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  • FatFsVersion0.01源码分析

    目录

    一、API的函数功能简述 

    二、FATFS主要数据结构 

      1、FAT32文件系统的结构

      2、FATFS主要数据结构

        ①   FATFS

        ②   DIR 

        ③  FIL

        ④  FILINFO 

        ⑤  win[512]

        ⑥  buffer 

    三、函数功能与实现详细分析

       0、move_window

       1、f_mountdrv 

       2、f_open

       3、f_read

       4、f_write 

       5、f_sync

       6、f_opendir 

       7、f_mkdir

       8、f_unlink 

       9、f_lseek

       10、f_readdir 

     四、FATFS文件系统解惑

      1、win[]和buffer

      2、无缓冲区模式

      3、_FS_READONLY模式 

    五、FATFS文件系统函数使用注意事项 

    一、API的函数功能简述

    1、  FRESULT f_open (FIL*, const char*, BYTE);                        

    函数功能:打开或者创建一个文件

    2、FRESULT f_read (FIL*, BYTE*, WORD, WORD*);                         

    函数功能:读一个文件

    3、FRESULT f_close (FIL*);                                                                      

    函数功能:关闭一个文件

    4、FRESULT f_lseek (FIL*, DWORD);                                             

    函数功能:移动文件的指针

    5、FRESULT f_opendir (DIR*, const char*);                              

    函数功能:读一个目录中的目录项

    6、FRESULT f_readdir (DIR*, FILINFO*);                                             

    函数功能:读取目录的内容

    7、FRESULT f_stat (const char*, FILINFO*);                             

    函数功能:获取文件的状态

    8、FRESULT f_getfree (DWORD*);                                                        

    函数功能:获得可用簇的数量

    9、FRESULT f_mountdrv ();

    函数功能:初始化文件系统

    10、FRESULT f_write (FIL*, const BYTE*, WORD, WORD*);

    函数功能:写文件

    11、FRESULT f_sync (FIL*);                                                                     

    函数功能:同步文件缓冲区的内容到磁盘中

    12、FRESULT f_unlink (const char*);      

    函数功能:删除一个文件或者目录

    13、FRESULT   f_mkdir (const char*);                                                   

    函数功能:创建一个目录

    14、FRESULT f_chmod (const char*, BYTE, BYTE);        

    函数功能:更改文件的属性 

    二、FATFS主要数据结构

    1FAT32文件系统的结构

      概念与分区功能简述:

    MBR:

      保存了磁盘的分区信息(分区的起始地址、分区大小、分区结束地址)

    DBR

      保存了当前分区的详细参数(比如FAT表的位置、FAT表的的大小、簇大小、扇区大小、根目录中最大目录项数等等)

    FAT

      以簇的形式对数据区重新划分空间,在FAT表中建立了簇的使用情况,哪些已经被占用,哪些没有被占用;簇链的结构,也即是簇与簇之间的连接关系。

    目录

      在目录中,存在众多的目录项,目录项记录了文件名、大小、起始地址等等。

    目录项

      目录中的存储单位,记录了每一个文件或者目录的信息。

    数据区

      数据区中纯粹的文件数据

    扇区

      SD卡最小的读写单位,512字节,也就是说一次最少读取或者写入的数据是512字节。

    ☆  说明

    <1> 有些SD卡格式化后,并没有MBR部分,而且SD卡格式化后磁盘上只存在一个磁盘分区。也就是说,即使SD卡上有MBR部分,在MBR的DPT(硬盘分区表)中也只有一个分区记录。

    <2> 位于数据区之前的可以称之为文件系统管理区,此区域是以物理扇区为单位进行管理的,数据区则是以簇为单位进行管理的。

    笔者认为1

      狭义上的文件专指普通文件,目录则是位于普通文件的上层,用于管理处在其中的文件或者目录栏。笔者认为广义上的文件包含”目录和普通文件”。这样说目录,表示目录实际上也是一个文件,只不过是一个管理文件信息的特殊文件。

      可以说文件与目录既有区别,又有联系。普通文件在文件管理的时候,给文件设计了一个管理变量—文件指针,用于指示文件当前读取或者写入的位置,它是以字节为单位进行计算的;而目录其实也有一个管理读取或者写入的位置的变量—目录指针,它则是以目录项(32字节)为单位进行计算的。

