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stm32单片机基于rt-thread 的 littlefs 文件系统的使用

article 2024/10/28 8:59:18

一、开发环境介绍

硬件：基于野火stm32f407 开发板
软件：基于rt-thread v4.1.1版本的 stm32f407-atk-explorer bsp工程。

二、littlefs 简介

littlefs 是 ARM 官方推出的，专为嵌入式系统设计的文件系统，相比传统的文件系统，littlefs 具有以下优点：
1、自带擦写均衡
2、支持掉电保护
3、占用的 RAM/ROM 少
4、littlefs 自带的擦写均衡和掉电保护使开发者可以放心的将文件系统挂载到 nor flash 上。
littlefs 在 RT-Thread 上运行的层级关系图
在这里插入图片描述
名词解释
DFS 框架
DFS 框架是 RT-Thread 提供的虚拟文件系统组件，全称为 Device File System，即设备虚拟文件系统。DFS 框架为应用程序提供统一的 POSIX 文件和目录操作接口，如 read、write、poll/select 等。DFS 框架支持多种类型的文件系统，如 FatFS、RomFS、DevFS 等，并提供普通文件、设备文件、网络文件描述符的管理。

MTD 设备
MTD 设备，全称为 Memory Technology Device，使用 MTD 设备为 NOR FLASH 和 NAND FLASH 提供统一接口，将文件系统与底层 FLASH 存储器进行了隔离。

fal 组件
fal 全称为 Flash Abstraction Layer，即 Flash 抽象层，是对 Flash 及基于 Flash 的分区进行管理、操作的抽象层，对上层统一了 Flash 及分区操作的 API。并提供了将分区创建成 MTD 设备的 API。

SFUD 组件
SFUD 是一款开源的串行 SPI Flash 通用驱动库。现有市面的大部分串行 Flash，用户只需要提供 SPI 或 QSPI 的读写接口，SFUD 就可以识别并驱动。同时 RT-Thread 提供了 FAL 针对 SFUD 的驱动移植，可以使两个组件无缝连接。

开发者使用的是 DFS 框架提供的统一的 POSIX API,DFS 框架会调用 littlefs 的 API，littlefs 会使用 MTD 设备的读写接口，开发者可以使用 RT-Thread 提供的 fal 组件和 SFUD 组件来完成对 FLASH 的读写任务，也可以自己实现 MTD 设备的驱动程序，使 littlefs 可以挂载到更多的存储介质上。

三、littlefs 移植

开发者只需要提供一个 MTD 设备即可使用 littlefs。开发者可以自己实现一个 MTD 设备，也可以利用 RT-Thread 提供的 fal 组件，非常方便的创建出一个 MTD 设备。相比于直接使用 flash 底层函数来自己构造一个 MTD 设备，使用 fal 创建 MTD 设备有以下三个优点：
1、创建 MTD 设备方便。
2、驱动的可移植性和可重用性强。
3、fal 的分区功能可以让 littlefs 只使用指定区域的 flash。

littlefs 的移植主要包括下面几个方面：
在这里插入图片描述
工程基于 <stm32单片机基于rt-thread 的串行 Flash 通用驱动库 SFUD 的使用>

**开启SPI，根据实际选择 **
在这里插入图片描述

在组件中，查看 SFUD 组件是否开启，没开启则需要开启，打开调试信息(可选)

开启 fal

配置 MTD 设备

开启littlefs,选择V2.3.0版本，高于此版本会报错，后面会遇到。

v2.3.0版本：

latest 版本：
在这里插入图片描述

开启DFS文件系统
在这里插入图片描述

设置完成后，退出配置界面，在 env 中输入 pkgs --update。
在这里插入图片描述
fal文件接口移植适配

配置分区表
打开工程中的 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 <rtconfig.h>
#include <board.h>

#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_ */

创建 MTD 设备并挂载文件系统
fal 组件并没有加入自动初始化的代码，所以需要在 main 函数中初始化 fal，并使用 fal 提供的 API 来创建一个 MTD 设备。创建 MTD 设备后，就可以将 littlefs 挂载到刚刚生成的 MTD 设备上了。

测试代码如下：

/*
 * 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 <rtthread.h>
#include <rtdevice.h>
#include <board.h>
/* 添加 fal 头文件 */
#include <fal.h>
/* 添加文件系统头文件 */
#include <dfs_fs.h>

/* 添加 DEBUG 头文件 */
#define DBG_SECTION_NAME               "main"
#define DBG_LEVEL                      DBG_INFO
#include <rtdbg.h>
/* 定义要使用的分区名字 */
#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 设备 */
    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
    {
        /* 挂载 littlefs */
        if (dfs_mount(FS_PARTITION_NAME, "/", "lfs", 0, 0) == 0)
        {
            LOG_I("Filesystem initialized!");
        }
        else
        {
            /* 格式化文件系统 */
            dfs_mkfs("lfs", FS_PARTITION_NAME);
            /* 挂载 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;
}

编译工程，报错

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

在这里插入图片描述
原因是使用的 littlefs 最新版本，最新版本做了修改。降级 littlefs 版本即可，降到V2.3.0版本。

四、测试

将程序下载到开发板，进行测试。检查 fal 分区是否正常，MTD 设备是否创建成功，文件系统有没有挂载成功。将工程编译下载，查看系统启动时是否打印了 fal 分区、 MTD 设备创建成功和文件系统初始化成功的提示信息。

分区表的打印和 MTD 设备创建成功的提示信息如下所示：

在这里插入图片描述
文件系统的使用
RT-thread 支持的文件系统很多，但是所有的文件系统都对接到 DFS 框架。对于上层应用，DFS 框架提供了统一的 POSIX 文件和目录操作接口。开发者更换文件系统后，可以将原来的代码无缝的移植到新的文件系统上而不需要修改代码。

// 使用 ls 命令查看当前目录信息
msh />ls
Directory /:
msh />
msh />

//使用 echo 命令将输入的字符串输出到指定输出位置
msh />echo "123" 123.txt      # 将字符串出输出到 123.txt 文件
msh />
msh />ls
Directory /:
123.txt             3                        
msh />
msh />

//使用 cat 命令查看文件内容
msh />cat 123.txt
123
msh />
msh />

参考：
在 STM32L4 上应用 littlefs 文件系统

https://club.rt-thread.org/ask/question/0fefb68b5b66cace.html

查看全文

http://www.kler.cn/news/368486.html