stm32單片機(jī)基于rt-thread 的 littlefs 文件系統(tǒng) 的使用

作者：嵌入式學(xué)習(xí)和實踐

一、開發(fā)環(huán)境介紹

硬件：基于野火stm32f407 開發(fā)板
軟件：基于rt-thread v4.1.1版本的 stm32f407-atk-explorer bsp工程。

二、littlefs 簡介

littlefs 是 ARM 官方推出的，專為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的文件系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)，littlefs 具有以下優(yōu)點：
1、自帶擦寫均衡
2、支持掉電保護(hù)
3、占用的 RAM/ROM 少
4、littlefs 自帶的擦寫均衡和掉電保護(hù)使開發(fā)者可以放心的將文件系統(tǒng)掛載到 nor flash 上。
littlefs 在 RT-Thread 上運行的層級關(guān)系圖

名詞解釋
DFS 框架
DFS 框架 是 RT-Thread 提供的虛擬文件系統(tǒng)組件，全稱為 Device File System，即設(shè)備虛擬文件系統(tǒng)。DFS 框架為應(yīng)用程序提供統(tǒng)一的 POSIX 文件和目錄操作接口，如 read、write、poll/select 等。DFS 框架支持多種類型的文件系統(tǒng)，如 FatFS、RomFS、DevFS 等，并提供普通文件、設(shè)備文件、網(wǎng)絡(luò)文件描述符的管理。

MTD 設(shè)備
MTD 設(shè)備，全稱為 Memory Technology Device，使用 MTD 設(shè)備為 NOR FLASH 和 NAND FLASH 提供統(tǒng)一接口，將文件系統(tǒng)與底層 FLASH 存儲器進(jìn)行了隔離。

fal 組件
fal 全稱為 Flash Abstraction Layer，即 Flash 抽象層，是對 Flash 及基于 Flash 的分區(qū)進(jìn)行管理、操作的抽象層，對上層統(tǒng)一了 Flash 及 分區(qū)操作的 API。并提供了將分區(qū)創(chuàng)建成 MTD 設(shè)備的 API。

SFUD 組件
SFUD 是一款開源的串行 SPI Flash 通用驅(qū)動庫?，F(xiàn)有市面的大部分串行 Flash，用戶只需要提供 SPI 或 QSPI 的讀寫接口，SFUD 就可以識別并驅(qū)動。同時 RT-Thread 提供了 FAL 針對 SFUD 的驅(qū)動移植，可以使兩個組件無縫連接。

開發(fā)者使用的是 DFS 框架提供的統(tǒng)一的 POSIX API,DFS 框架會調(diào)用 littlefs 的 API，littlefs 會使用 MTD 設(shè)備的讀寫接口，開發(fā)者可以使用 RT-Thread 提供的 fal 組件和 SFUD 組件來完成對 FLASH 的讀寫任務(wù)，也可以自己實現(xiàn) MTD 設(shè)備的驅(qū)動程序，使 littlefs 可以掛載到更多的存儲介質(zhì)上。

三、littlefs 移植

開發(fā)者只需要提供一個 MTD 設(shè)備即可使用 littlefs。開發(fā)者可以自己實現(xiàn)一個 MTD 設(shè)備，也可以利用 RT-Thread 提供的 fal 組件，非常方便的創(chuàng)建出一個 MTD 設(shè)備。相比于直接使用 flash 底層函數(shù)來自己構(gòu)造一個 MTD 設(shè)備，使用 fal 創(chuàng)建 MTD 設(shè)備有以下三個優(yōu)點：
1、創(chuàng)建 MTD 設(shè)備方便。
2、驅(qū)動的可移植性和可重用性強(qiáng)。
3、fal 的分區(qū)功能可以讓 littlefs 只使用指定區(qū)域的 flash。

littlefs 的移植主要包括下面幾個方面：

工程基于

**開啟SPI，根據(jù)實際選擇 **


在組件中，查看 SFUD 組件是否開啟，沒開啟則需要開啟，打開調(diào)試信息(可選)

開啟 fal

配置 MTD 設(shè)備

開啟littlefs,選擇V2.3.0版本，高于此版本會報錯，后面會遇到。

v2.3.0版本：

latest 版本：

開啟DFS文件系統(tǒng)

設(shè)置完成后，退出配置界面，在 env 中輸入pkgs --update。

fal文件接口移植適配


配置分區(qū)表
打開工程中的 fal_cfg.h，修改如下：

/*
* Copyright (c) 2006-2018, RT-Thread Development Team
*
* SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
*
* Change Logs:
* Date Author Notes
* 2018-05-17 armink the first version
*/

#ifndef _FAL_CFG_H_
#define _FAL_CFG_H_

#include
#include

#define NOR_FLASH_DEV_NAME "W25Q128"

/* ===================== Flash device Configuration ========================= */

extern struct fal_flash_dev nor_flash0;