    笔者认为2

      文件 = 目录中的目录项、FAT表、文件对应的数据区内容

    <1> 查看磁盘信息就是查看DBR和FAT表

    <2> 读取文件就是查看目录项、FAT表和文件对应的数据区内容

    <3> 写文件就是修改目录项、FAT表、文件对应的数据区内容

    2FATFS主要数据结构

    ①   FATFS

    功能:保存了SD卡和文件系统的信息,主要是记录了DBR中的信息

    /* 文件系统对象 */
    typedef struct _FATFS {
        BYTE    fs_type;        // FAT文件系统的类型
        BYTE    files;          // 当前操作的文件数
        BYTE    sects_clust;    // 每簇扇区数
        BYTE    n_fats;         // FAT表个数
        WORD    n_rootdir;      // 根目录中的目录项项数
        BYTE    dirtyflag;      // 当前存储在win[]中的内容是否修改过
        
        BYTE    pad1;
        DWORD    sects_fat;      // 每个FAT表的扇区数
        DWORD    max_clust;      // Maximum cluster# + 1
        DWORD    fatbase;        // FAT起始扇区
        DWORD    dirbase;        // 根目录起始扇区
        DWORD    database;       // 数据区起始扇区
        DWORD    winsect;        // 保存在win[]中的当前扇区地址
        BYTE    win[512];        // 目录和FAT分配表的缓冲区
    } FATFS;  

      拥有参数fats、sects_fat、fatbase、dirbase、database、sects_clust就知道了文件系统的整个布局,就可以方便的访问文件系统的每一部分。

    ②   DIR

    功能:作为目录项的指针,既可以用于记录一个特定文件在目录中的位置,又可以用于记录在目录中当前目录项指针的位置(类似与文件指针)。

    typedef struct _DIR {
        DWORD    sclust;      // 目录起始簇号
        DWORD    clust;       // 当前簇号
        DWORD    sect;        // 当前扇区地址(物理扇区地址)    
        WORD    index;        // 当前索引(目录中的逻辑索引)
                              // 需要强调一点:索引是从目录的开始地址算起,每32Bytes加1,而且即使
                              // 切换扇区和簇,index也不会从0开始重新计数;只有当切换目录时,才会
                              // 重新清零
    } DIR;

    ☆  说明

    <1 > 记录特定文件在目录中的位置只需要sect和index

    <2> 用于记录目录的位置只需要sclust;记录目录指针则需要clust、sect、index。

    □  本文规定

      本文所说的目录指针指的是目录的当前目录项位置,有clust、sect、index构成完整的目录指针。

    ③  FIL

    功能:记录普通文件(不是目录文件)的详细信息,比如文件对应的目录项位置,文件起始簇号,文件指针,文件大小等。

    typedef struct _FIL {
        DWORD    fptr;            // 文件指针,从文件的起始地址开始,以字节为单位计算
        DWORD    fsize;         // 文件大小
        DWORD    org_clust;       // 文件起始簇号
        DWORD    curr_clust;     // 当前簇号
        DWORD    curr_sect;       // 当前扇区地址,buffer缓冲区中存储的是该扇区的内容
    #ifndef _FS_READONLY
    
        DWORD    dir_sect;        // 文件对应的目录项所在扇区号
        BYTE*    dir_ptr;         // 目录项在win[]中的入口地址
        
    #endif
        BYTE*    buffer;          // 指向文件读写缓冲区(512字节)
        BYTE    flag;             // 文件状态标识
        BYTE    sect_clust;       // 当前簇中剩余扇区数
    } FIL;

    ☆  说明

    <1> dir_sect、dir_ptr记录了文件对应在目录中目录项的位置

    <2> org_clust记录了文件的起始簇号

    <3> fptr为文件指针,记录了文件当前读写的相对于开始处的偏移量(以字节为单位)

    <4> curr_clust、curr_sect、sect_clust实际上也是文件读写指针,只不过它记录的是物理偏移量,结合着fptr就可以在物理磁盘上确定文件指针的确切位置。

    □  本文规定

      本文所说的文件指针在不同的语境中有两种含义:广义的文件指针指fptr、curr_clust、curr_sect、sect_clust,狭义的文件指针专指fptr。

