STM32F103外挂SPI Flash，内嵌FatFS文件系统，并通过USB接PC可访问FatFS内容
原文链接 https://blog.csdn.net/xushan239/article/details/79617165
早两天往Stm32上移植Fatfs文件系统，花了一些时间；
后面又花了些时间移植Stm32的USB功能；
在这个过程中，自己摸索了很多东西，也向群里的高人请教过，所以希望把这部分东西记录下，方便自己以后和想寻找这方面知识的人查看。
下面按照上面的介绍分几步来介绍移植驱动所做的工作。
fatfs文件系统的移植
首先从fatfs官网下载驱动http://elm-chan.org/fsw/ff/arc/ff13a.zip
在下载的源码里面可以看到source文件下面有上面这些文件。这就是我们要移植的文件系统。
其实为了方便移植前辈们在这个上面已经完善了很多很多，我们只需要做比较少的改动就可以应用起来；我们需要修改的文件是diskio.c这个文件里面的几个标准接口：
DSTATUS disk_initialize (BYTE pdrv);
DSTATUS disk_status (BYTE pdrv);
DRESULT disk_read (BYTE pdrv, BYTE* buff, DWORD sector, UINT count);
DRESULT disk_write (BYTE pdrv, const BYTE* buff, DWORD sector, UINT count);
DRESULT disk_ioctl (BYTE pdrv, BYTE cmd, void* buff);
DWORD get_fattime (void);
在diskio.c中定义了几个磁盘设备：
#define DEV_RAM 0 /* Example: Map Ramdisk to physical drive 0 */
#define DEV_MMC 1 /* Example: Map MMC/SD card to physical drive 1 */
#define DEV_USB 2 /* Example: Map USB MSD to physical drive 2 */
在对应的几个操作函数里面也有这几个设备对应的操作，但是我们只用一个spi-flash所以就只定义一个：
#define SPI_FLASH 0
定义扇区大小,块大小，扇区个数
#define FLASH_SECTOR_SIZE (4*1024)
#define FLASH_BLOCK_SIZE 64
u16 FLASH_SECTOR_COUNT = 4*1024*1024/(4*1024);
获取磁盘状态直接返回成功：
DSTATUS disk_status (
BYTE pdrv /* Physical drive nmuber to identify the drive */
)
{
DSTATUS stat;
int result;
switch (pdrv) {
case SPI_FLASH :return RES_OK;
}
return STA_NOINIT;
}
初始化磁盘的函数，主要是把spi-flash初始化：
DSTATUS disk_initialize (
BYTE pdrv /* Physical drive nmuber to identify the drive */
)
{
DSTATUS stat;
int result;
char t = 0;
switch (pdrv) {
case SPI_FLASH :
//init spi-bus
SPI_Flash_Init();
if(SPI_FLASH_TYPE != FLASH_ADDRESS)
stat = RES_NOTRDY;
else
stat = RES_OK;
return stat;
}
return STA_NOINIT;
}
读取文件系统驱动接口：读取单位以sector（扇区）为单位
DRESULT disk_read (
BYTE pdrv, /* Physical drive nmuber to identify the drive */
BYTE *buff, /* Data buffer to store read data */
DWORD sector, /* Start sector in LBA */
UINT count /* Number of sectors to read */
)
{
int result;
switch (pdrv) {
case SPI_FLASH :
for(;count>0;count--)
{
SPI_Flash_Read(buff,sector*FLASH_SECTOR_SIZE,FLASH_SECTOR_SIZE);
sector++;
buff+=FLASH_SECTOR_SIZE;
}
return RES_OK;
}
return RES_PARERR;
}
写文件系统驱动接口：写入也是以sector为单位
DRESULT disk_write (
BYTE pdrv, /* Physical drive nmuber to identify the drive */
const BYTE *buff, /* Data to be written */
DWORD sector, /* Start sector in LBA */
UINT count /* Number of sectors to write */
)
{
int result;
switch (pdrv) {
case SPI_FLASH :
for(;count>0;count--)
{
SPI_Flash_Write((u8*)buff,sector*FLASH_SECTOR_SIZE,FLASH_SECTOR_SIZE);
sector++;
buff+=FLASH_SECTOR_SIZE;
}
return RES_OK;
}
return RES_PARERR;
}
文件系统一些控制命令：主要是获取一些磁盘的参数
DRESULT disk_ioctl (
BYTE pdrv, /* Physical drive nmuber (0..) */
BYTE cmd, /* Control code */
void *buff /* Buffer to send/receive control data */
)
{
DRESULT res = RES_OK;
int result;
switch (pdrv) {
case SPI_FLASH :
switch(cmd)
{
case CTRL_SYNC:
res = RES_OK;
break;
case GET_SECTOR_SIZE:
*(WORD*)buff = FLASH_SECTOR_SIZE;
res = RES_OK;
break;
case GET_BLOCK_SIZE:
*(WORD*)buff = FLASH_BLOCK_SIZE;
res = RES_OK;
break;
case GET_SECTOR_COUNT:
*(DWORD*)buff = FLASH_SECTOR_COUNT;
res = RES_OK;
break;
default:
res = RES_PARERR;
break;
}
}
return res;
}
文件系统时间的接口：
DWORD get_fattime (void)
{
return ((rtc.w_year - 1980)<<25)|\
(rtc.w_month<<21)|\
(rtc.w_date<<16)|\
(rtc.hour<<11)|\
(rtc.min<<5)|\
rtc.sec;
}
到这里驱动基本上就移植完了，下面要做的就是初始化文件系统：在ffconf.h文件中可以配置文件系统的参数和功能，因为一开始我们的flash是没有文件系统的，需要自己格式化一下，所以需要有创建文件系统的功能：
#define FF_USE_MKFS 1//默认是0
/* This option switches f_mkfs() function. (0:Disable or 1:Enable) */
创建文件系统：
首先尝试挂载文件系统
挂载成功则返回成功，挂载失败则创建文件系统
创建失败则返回失败，创建成功再一次尝试挂载
static FATFS sysFs;
static BYTE gFsWork[FF_MAX_SS]; /* Work area (larger is better for processing time) */
static BYTE gFsInited = 0;
static int fileSystemInit()
{
FRESULT res = 0;
res = f_mount (&sysFs,"0:",1);
if(res != 0)
{
res = f_mkfs("0:", FM_FAT,0, gFsWork, sizeof gFsWork);
if(res == 0)
{
res = f_mount (&sysFs,"0:",1);
if(res == 0)
{
gFsInited = 1;
return 0;
}
else
return -1;
}
else
return -1;
}
else
gFsInited = 1;
return 0;
}
文件系统测试：
static int fileSystemTest()
{
FIL fil;
UINT bw;
FRESULT res = 0;
if(gFsInited)
{
static char i = 0;
char b[5] = {0};
res = f_open(&fil, "0:/hello.txt", FA_OPEN_APPEND | FA_WRITE);
if (res == 0)
{
/* Write a message */
sprintf(b,"%d",i++%10);
res = f_write(&fil, b, 1, &bw);
f_close(&fil);
}
res = f_open(&fil, "0:/hello.txt", FA_READ);
if (res == 0)
{
/* read a message */
char buffer[256];
memset(buffer,0,sizeof(256));
res = f_read(&fil,buffer,255,&bw);
printf("read:%d|%d =>>%s\r\n",res,bw,buffer);
f_close(&fil);
}
}
return 0;
}
测试输出：
read:0|1 =>>0
read:0|2 =>>01
read:0|3 =>>012
read:0|4 =>>0123
read:0|5 =>>01234
read:0|6 =>>012345
read:0|7 =>>0123456
read:0|8 =>>01234567
read:0|9 =>>012345678
usb功能的移植
这部分驱动用原子哥的实验”实验50 USB读卡器实验“中的文件：
拷贝例程中的驱动：USB文件下到项目中，然后把刚才项目中初始化和测试文件系统的代码注释掉。
第一步：案例中定义了两个存储介质（SD卡和SPI-Flash），但是我们只需要SPI-Flash，所以将
#define MAX_LUN 0//原来为1
然后把磁盘操作改为只是对磁盘0有效：
u16 MAL_Write(u8 lun, u32 Memory_Offset, u32 *Writebuff, u16 Transfer_Length)
{
u8 STA;
switch (lun)
{
case 0:
STA=0;
SPI_Flash_Write((u8*)Writebuff, Memory_Offset, Transfer_Length);
break;
default:
return MAL_FAIL;
}
if(STA!=0)return MAL_FAIL;
return MAL_OK;
}
u16 MAL_Read(u8 lun, u32 Memory_Offset, u32 *Readbuff, u16 Transfer_Length)
{
u8 STA;
switch (lun)
{
case 0:
STA=0;
SPI_Flash_Read((u8*)Readbuff, Memory_Offset, Transfer_Length);
break;
default:
return MAL_FAIL;
}
if(STA!=0)return MAL_FAIL;
return MAL_OK;
}
u16 MAL_GetStatus (u8 lun)
{
switch(lun)
{
case 0:
return MAL_OK;
case 1:
return MAL_FAIL;
case 2:
return MAL_FAIL;
default:
return MAL_FAIL;
}
}
初始化的地方添加SPI-Flash初始化的操作和U盘信息初始化：
u16 MAL_Init(u8 lun)
{
u16 status = MAL_OK;
switch (lun)
{
case 0:
Mass_Memory_Size[0]= 1024*1024*4;//4M字节
Mass_Block_Size[0] = 512;
Mass_Block_Count[0]= Mass_Memory_Size[0]/Mass_Block_Size[0];
SPI_Flash_Init();
if(SPI_FLASH_TYPE != FLASH_ADDRESS)
status = RES_NOTRDY;
else
status = RES_OK;
break;
default:
return MAL_FAIL;
}
return status;
}
