stm32--FatFs调试过程（SPIFlash）

移植方法参见我的另一篇博客：《stm32--FatFs移植（SPIFlash）》。

本文仅记录在初次移植完成后，遇到的问题，和解决的过程。

 调试记录：

1. 问题1：f_open返回3，即磁盘没有准备好。
   • 原因：这是因为逻辑驱动器是按默认（0）初始化的，而在宏定义中把SPIFlash定义为了1。将SPIFlash定义为0即可。
2. 问题2：开机是否格式化？如果不格式化，SPIFlash无法创建创建文件系统；又不可能每次开机都格式化。
   • 处理：f_getfree检测FAT卷空间，如果返回是FR_NO_FILESYSTEM，说明没有格式化过，进行格式化。
3. 问题3：格式化失败（返回FR_DISK_ERR）【此时的BLOCK_SIZE参数是错误的】
   • 原因：diskio.c中底层写入函数入口判断错误，入口判断参数是否正常时 if(sector > SEC_MAX || sector + count > SEC_MAX) return RES_PARERR; 出错，第二个判断条件应为sector + count - 1而非sector + count。
4. 问题4：只能格式化为FAT12格式。
   • 调试过程：仿真跟踪f_mkfs源代码：
   • 如果输入参数为FAT，函数中会减去63个扇区用于存放分区表，此时就只剩4033个扇区了；之后由这段代码，sz_vol为4033，pau为1，得出n_clst为4033<4085(MAX_FAT12)，于是设为FAT12格式
   • 如果输入参数为FAT+SFD，sz_vol值为4096，之后由这段代码，pau为2，再执行1中代码，n_clst为2048，依然是FAT12格式
   • 输入参数FAT+SFD，并在输入参数中强制pau为1，倒是不会置为FAT12格式，但是格式化返回FR_MKFS_ABORTED错误。查找错误原因，发现问题来自这段代码。sz_blk由disk指令Get_Block_Size得到，这里我把这个值设为了4096（一个扇区），这样最后得到的n_clst为0，小于MAX_FAT12，返回错误代码。实际上这个值是以扇区为单位，应设为1。
5. 问题5：不正确的格式化。【此时对FAT文件系统结构的理解是错误的】
   • sz_fat只有3，于是后面格式化只格式化了3个扇区。可是sz_fat和n_clst是互斥的：如果sz_fat很大就意味着n_clst很小，无法格式化为FAT16；如果n_clst格式化为FAT16那就意味着sz_fat是小于10的数。
   • 此时尝试创建文件，“果然”可以创建成功、但无法正确保存：每次重启后能载入文件系统，但获取不到之前创建的文件。
   • 于是开始走向错误的尝试路径：尝试减小单个扇区的定义大小、单次擦除多个扇区。
   • 尝试将单个扇区自定义为1k，block定义为4扇区，修改disk_read函数、disk_wirte函数、disk_ioctl函数，以及格式化函数f_mkfs的输入参数。
     1. 结果：不可行。实际操作中会有写入单个扇区的情况（分区：1系统保留区-x数据区-y页表区），如此，在写入第一个数据扇区的时候，会执行一次erase函数，擦除刚刚写入的系统保留区。类似的情况也会出现在其他地方。
     2. 修改为仅在初始扇区为4的倍数时，允许擦除。如此不会擦除正确写入的数据，但有可能无法成功修改某些单个小扇区。
     3. 修改为，在写入扇区时，如果判断到初始扇区不为4的倍数或结束扇区不为4的倍数，先将4k真实扇区数据读出，再擦除真实扇区，然后将读出的数据写入需写入扇区前的部分，最后将需写入的数据写入。
     4. 依旧不可行，格式化能返回ok，但重启后出现无文件系统的错误，说明文件系统写入还是有问题。
6. 解决问题5中文件无法正确保存的问题
   
   • 通过USB程序，将模块连到电脑上格式化。
     1. 用8k/扇区格式化，能格式化成功。但将格式化好的模块下载fatfs程序时，fatfs读取出现问题，因为fatfs最大支持的单扇区大小为4096字节。
     2. 用我的电脑4k/扇区格式化，一直格式化失败，串口打印出log发现写入都没有问题，写入后的读取却读不到有效内容。
     3. 在程序里面加上一段打印打码，执行对0扇区的写入后，打印写入到0扇区的内容，从而判断到底是什么导致了格式化失败。结果，加上这段代码后，格式化成功。
     4. 判断为需要在写入0扇区后延时一段时间再读取才能成功。加入延时函数后，格式化没有问题了。
   • 将格式化好的模块下载fatfs程序后，读取无问题，获取剩余空间大小也没有问题。但是，在f_open创建文件、f_write进行写入操作、f_close关闭文件后，下次用f_open打开这个文件（OPEN_EXISTING选项）时，依然返回找不到文件的错误。
   • 经过各种调试，发现在disk_write函数中，每次进出打断点，这样进行的f_write和f_close操作，能成功保存文件、修改页表，下次f_open能够读到这个文件。
   • 判断是延时问题，尝试在disk_write出口处加上100ms延时，问题解决。实验发现，延时最短到15ms的时候，可以正常保存文件。最终将延时设为20ms。
7. 解决格式化失败的问题：
   • 既然无法保存的问题出自写入后的延时，那么之前的格式化之后文件无法保存的问题是否也出自这里？
   • 之前的判断认为是fatfs将页表存在末4个扇区内，所以导致文件无法保存的原因是只格式化了前面的数个扇区，没有成功格式化。现在认为这个判断是错误的。
   • 因为经过调试发现，前几个扇区都是用于存储fatfs相关内容的。之前以为是数据区的sz_fat，目前看来应该是fat文件页表；之前认为是文件页表的sz_dir，实际上是fat目录表。
   • 也就是说，fat16文件系统的结构是这样的：（参见https://blog.csdn.net/sikuon/article/details/75222224）
     1. rsv：系统保留区（0扇区的DBR，可能存在的分区表，以及其他保留扇区），位于第0--x扇区。
     2. fat：文件页表区（有时会有FAT2作为FAT的备份），位于x+1--y扇区。
     3. dir：文件目录表区，位于y+1--z扇区
     4. data：数据区，位于z+1--末扇区
   • 那么，昨天遇到的情况，格式化只格了前几个扇区，是正确的操作。如此说来，GET_BLOCK_SIZE的功能的确如我所理解的那样，是扇区数量。block_size就是一次性擦除的扇区数量。
   • 如此，格式化的参数有两种选择：
     1. 根据昨天的经验，用f_mkfs("", FM_FAT, 0, work_buffer, FF_MAX_SS);这样的参数格式化，只能格式化为FAT12（或许应该再试试，因为最初用这种参数格式化时，用的BLOCK_SIZE是4096--与此无关，只要不是SFD格式，都会-63扇区作为起始扇区）。
     2. 根据昨天的经验，用f_mkfs("", FM_FAT+FM_SFD, 4096, work_buffer, FF_MAX_SS);这样的参数，能成功格式化为FAT16，但这是软盘格式，电脑上不一定可用。
     3. 最终试验发现第一种会格式化为FAT12，第二种可行。
8. 在最开始遇到的一个问题，后来在另一个用到Fatfs的板子上又遇到了：
   1. 现象：开机f_getfree函数返回FR_NO_FILESYSTEM，进入格式化；f_mkfs函数返回FR_OK，格式化成功；下一步f_open函数又返回FR_NO_FILESYSTEM错误。
   2. 原因：SPIFlash虚焊。焊好后恢复正常。