    ④   FILINFO

    功能:常用于需要获取文件参数的函数中,该结构体用于保存文件的属性,比如说文件的大小、创建时间、文件名字等。

    typedef struct _FILINFO {
        DWORD fsize;            // 文件大小
        WORD fdate;             // 日期
        WORD ftime;             // 时间
        BYTE fattrib;           // 属性
        char fname[8+1+3+1];    // 名字(8.3 格式)
    } FILINFO;

    ☆  Fname保存了文件的名字,但是是8.3格式的,这与它在目录项中存储的文件名不一样。

    ⑤  win[512]

      位于FATFS结构体中,作为目录项或者FAT分配表的读写缓冲区。它不是某一个文件专有的缓冲区,而是整个文件系统的公共读写缓冲区。

    <1> 当读取MBR、DBR的内容时,就需要借助于这个系统缓冲区。

    <2> 当读写FAT表时,也需要将磁盘中FAT表的数据读取到该缓冲区中,或者将缓冲区中的内容写入到磁盘对应的扇区中。

    <3> 当读写某一文件的信息(而非文件的数据时),就需要在此缓冲区中操作。而读写另外一个文件的信息时,则需要将上一个文件在缓冲区中的内容视情况同步到磁盘中,然后加载此文件的目录项对应扇区内容到缓冲区win[512]中。

    <4> 文件包含对应的目录项和数据空间。目录项需要在win[]中操作在第<3>点已经说明了,而文件的数据空间的操作,则是交给了用户缓冲区,用户通过用户缓冲区读写文件的内容。文件的数据空间,有时也会通过文件的buffer与用户空间打交道。这将在⑥中进行讲述。

    <5> 目录的操作全部都是在这个缓冲区中操作的,应用程序层也不会为目录开辟数据空间,所以目录的数据缓冲空间就是在这个缓冲区。需要注意的是:目录(目录文件)包含目录项(记录于上一层目录中)和数据空间,它的数据空间又担当了保存目录项的功能。不管是目录的目录项,还是目录的数据空间全部使用win[]缓冲区操作。

    ⑥  buffer

      buffer是一个指向512字节缓冲区的指针,位于FIL结构体中,也就相当于是FIL中有一个512字节缓冲区的成员。此512字节的缓冲区,是一个文件的专有缓冲区。用于当文件的读写没有按照512字节对齐的时候,作为架接在磁盘与用户读写缓冲区之间的临时缓冲区。 

    三、函数功能与实现详细分析

    0move_window

      这个函数不是一个可供用户调用的函数,是一个静态函数,只能被文件系统其他函数所调用。之所以首先讨论这个函数是因为它是唯一能够操作win[](系统缓冲区)的函数,其他的函数要想操作win[],必须通过调用此函数实现。

    <1> 函数原型

    BOOL move_window (
             DWORD sector                  /* Sector number to make apperance in the FatFs->win */
    
    )   

    <2> 函数说明

    @函数功能:win[]操作函数(DBR、FAT表、目录项)

          ① 读取新的扇区内容到临时缓冲区win[]

                     ② 同步win[]中的内容到磁盘

           注意:

                  <1> 如果读取新的扇区号就是现在存储在win[]中的扇区号,就什么也不操作

                  <2> 如果不同,则根据情况同步win[]到磁盘中,并且将新扇区中的内容读取到win[]中

               <3> 如果sector为0,则函数功能变为同步win[]到磁盘中,不会读取0扇区的内容到win[]

       @输入参数:sector 要读取扇区的扇区号

       @输出参数: 无

    <3> 备注

             此函数被下列函数所直接或者间接调用:

    第一类:操作FAT表

    ① get_cluster

    ② put_cluster

    ③ remove_chain

    ④ create_chain

    第二类:操作MBR、DBR

    ⑤ check_fs

    第三类:操作目录项所在扇区(目录的数据空间)

    ⑥ trace_path

    <4> 程序实现方法简述

      首先判断要读取的扇区号是否与当前缓存在win[]中的扇区号一致。倘若一致,则无需执行任何操作。倘若不一致,再判断缓存在win[]中的内容是否被修改过,如果修改过,就需要更新到磁盘,最后还要把新扇区中的内容加载到win[]中。

         传入参数0,0与当前缓存在win[]的扇区号肯定不一样,所以一定会同步win[]内容到磁盘中。 

    <5> 程序执行示意图

    程序执行前

     

    程序执行中

     

     程序执行后

     

     1f_mountdrv

    <1> 函数原型

    FRESULT f_mountdrv ()

    <2> 函数说明

    @函数功能:

      1.初始化SD卡

      2、填充FatFs对象,即记录物理磁盘的相关参数

    @输入参数 :无

    @输出参数: 无

    <3> 备注

    <4> 程序实现方法简述

         首先调用SD卡初始化函数,对SD卡进行初始化。然后读取物理磁盘0号扇区的内容,判断是否是DBR扇区。如果不是DBR扇区,那么肯定就是MBR扇区,再从MBR扇区中获取DBR扇区的地址,将DBR扇区的内容调取到win[]中。

         接下来从win[]中,填充FatFs类型的系统对象,这样物理磁盘和文件系统的参数就被保存到了这个对象中。以后,程序就可以从全局变量--FatFs类型的变量,访问文件系统的每一个区域。 

    <5> 程序执行示意图

     

    2f_open

    <1> 函数原型

    FRESULT f_open (
             FIL *fp,                       /* 指向文件结构体变量 */
             const char *path,              /* 指向文件路径 */
             BYTE mode                      /* 存取方式和打开方式 */
    
    )

    <2> 函数说明

    @函数功能:以指定的方式打开或者新建一个文件。如果打开或者创建成功,

                会填充fp指向的文件信息变量(包含文件的目录项确切位置和文件的信息)。

    @输入参数:fp              指向文件信息变量的指针

                     path         指向文件的路径

                     mode       打开方式

    @输出参数:FR_OK      打开或者创建成功

                   其他值  打开或者创建失败

    <3> 备注

    <4> 程序实现方法简述

    ① 以只读的方式打开一个已经存在的文件

         首先调用函数trace_path搜索文件系统中是否存在目标文件,如果不存在就返回失败;如果存在就返回文件的目录项位置(dirscan、dir),并且将目录项所在扇区的内容加载到win[]中。

         接下来就是从win[]中,将文件目录项的参数稍作转化后传入FIL类型的变量中。到此,一个文件就算完整的打开了。注意打开文件并不是打开文件的内容,而是文件的目录项,知道了文件的目录项就知道了如何去查看文件的内容。

         以后,通过FIL类型的变量就可以操作对应的文件

    ② 新建一个文件

      首先调用函数trace_path搜索文件系统中是否存在目标文件,因为是新建文件肯定不存在。那么不存在的文件就返回新建文件当前文件夹的目录指针位置(dirscan、dir)--第一个空目录项所在位置,并且将当前目录指针所在扇区的内容加载到win[]中。

      首先给新建文件在当前文件夹中预定一个目录项位置,然后填入新建文件的目录项初始值(文件名、扩展名、属性、创建时间、更新时间)到win[]中。注意这里并不会将新建文件目录项所在扇区同步到磁盘中,只有当调用f_sync函数时才会将文件的目录项所在扇区同步到磁盘。

      创建一个新文件,只会在其上一层目录中添加对应的目录项并初始化,并不会给文件分配数据空间,当然文件的大小肯定是0。

    ③ 重建一个文件

      首先调用函数trace_path搜索文件系统中是否存在目标文件,因为是重建文件肯定存在。那么就返回文件的目录项位置(dirscan、dir),并且将目录项所在扇区的内容加载到win[]中。

      重建首先将文件的簇链删除,然后设置文件起始位置和文件大小为空,还需要初始化文件的属性、创建时间和修改时间。这里的修改都只是在win[]中进行的,并没有同步到磁盘。只有当调用f_sync函数时才会将文件的目录项所在扇区同步到磁盘。

      重建文件更改了原来文件在目录中的目录项信息,重建文件并没有分配簇,也就是没有分配数据空间。

     <5> 程序执行示意图

    ☆  以只读的方式打开一个已经存在的文件

     

     ☆  新建一个文件的过程

    程序刚执行

     

    程序执行中

     

     程序执行后

     

     3f_read

    <1> 函数原型

    FRESULT f_read (
             FIL *fp,             /* Pointer to the file object */
             BYTE *buff,          /* Pointer to data buffer */
             WORD btr,            /* Number of bytes to read */
             WORD *br             /* Pointer to number of bytes read */
    )