/* flash device table */
#define FAL_FLASH_DEV_TABLE \
{ \
&nor_flash0, \
}
/* ====================== Partition Configuration ========================== */
#ifdef FAL_PART_HAS_TABLE_CFG
/* partition table */
#define FAL_PART_TABLE \
{ \
{FAL_PART_MAGIC_WORD, "filesystem", NOR_FLASH_DEV_NAME, 0, 1024*1024, 0}, \
{FAL_PART_MAGIC_WORD, "download", NOR_FLASH_DEV_NAME, 1024*1024, 1024*1024, 0}, \
{FAL_PART_MAGIC_WORD, "easyflash", NOR_FLASH_DEV_NAME, 2*1024*1024, 14*1024*1024, 0}, \
}
#endif /* FAL_PART_HAS_TABLE_CFG */

#endif /* _FAL_CFG_H_ */

創(chuàng)建 MTD 設(shè)備并掛載文件系統(tǒng)
fal 組件并沒有加入自動初始化的代碼，所以需要在 main 函數(shù)中初始化 fal，并使用 fal 提供的 API 來創(chuàng)建一個 MTD 設(shè)備。創(chuàng)建 MTD 設(shè)備后，就可以將 littlefs 掛載到剛剛生成的 MTD 設(shè)備上了。

測試代碼如下：

/*
* Copyright (c) 2006-2021, RT-Thread Development Team
*
* SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
*
* Change Logs:
* Date Author Notes
* 2018-11-06 SummerGift first version
* 2018-11-19 flybreak add stm32f407-atk-explorer bsp
*/

#include
#include
#include
/* 添加 fal 頭文件 */
#include
/* 添加文件系統(tǒng)頭文件 */
#include

/* 添加 DEBUG 頭文件 */
#define DBG_SECTION_NAME "main"
#define DBG_LEVEL DBG_INFO
#include
/* 定義要使用的分區(qū)名字 */
#define FS_PARTITION_NAME "filesystem"

/* defined the LED0 pin: PF7 */
#define LED0_PIN GET_PIN(F, 7)

int main(void)
{
struct rt_device *mtd_dev = RT_NULL;

rt_pin_mode(LED0_PIN, PIN_MODE_OUTPUT); /* 初始化 fal */

fal_init();
/* 生成 mtd 設(shè)備 */
mtd_dev = fal_mtd_nor_device_create(FS_PARTITION_NAME);
if (!mtd_dev)
{
LOG_E("Can't create a mtd device on '%s' partition.", FS_PARTITION_NAME);
}
else
{
/* 掛載 littlefs */
if (dfs_mount(FS_PARTITION_NAME, "/", "lfs", 0, 0) == 0)
{
LOG_I("Filesystem initialized!");
}
else
{
/* 格式化文件系統(tǒng) */
dfs_mkfs("lfs", FS_PARTITION_NAME);
/* 掛載 littlefs */
if (dfs_mount("filesystem", "/", "lfs", 0, 0) == 0)
{
LOG_I("Filesystem initialized!");
}
else
{
LOG_E("Failed to initialize filesystem!");
}
}
}

while (1)
{
rt_pin_write(LED0_PIN, PIN_HIGH);
rt_thread_mdelay(500);
rt_pin_write(LED0_PIN, PIN_LOW);
rt_thread_mdelay(500);
}

return RT_EOK;
}

編譯工程，報錯

packages\littlefs-latest\dfs_lfs.c(566): error: #393: pointer to incomplete class type is not allowed

原因是使用的 littlefs最新版本，最新版本做了修改。降級littlefs版本即可，降到V2.3.0版本。

四、測試

將程序下載到開發(fā)板，進(jìn)行測試。檢查 fal 分區(qū)是否正常，MTD 設(shè)備是否創(chuàng)建成功，文件系統(tǒng)有沒有掛載成功。將工程編譯下載，查看系統(tǒng)啟動時是否打印了 fal 分區(qū)、 MTD 設(shè)備創(chuàng)建成功和文件系統(tǒng)初始化成功的提示信息。

分區(qū)表的打印和 MTD 設(shè)備創(chuàng)建成功的提示信息如下所示：

文件系統(tǒng)的使用
RT-thread 支持的文件系統(tǒng)很多，但是所有的文件系統(tǒng)都對接到 DFS 框架。對于上層應(yīng)用，DFS 框架提供了統(tǒng)一的 POSIX 文件和目錄操作接口。開發(fā)者更換文件系統(tǒng)后，可以將原來的代碼無縫的移植到新的文件系統(tǒng)上而不需要修改代碼。

// 使用 ls 命令查看當(dāng)前目錄信息
msh />ls
Directory /:
msh />
msh />

//使用 echo 命令將輸入的字符串輸出到指定輸出位置
msh />echo "123" 123.txt # 將字符串出輸出到 123.txt 文件
msh />
msh />ls
Directory /:
123.txt 3
msh />
msh />

//使用 cat 命令查看文件內(nèi)容
msh />cat 123.txt
123
msh />
msh />