第二步：先将案例中的和本项目中相冲突的代码去掉，例如LED部分；
实验案例中的这两个文件先不要加入到项目中stm32f10x_it.h、stm32f10x_it.c，因为我自己起的案例中已经有这两个文件了，只要将stm32f10x_it.c中的中断函数和头文件包含内容复制到项目中的stm32f10x_it.c；
还有几个头文件包含问题就能编译过。
第三步：开始初始化USB
static void usb_port_set(u8 enable)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
if(enable)
_SetCNTR(_GetCNTR()&(~(1<<1)));//退出断电模式
else
{
_SetCNTR(_GetCNTR()|(1<<1)); // 断电模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_12;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IPD;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_12);
}
}
//USB口初始化
static void UsbPortInit()
{
//USB先断开再连接
usb_port_set(0);
delay_ms(100);
usb_port_set(1);
//USB中断配置
USB_Interrupts_Config();
//USB时钟配置
Set_USBClock();
//USB初始化
USB_Init();
}
当USB-device插入的时候，从设备需要将USB-D+通过1.5K电阻拉高，让主机识别到这是一个高速USB设备，所以在Mass_init()的函数中有
void MASS_init()
{
MAL_Config();//在mass初始化的时候添加磁盘初始化动作
......
/* Connect the device */
PowerOn();
......
}
RESULT PowerOn(void)
{
......
/*** cable plugged-in ? ***/
/*while(!CablePluggedIn());*/
USB_Cable_Config(ENABLE);
......
}
当USB上电时，将电阻上拉到3.3V，让主机识别到
void USB_Cable_Config (FunctionalState NewState)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
if (NewState != DISABLE)
GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_11);
else
GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_11);
}
第四步：添加USB状态检测
static void Fatfs_task(void *pdata)
{
u8 offline_cnt=0;
u8 tct=0;
u8 USB_STA;
u8 Divece_STA;
//log_debug("erase chip\r\n");SPI_Flash_Erase_Chip();
RTC_Init();//this will delay starting
printf("Now:%04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d\r\n",
LocalSetting.rtc.w_year,LocalSetting.rtc.w_month,LocalSetting.rtc.w_date,
LocalSetting.rtc.hour,LocalSetting.rtc.min,LocalSetting.rtc.sec);
#if 0
if(fileSystemInit())
printf("fileSystemInit fail\r\n");
else
printf("fileSystemInit ok\r\n");
#endif
UsbPortInit();
while(1)
{
delay_ms(1);
if(USB_STA!=USB_STATUS_REG)//状态改变了
{
if(USB_STATUS_REG&0x01)//正在写
{
//printf("USB Writing...\r\n");//提示USB正在写入数据
}
if(USB_STATUS_REG&0x02)//正在读
{
printf("USB Reading...\r\n");//提示USB正在读出数据
}
if(USB_STATUS_REG&0x04)
printf("USB Write Err\r\n");//提示写入错误
if(USB_STATUS_REG&0x08)
printf("USB Read Err\r\n");//提示读出错误
USB_STA=USB_STATUS_REG;//记录最后的状态
}
if(Divece_STA!=bDeviceState)
{
if(bDeviceState==CONFIGURED)
printf("USB Connected\r\n");//提示USB连接已经建立
else
printf("USB DisConnected\r\n");//提示USB被拔出了
Divece_STA=bDeviceState;
}
tct++;
if(tct==200)
{
tct=0;
if(USB_STATUS_REG&0x10)
{
offline_cnt=0;//USB连接了,则清除offline计数器
bDeviceState=CONFIGURED;
}
else//没有得到轮询
{
offline_cnt++;
if(offline_cnt>10)
bDeviceState=UNCONNECTED;//2s内没收到在线标记,代表USB被拔出了
}
USB_STATUS_REG=0;
}
}
}
编译下载后就能看到pc端的U盘了，格式化以后就能使用。
但是发现格式化的时候只有480KB的大小。
经过很久的查找资料发现将文件系统的操作单位改为和USB的Mass_Block_Size大小一样为512时就能检测到4MB的U盘。
#define FLASH_SECTOR_SIZE 512//(4*1024)
有几点需要注意的是：
Mass_Block_Size的大小只能设置为512，不然PC识别USB大容量存储设备
文件系统的操作单位大小FLASH_SECTOR_SIZE要和Mass_Block_Size一致
最好在文件系统准备好以后再去挂载USB设备
如果单片机在文件系统中创建或者修改文件以后，在PC端是不能被立马查看到的，需要重新插拔。
其中有些问题可能还不是很理解或者有描述不准确的地方，希望大家一起探讨。