    <2> 函数说明

    @函数功能 :文件读操作

    @输入参数:         fp              文件信息指针

                              buff  指向用户缓冲区

                              btr             准备读取的字节数

                              br               指向实际读取字节数的变量

    @输出参数:FRESULT 成功与否

    <3> 备注

           此函数在读取文件内容后,还会移动文件指针到下一此读写操作的起点。

    <4> 程序实现方法简述

      读文件的情况有些复杂,不同的情况有不同的处理方法。在“<5>程序执行示意图”中,我展示了一种还算全面的情况,就以这种情况为例进行说明。开始读的时候,文件指针并没有位于扇区边界上(512字节对齐),读取的跨度为3个簇。

          首先读没有对齐扇区的剩余内容,其实这个内容在以前的函数(以前的函数移动了文件指针)已经将这个扇区的内容加载到了buffer中。所以,直接从缓冲区buffer中读取此扇区文件指针以后的剩余内容到用户缓冲区。

       接下来,读取第一个簇的剩余一个扇区的内容到用户缓冲区。通过get_cluster函数从FAT表中,获取第二个簇链的位置。然后一次性的将一个簇链的所有扇区内容读取到用户缓冲区中。再通过get_cluster函数从FAT表中,获取第三个簇链的位置。然后将第三个簇链的第一个扇区内容读取到用户缓冲区中。

      最后,将最后所需要读取剩余内容所在的扇区(剩余部分不够一个扇区)读取到buffer中,然后再从buffer中读取所需要的剩余内容到用户缓冲区中。到这里为止,整个读取操作已经完成。

      由于buffer中还有一部分内容没读,假设继续调用函数f_read函数读取数据,那么肯定先从这个buffer缓冲区中将文件指针以后的扇区剩余内容读取到用户缓冲区。

    5> 程序执行示意图

     4f_write

    <1> 函数原型

    FRESULT f_write (
             FIL *fp,                        /* Pointer to the file object */
             const BYTE *buff,           /* Pointer to the data to be written */
             WORD btw,                       /* Number of bytes to write */
             WORD *bw                        /* Pointer to number of bytes written */
    )

    <2> 函数说明

    @函数功能 :文件写操作,只对文件的数据区进行写入,并没有更新对应的目录项。

                     如果写入时,最后写入的数据字节没有完美的扇区对齐,那么肯定会将需要写入磁盘的一个扇区

                  在文件缓冲区中进行缓存

    @输入参数:           fp              文件信息指针

                               buff   指向读取的用户缓冲区

                               btw           准备写入的字节数                         

                               bw             返回实际写入的字节数

    @输出参数:FRESULT 成功与否

    <3> 备注

      此函数在写完文件内容后,还会移动文件指针到下一此读写操作的起点。

    <4> 程序实现方法简述

      写文件的情况与读取文件内容类似,不同的情况有不同的处理方法。在“<5>程序执行示意图”中,我展示了一个全面的情况,就以这种情况为例进行说明。开始写的时候,文件指针并没有位于扇区边界上(512字节对齐),写入数据的跨度为3个簇。

         首先写入没有对齐扇区的剩余内容,其实这个内容在以前的函数(以前的函数移动了文件指针)已经将这个扇区的内容加载到了buffer中。所以,将用户缓冲区中对应的内容写入到buffer中(从文件指针开始到buffer结束的这部分空间)。然后再将buffer中的内容写入到磁盘对应的扇区。

      接下来,将用户缓冲区写入到第一个簇的剩余一个扇区中。通过creat_chain函数从FAT表中,获取第二个簇链的位置(如果是文件有剩余簇链则使用文件的剩余簇链,如果已经用完则重新从FAT表中搜索一个空的簇链连接到此文件中,也就是更改了文件的大小)。然后一次性的将用户缓冲区写入到第二个簇链的所有扇区中。再通过get_cluster函数从FAT表中,获取第三个簇链的位置。然后将用户缓冲区写入到第三个簇链的第一个扇区中。

      最后,将最后所需要写入剩余内容所在的扇区(剩余部分不够一个扇区)读取到buffer中,然后再将用户缓冲区中剩余内容写入到buffer中。到这里为止,整个读取操作已经完成。注意这里并没有将buffer的内容写入到磁盘中。当调用f_sync函数的时候才会将buffer的内容同步到磁盘。

      在函数返回之前,还需要判断文件大小是否更改了,如果大小更改了则要更新文件的大小,并将FA__WRITTEN记录到文件的flag中。这样做的目的是为了当执行f_sync时,可以根据FA__WRITTEN判断出文件修改过,从而更新文件的目录项。

