镁光nandflash MT29F32G08+STM32通用IO口驱动,实现fatfs文件系统
真的挺久没有写文章了,一是太忙了,二是素材也少。
这不最近使用镁光的MT29F32G08型号的nandflash,使用STM32作为控制器,但是我所用的STM32是不带FMC的,我也是想偷懒站在前人的肩膀上,但是网上没有找到STM32通用IO口读写MT29F32G08的,SDN啥的上去看了一下,且不说例程能不能用,都要充值,要办会员,大家都懂的,所以只能自己写了(咱就不明白了,有些人总是拿着一些开源的东西,自己改吧改吧,扔到网站上赚米,真的是良心大大滴坏了)。
驱动用的是网上下载的一个通用驱动nand_MT29F_lld,FTL层移植的原子哥的,这里展示一下STM32通用IO口读写MT29F32G08以及fatfs和USB模拟U盘的一些关键程序。
图1STM32通用IO驱动MT29F32G08
图2 通用驱动nand_MT29F_lld
图3,移植原子哥的FTL层
图4,fatfs移植,修改user_diskio.c的读扇区函数
图5,fatfs移植,修改user_diskio.c的写扇区函数
图6,fatfs移植,修改user_diskio.c的IO控制函数
图7,USB模拟U盘,修改usbd_storage_if.c文件的读函数
图8,USB模拟U盘,修改usbd_storage_if.c文件的写函数
接下来就是用文件系统存储数据了,我这里数据量比较大,一秒钟15hz,每一条记录32字节,凑够1024字节写一次csv文件。每个文件最大写32M,写满就生成新的文件继续写,每次上电遍历目录写的文件总数,生成对应的文件名。好了,继续截图~~
上电先生成新的文件名,并打开文件。
图9,上电生成新的csv文件
使用两个buffer轮流写入数据,写满32M就关闭当前文件,并生成新的csv文件继续写,文件总数超过1500个就在不再继续写,差不多存满了。
图10 上电期间不停写入数据
检测到USB插入,就关闭当前正在写 的文件,卸载文件系统。可以把写好的文件拷贝出来。
图11 检测到USB插入
设备已经运行了一会了,看看目录下面的文件和内容吧~
图12 log显示USB已经插入
打开我的电脑
图13 正常识别U盘
看看目录
图14 目录下文件
看看文件内容
图15 文件内容
看到文件格式内容都对,符合设计需求。
到这里就结束了,但是,凡事总有个但是,我这个系统没有备用电源,所以当系统断电而我正好还在写文件的时候,这个文件就会被破坏,打不开,而当fatfs在更新目录表信息,发生断电的话,那就是文件系统损坏了,下一次上电只能重新格式化,从头开始了,以前保存的数据都会丢了。对于这个问题,我暂时还没想到解决办法(在没有备电的情况下)。如果有人有招,就提出来我试试吧。
图16 网络配图
F103C8T6移植FATFS文件系统 版本R015
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)。
GPIO结构图
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。
USART配置
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。
SPI针脚
SPI针脚配置图
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配置要求,从参考手册摘录
//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:
W25Q64地址分配
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
实际测试图片
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。
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