()对应于标准外设库的SD_GetCardInfo()。此函数修改为：


至此，编译可通过，FatFs 的移植已算完成。接下来，是修改测试代码。
7) 修改main.c。参考\STM32Cube_FW_F4_V1.11.0\Projects\STM324x9I_EVAL\Applications\FatFs\FatFs_uSD\Src\main.c，修改此文件，如下：






还需要在main.h 中加入：

此主函数实现功能为：创建STM32STD.TXT 文件，并向其写入“STM32 with FatFs demo @ std lib”
8) 编译，成功。

3.测试
1) 连接STM32439I-EVAL 到PC
2) 打开工程，下载代码并运行，LED1 点亮，代表运行通过。
3) 将SD 卡从STM32439I-EVAL 取出，放入PC 进行读取，可见：

4) 打开STM32STD.TXT，可见：

5) 测试结果：成功。

结论
此文档介绍从STM32CubeF4 中将FatFs 文件系统移植到标准外设库的实现过程。另外，对于时间接口函数，有需要的读者可自行进行移植。



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