    ☆  假设

      由于buffer中还有一部分内容没操作,

    假设1继续调用函数f_write函数写入数据

      那么肯定先将用户缓冲区的内容写入到这个buffer缓冲区中。只有超出了buffer缓冲区的范围,才会将这个buffer缓冲区的内容同步到磁盘,并且读取下一个扇区的内容到buffer中(假设文件指针仍然没有对齐)。

    假设2:调用函数f_read函数读取数据

      先从这个buffer缓冲区中将文件指针以后的扇区剩余内容读取到用户缓冲区,而不会从磁盘中读取。

    ☆  总结

      buffer的妙处,提高了读写的效率,避免了重复读写磁盘。

    <5> 程序执行示意图

     

     5f_sync

    <1> 函数原型

    FRESULT f_sync (
             FIL *fp                /* Pointer to the file object */
    )

    <2> 函数说明

    @函数功能 :在关闭文件之前,同步文件缓冲区中的内容到磁盘,同步文件目录项信息到磁盘

    @输入参数: fp    文件信息指针

    @输出参数:FRESULT 成功与否

    <3> 备注

    <4> 程序实现方法简述

           判断文件是否修改过,如果修改过再判断文件buffer缓冲区是否修改过,如果修改过则同步到磁盘中文件对应的数据空间中。如果文件修改过,还要更新文件的目录项,这时的修改也是在win[]中的。

           最后通过调用move_window(0),将文件目录项信息同步到磁盘中。 

    <5> 程序执行示意图

     

     6f_opendir

    <1> 函数原型

    FRESULT f_opendir (
             DIR *scan,            /* Pointer to directory object to initialize */
             const char *path      /* Pointer to the directory path, null str means the root */
    
    )

    <2> 函数说明

    @函数功能 :打开一个目录

    @输入参数: scan:指向返回找到的目录项结构体

                      path  指向路径

    @输出参数:FRESULT 成功与否

    <3> 备注

    <4> 程序实现方法简述

      首先调用函数trace_path搜索文件系统中是否存在所要打开的目录,如果不存在就返回失败;如果存在就返回目录对应目录项的位置(dirscan、dir),并且将目录对应目录项所在扇区的内容加载到win[]中。

         接下来判断找到的是不是一个目录。如果就是一个目录的话,就从win[]中将目录对应目录项的参数稍作转化后传入DIR类型的变量中。到此,一个目录就算完整的打开了。注意打开目录并不是打开目录的内容,而是目录对应的目录项,知道了目录对应的目录项就知道了如何去查看目录的内容。

         以后,通过DIR类型的变量就可以操作对应的目录 

    <5> 程序执行示意图

     

     7f_mkdir

    <1> 函数原型

    FRESULT f_mkdir (
             const char *path               /* Pointer to the directory path */
    )

    <2> 函数说明

    @函数功能 :创建一个目录

             注意:新建一个目录,它虽然是一个空目录(有效存储内容为0),但是

             系统已经为它分配了一个簇的数据空间,用于保存它的目录项。这是与新建一个

             普通文件区别很大的地方。

             另外,新建一个目录时,对新建目录在上一层目录的目录项以及新建目录中的目

             录项的初始化,全部都在win[]中进行操作。

    @输入参数:          path  指向路径的指针

    @输出参数:FRESULT 成功与否

    <3> 备注

    <4> 程序实现方法简述

      首先调用函数trace_path搜索文件系统中是否存在目标目录,因为是新建目录肯定不存在。那么不存在目录时就返回新建目录所在当前文件夹的目录指针(dirscan、dir)--第一个空目录项位置,并且将当前目录指针所在扇区的内容加载到win[]中。

      接下来给新建目录在当前文件夹中预定一个目录项位置。然后调用creat_chain函数在FAT表中为新建目录找到一个可用的数据簇,再调用move_window(0)同步FAT表到磁盘中。为新建目录的数据簇初始化,并且初始化第一个目录项。最后,填入新建目录的目录项初始值(目录名、属性、创建时间 、数据簇起始位置)到win[]中。然后同步到磁盘中,完成整个新建目录的工作。

