F103C8T6移植FATFS文件系统 版本R0.15

STM32F103C8T6芯片在W25Q64上移植FATFS（版本R0.15）

实现过程：

1、首先完成USART初始化和调试，用于传输信息到串口调试软件。

2、完成SPI相关参数配置及调试，用于单片机和存储芯片之间通讯。

3、完成W25Q64芯片初始化及基本操作函数。

4、移植FATFS到W25Q64芯片并进行文件读写操作。

一、首先第一步：配置USART

1、USART1想正常使用，需要完成以下步骤：

a、打开GPIO时钟；

b、初始化引脚；

c、打开USART1 时钟；

d、初始化USART1参数；

e、重映射fputc、fgetc函数；

f、编写USART1的函数。如SendByte、Receive_Byte、Send_String、Send_halfword等；

g、如果需要中断的话，需要配置NVIC及编写中断函数，本例中不需要中断。

2、具体各步如下：

a、RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); //打开GPIOA时钟

b、初始化针脚：PA9为USART1的发送，PA10为USART1的接收脚。此处PA9的模式设置为复用推完输出（GPIO_Mode_AF_PP）。简单介绍一下GPIO的输出模式配置，GPIO输出有四种：开漏输出（GPIO_Mode_Out_OD）、推挽输出（GPIO_Mode_Out_PP）、复用推挽输出（GPIO_Mode_AF_PP）、复用开漏输出（GPIO_Mode_AF_OD）。根据下图GPIO基本结构图可以看出，USART1属于片上外设，所以选择复用功能输出，又因为开漏输出在信号为“1”时输出高阻态，而我们需要的USART的输出信号需用0和1的反转实现信号传输。因此USART1只能配置为复用推挽输出（GPIO_Mode_AF_PP）。

PA10为USART1的数据接收端，根据手册上的说明，可以配置为浮空输入或者带上拉输入（如下图）。GPIO输入模式配置有四种：浮空输入（GPIO_Mode_IN_FLOATING）、输入上拉（GPIO_Mode_IPU）、输入下拉（GPIO_Mode_IPD）、模拟输入（GPIO_Mode_AIN）。正常运行无通讯信号时，一般将针脚电平拉高，所以此处选择上拉输入。也可以选择浮空输入，由通讯对方将针脚信号拉高。

具体代码如下：

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //初始化GPIO_Pin_9

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA9针脚对应USART1的Tx

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//一般默认为50MHz

GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); //Tx，Transfer

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //模式配置为上拉输入

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; //PA10对应USART1的Rx

GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); //Rx, Receive

b、打开USART1时钟

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);//开USART1时钟

c、配置USART1参数并启动USART1

USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;//配置波特率为9600bps，

USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl =
USART_HardwareFlowControl_None;//硬件控制流无

USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;

//发送、接收模式

USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//校验位无

USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//停止位1位

USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//数据长度8位

USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);//调用库函数进行初始化，其实就是把上述参数写入USART1的各对应寄存器中。配置完成之后记得调用USART_Cmd函数启动USART1。

d、重映射代码如下。重定向 c 库函数 printf 到串口，重定向后可使用 printf 函数；重定向 c 库函数 scanf 到串口，重写向后可使用 scanf、getchar 等函数。

int fputc(int ch, FILE *f)

{

Serial_SendByte((uint8_t)ch);

return (ch);

}

int fgetc(FILE *f)

{

while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE) == RESET);

return (int)USART_ReceiveData(USART1);

}

3、可选择CH340G模块（USB转TTL）连接单片机和电脑，并在主函数中调用“printf”函数，在电脑串口助手中接收或发送数据。

二、SPI

1、SPI想正常使用，需要完成以下步骤：

a、打开GPIO时钟；

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);//使用软件模拟SPI仅需打开GPIO时钟即可。

b、初始化引脚，按下图配置SPI针脚。

c、打开SPI 时钟；

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);//如果使用软件模拟SPI，则不需要打开外设SPI时钟。

d、初始化SPI参数；可以定义为软件模拟SPI或者使用STM32自带的SPI外设。

#ifndef MySPI_Soft

void MySPI_Init(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_SS_PIN | SPI_MOSI_PIN | SPI_CLK_PIN;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;//MISO定义为上拉输入，在Slave设备输出0时，此针脚为0，在输出为1时，针脚为1。如果没有输出时，针脚信号为1。

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_MISO_PIN;

GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

SPI_SS_SET;

SPI_CLK_RESET;//SPI时钟信号需要根据SPI的CPOL设置情况选择初始化时是置0还是置1。

}

#else

void MySPI_Init(void)

{

SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_SS_PIN;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);//片选信号因为下面设置为软件控制，所以此处设置为推挽输出

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_CLK_PIN | SPI_MOSI_PIN;

GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);//因为选择使用外设SPI，根据上面GPIO结构图得知，片上外设输出需要选择复用功能输出，因此此处选择复用推挽输出。