    ☆  注意

    <1> 创建一个新目录,不仅会在其上一层目录中添加对应的目录项并初始化,并且会给新建目录分配一个簇的数据空间,并进行初始化。

    <2> 新建一个目录时,会将新建目录的数据簇和对应目录项所在扇区都同步到磁盘中,这与文件必须通过调用f_sync才能同步是不一样的。

    <3> 新建一个目录会给目录分配数据空间,而新建文件则是没有的,这也是一个巨大的差别。

    <4> 新建一个目录的所有操作都是在win[]中进行的,不管是新建目录的对应目录项,还是新建目录的数据空间都是在win[]中进行的。

    <5> 程序执行示意图

    程序刚执行

     

    ② 程序执行中

     

     程序执行后

     

     8f_unlink

    <1> 函数原型

    FRESULT f_unlink (
             const char *path                         /* Pointer to the file or directory path */
    )

    <2> 函数说明

    @函数功能 :删除一个文件或者目录

               1、删除目录或者文件的簇链(回收数据空间)

               2、文件或者目录的目录项被设置成为删除(0xE5),注意目录项并没有回收,只是标记为删除

    @输入参数: path  指向路径的指针

    @输出参数:FRESULT 成功与否

    <3> 备注

    <4> 程序实现方法简述

      首先调用函数trace_path搜索文件系统中是否存在所要删除的目录或者文件,如果不存在就返回失败;如果存在就返回对应目录项的位置(dirscan、dir),并且将对应目录项所在扇区的内容加载到win[]中。

          判断要删除的是不是目录,如果是目录还要判断是不是非空目录,如果是非空目录则不允许删除。如果是空目录,那么就可以删除。

          删除文件或者目录时,首先删除簇链(数据空间),然后修改目录项为删除状态(0xE5),最后同步目录项所在扇区win[]缓冲区到磁盘中,完成删除。    

    <5> 程序执行示意图

    程序刚执行

     

    程序执行中

     

     程序执行后

     

     9f_lseek

    <1> 函数原型

    FRESULT f_lseek (
             FIL *fp,              /* Pointer to the file object */
             DWORD ofs               /* File pointer from top of file */
    )

    <2> 函数说明

    @函数功能 :移动文件指针,实际上就是修改文件指针(当前簇号、当前扇区号、文件指针fptr)

    @输入参数: fp    文件信息指针

                  ofs 定位文件指针的位置(从文件头部开始的偏移量)

    @输出参数: fp 返回重新定位后的文件信息(包含文件指针)

                      FRESULT 成功与否

    <3> 备注

    <4> 程序实现方法简述

         首先要对缓冲区buffer进行同步,因为文件指针中的curr_sect代表的是当前处在buffer中物理扇区号。现在要移动指针,也就是要移动当前扇区号curr_sect,所以要先将buffer进行同步。

      偏移量进行修正,因为可能偏移量超过了文件的大小,修正后的偏移量直接赋给fptr。

         接下来根据偏移量,结合着当前的文件信息FIL类型的对象计算出移动指针后的簇号、扇区号。倘若移动后的文件指针没有512字节对齐,则还需要将curr_sect指向的物理扇区内容读取到buffer中。这样接下来的文件读写操作才不会出错。

     <5> 程序执行示意图

    程序执行前

     

     程序执行中和程序执行后

     

     10f_readdir

    <1> 函数原型

    FRESULT  f_readdir (
             DIR *scan,               /* Pointer to the directory object */
             FILINFO *finfo           /* Pointer to file information to return */
    )

    <2> 函数说明

    @函数功能 :从当前目录项指针处读取一个目录项,并且移动目录指针到下一个索引

    @输入参数: scan:要读取的目录

                      finfo 目录的信息

                           finfo->fname[0] = 0           :这是一个空目录项

                           finfo->fname[0] = others :这是一个非空目录项

    @输出参数:FRESULT 成功与否

    <3> 备注

    <4> 程序实现方法简述

             首先将目录指针当前所在物理扇区读取到win[]中,然后调用get_fileinifo函数从当前目录指针处读取当前目录项并处理后存入finfo中。最后,还要移动目录项指针到下一个索引位置。

    <5> 程序执行示意图

    程序执行

     

    ② 程序执行后

     

     四、FATFS文件系统解惑

    1win[]buffer

         文件系统用了两种重要的缓冲区win[]和buffer。这两种缓冲区的用途在第二章和第三章中已经阐述。但是深层次的思考,它们对应磁盘扇区的读写时机是什么?也即是说什么时候需要从磁盘中读取数据以更新缓冲区,又什么时候需要将缓冲区中的内容同步到磁盘。