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_MISO_PIN;

GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);//输入信号（针对STM32）和软件模拟SPI一致，选择上拉输入。

SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_2;//配置SPI时钟波特率

SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;

SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;//定义时钟相位关系

SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;

SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;//定义数据帧格式

SPI_InitStructure.SPI_Direction =
SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;//配置通讯方式为2线全双工

SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;//大小端

SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;//设置STM32为主

SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;//配置软件触发

SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);

SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);//以上代码为外设SPI的相关参数

//SPI_I2S_DMACmd(SPI1, SPI_I2S_DMAReq_Tx, ENABLE);如需使用DMA转运数据，则需要打开DMA功能，本例中不需要，所以注释掉。

SPI_SS_SET;//拉高片选信号。

}

e、编写SPI交换数据函数，同样区分软件模拟或采用片上外设。

#ifndef MySPI_Soft

uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t SendByte)

{

uint8_t i,ReceiveByte=0x00;

for (i=0;i<8;i++)

{

if(SendByte & (0x80>>i))

SPI_MOSI_SET;

else

SPI_MOSI_RESET;

SPI_CLK_SET;

Delay_us(5);

if(SPI_MISO_GET)

ReceiveByte |= (0x80>>i);

SPI_CLK_RESET;

Delay_us(5);

}

return ReceiveByte;

}

#else

uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t SendByte)

{

while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) != SET);

SPI_I2S_SendData(SPI1,SendByte);

while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) != SET);

return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);

}

#endif

三、W25Q64

在W25Q64模块中主要完成W25Q64的读写擦除函数。在W25Q64中地址寻址范围0x000000~0x7F0000，共24位，分布如下：

其中：页地址占4位；扇区地址4位；块地址占8位，但是最高位未使用，实际占7位。共128块 、2048扇（128*16）、32768页（128*16*16）、每页256字节。合计（128*16*16*256）/1024/1024=8MB。

注意事项：

1、W25Q64最大写入单位为页（256B），最小擦除单位为扇区（4096B）。此参数非常重要，关系到是否能移植成功，一定要理解。

2、W25Q64的批量写入读出数据一定要先测试能够正常使用。包括批量写入超过1页（256字节）的数据、批量写入一个扇区的数据。因为在文件系统中最小执行单位是扇区。一定要确保一个扇区的数据写入正常。可以通过对Buff（大小一个扇区4096字节）赋值，然后写入数据，清空Buff，再读出数据存入Buff，输出Buff到USART，观察读出数据是否正确。

3、再写入数据之前一定要进行擦除，W25Q64芯片支持最小扇区擦除，在执行文件操作时，写多少擦多少。

4、本例中批量写入数据的数量以字节为单位。

四、FATFS移植

1、ffconfig.h修改：

#define FF_FS_NORTC 1

#define FF_MAX_SS 4096

#define FF_VOLUMES 1

#define FF_CODE_PAGE 437

#define FF_FS_READONLY 0

2、diskio.c文件修改

2.1

#include "W25Q64.h" //包含头文件

/* Definitions of physical drive number for each drive */

//#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 */

#define W25Q64 0 //定义W25Q64

2.2、修改五个函数，这四个函数与W25Q64中的读写函数息息相关。具体代码见源码。

disk_status()

disk_initialize()

disk_read()

disk_write()

disk_ioctl()

3、注意：disk_ioctl函数中，扇区数量配置为2048，扇区大小为4096，最小擦除扇区为1。

在disk_write函数中，第三个参数为扇区号，因此对应的写地址需要将扇区号左移12位，将扇区地址转换为W25Q64的实际地址。第四个参数为写入的扇区数量，也需要将第四个参数左移12位，转换为写入的Byte数。

五、测试

六、本次移植体会：

1、出现数据未擦除完成，直接开始写入数据，造成数据混乱。出现格式化不成功；文件系统写入数据不正确，再次挂载时报“FR_NO_FILESYSTEM”等异常情况。

2、一般情况下不要怀疑ff.c文件的正确性。开始出现异常后一直在f_mkfs函数中查找原因，将f_mkfs函数中的程序分析了半天也没有找到原因。一般来说出现问题的地方是W25Q64芯片的写入、读出函数。因此一定要首先测试“擦除”、“整页、多页写入读出”都正常的情况下再着手进行FATFS移植。

3、可以尝试设置FF_MAX_SS 512或者1024进行移植。由于W25Q64只支持扇区擦除（4096B），选择FF_MAX_SS =512时，文件系统最小操作单位是512B，因此需要自己编写擦除2页的函数（将对应的页先写入0xFF，再进行数据写入操作）。这个我自己没有尝试，感兴趣的朋友可以试一试。

4、本次移植参考了野火电子的零死角玩转STM32教程。

5、需要源码的朋友可以私信我。