         常见的磁盘比如说SD卡、硬盘,它们的扇区大小512字节,对磁盘进行一次读写的字节数要是512的倍数,而非随意的几个字节都可以。

    buffer的魅力:

      如果文件系统设计成这样:从当前文件指针处,读取2个字节到用户缓冲区,需要将磁盘对应的扇区读一次;再次读2个字节到用户缓冲区,又从磁盘的对应扇区读一次,那么效率肯定很慢,频繁的读取相同的扇区是一件很蠢的事。

      在第二次读2个字节到用户缓冲区中的时候,可以看看需要的数据是否就处于buffer缓冲区中(第一次已经将一个扇区读如buffer),如果在就直接从buffer中读,如果不在再从磁盘中读。显然,这样做可以避免重复读取相同的扇区,只有到了迫不得已的时候才会读取磁盘其他的扇区。这样做提高了系统的效率。

      对于写文件时,buffer的作用也是类似的:第一次写入2个字节,需要先将文件指针对应磁盘的扇区读入buffer,然后通过用户缓冲区修改对应2个字节的内容;第二次写入2个字节的时候,如果写入的位置仍然在当前扇区的话,可以直接将用户缓冲区的内容替换掉接下来的2个字节的内容………如果迫不得已需要更换扇区,那将缓冲区中的内容同步到磁盘中,然后读入下一个扇区的内容到缓冲区中。

    win[]的魅力:

         操作win[]最底层的函数move_window,如果读取的扇区号不变那么没必要重新读取磁盘。如果读取扇区号改变了,先将win[]同步到磁盘,然后读取另外一个扇区的内容到win[]中。

      这样的好处就是:假设我们如果不需要切换扇区,只对一个扇区进行读写操作。只在第一次读写的时候,将磁盘的内容读取到缓冲区中,接下来的读写操作实际上只是在缓冲区中进行的,而并没有实时的同步到磁盘中。一旦当我们切换扇区号的时候,就将win[]中的数据同步到磁盘中。显然,这样的效率很高,要比每一次都同步到磁盘中快的多。

    缓冲区在常见情况的功效:

         通常我们读写一个文件,都不是一下很大范围的操作看,经常都是局部范围的读写。局部范围的读写只在第一次读写时,将磁盘中的数据读取到缓冲区中,接下来的操作全部都在缓冲区中进行。最后同步文件时,才将缓冲区的内容写入到磁盘。

    总结:

      win[]和buffer作为磁盘到用户空间之间的过渡桥梁,使得用户的零碎读写操作,变成了磁盘的整存整取操作,提高了文件系统的效率。

      缓冲区算法实现关键:命中缓冲区就用缓冲区的操作,没命中替换缓冲区。

    2、无缓冲区模式

         FatFs可裁剪成无缓冲区模式的文件系统,也就是阉割掉buffer,但win[]仍然需要。这样对于内存小的MCU来说,是一件非常有益的事情,当然也会为之付出代价—--不能零存领取。

         没有buffer,这样用户空间和文件数据空间是直通的,读写一次至少512字节,所以用户的操作都必须是512字节对齐的,也就是说文件指针要512字节对齐,而不像有buffer那样的任意数值。

         由于DBR/FAT/目录项这些参数的修改,必须是零存领取,所以win[]就必须需要了。

    3_FS_READONLY模式

         Readonly模式,也就是用户对于磁盘只有读取数据的需要,而没有写磁盘的要求。这种模式,阉割了代码量,对于ROM比较小的MCU来说也是一件非常有益的事情。但是这种模式对于减少RAM消耗量却起不到大的作用,要想减少RAM只能使用无缓冲buffer的模式。 

    五、FATFS文件系统函数使用注意事项

    1、不使用一个文件的时候,要调用f_close或者f_sync函数将文件同步到磁盘中。

    2、f_read、f_write、f_lseek、f_sync、f_close在使用前要先打开文件,也即是调用f_open函数。

    3、f_chmod、f_stat无需事先打开文件,可以直接使用

    3、f_readdir使用前要先打开目录,也就是调用函数f_opendir

    参考博客: FatFs源码剖析

                   FAT16图文详解

    FatFs官网:http://www.elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html

    本文文档形式文件下载:

      本文PDF :FatFsVersion0.01源码注释.pdf    

      源码注释: FatFsVersion0.01源码注释.zip

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/amanlikethis/p/3793077.html
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