基于RTThread的DFS文件系统组件使用笔记

sunsili

基于RTThread的DFS文件系统组件使用笔记

简单介绍了一下DFS代码框架和如何在RTThread平台上使用DFS分布式文件系统。工作比较忙先把目前整理的发出来，希望对小伙伴们有帮助，也希望玩过的朋友一起讨论指正。等空闲下来再继续细化深入分析一下。甚至看看能不能挂载个网络文件系统玩玩。

• 环境用的RTThreadStudio
• RTThread版本：标准版4.0.3
• 硬件平台：自己做的产品电路板，MCU用的STM32F407VET6
  
  

DFS分布式文件系统框架如下：

主要特点：

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• 支持多种类型的存储设备。
• 支持多种类型的文件系统，提供普通文件、设备文件、网络文件描述符的管理。
• 提供统一的POSIX文件操作接口：read、write、poll/select等。
  
  

DFS虚拟文件系统文件目录如下：

关键文件简单介绍如下（详见具体的API手册）：

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• src文件夹： dfs虚拟文件系统层相关代码
  
  

• dfs_posix.c  对上层的调用接口代码
  
  

• int open(const char *file, int flags, …)  打开文件
• int close(int fd)  关闭文件
• int read(int fd, void *buf, size_t len)  读取文件
• int write(int fd, const void *buf, size_t len)  写入文件
• off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence)  移动文件读写位置
• int rename(const char old_file, const char new_file)  重命名文件
• int unlink(const char *pathname)  删除文件
• int stat(const char file, struct stat buf)  读取文件信息
• int fstat(int fildes, struct stat *buf)  读取文件状态
• int fsync(int fildes)  把文件描述符对应文件的缓冲区数据，写入对应磁盘文件，清空缓存区
• int fcntl(int fildes, int cmd, …)  文件的ioctl接口，针对dfs层只能读取和设置文件flags。对应具体文件系统，由具体文件系统的ioctl接口定义
• int ioctl(int fildes, int cmd, …)  文件的ioctl接口，内部调用上面的fcntl，如此，对外只需调用ioctl即可
• int ftruncate(int fd, off_t length)  按照length长度截断文件
• int statfs(const char path, struct statfs buf)  读取文件系统信息，包括block大小，block总数，剩余block数，用于计算剩余空间
• int mkdir(const char *path, mode_t mode)  创建文件夹，目前mode内部并没有使用，无实际意义。可配置为0x777
• int rmdir(const char *pathname)  删除文件夹
• DIR opendir(const char name)  打开文件夹
• struct dirent readdir(DIR d)  读取文件夹，可打开一个文件夹后，连续调用此函数遍历读取文件夹内所有子文件夹和文件，dirent内的d_type表明文件类型，1为文件，2为文件夹
• long telldir(DIR *d)  读取目录流中的当前位置（尚未测试有何用途）
• void seekdir(DIR *d, off_t offset)  设置目录流中的读写位置（尚未测试有何用途）
• void rewinddir(DIR *d)  复位目录流中的读写位置（尚未测试有何用途）
• int closedir(DIR *d)  关闭文件夹
• int chdir(const char *path)  更改当前目录
• int access(const char *path, int amode)  测试文件是否可以访问
• char getcwd(char buf, size_t size)  读取当前路径
  
  

• dfs.c   dfs文件系统初始化，文件句柄列表管理等接口函数
  
  

• int dfs_init(void)   初始化dfs文件系统，如果使能devfs，则直接挂载。此接口程序默认被rtthread设置为组件前自动初始化，无需用户调用。需发生在挂载底层文件系统之前
• void dfs_lock(void)   尝试获取dfs的互斥量，如果已被占用，则挂起当前线程，等待其它线程让出dfs操作权
• void dfs_unlock(void)   释放dfs互斥量，让出dfs操作权
• static int fd_alloc(struct dfs_fdtable *fdt, int startfd)   如果已打开的文件句柄列表内有空余句柄，则直接返回。如果没有空余，则在打开文件的时候需要新开辟空间，扩充已打开的文件句柄列表（每次扩充4个）。如果已超过同时打开文件的数量上限，则不再开辟。但这里没有直接返回错误，而是返回最大文件描述符。等待调用者做越界保护处理
• int fd_new(void)   调用上面的fd_alloc函数，申请一个空文件描述符。如果越界（没有空闲设备描述符可用）则返回-1.否则返回+3的描述符.0，1，2的文件描述符用于承载终端设备文件描述符
• struct dfs_fd *fd_get(int fd)   通过文件描述符，在文件句柄列表内找出对应的文件句柄
• void fd_put(struct dfs_fd *fd)   如果文件句柄的ref_count减一后为0，则释放掉文件句柄。
• int fd_is_open(const char *pathname)   查找某文件是否已打开，0为打开，-1为未打开。
• const char dfs_subdir(const char directory, const char *filename)   在filename中去掉directory，返回相对子目录
• char dfs_normalize_path(const char directory, const char *filename)   返回标准格式的路径
• struct dfs_fdtable *dfs_fdtable_get(void)   返回文件句柄列表
• int list_fd(void)   打印当前文件句柄列表内，已打开的文件属性
  
  

• dfs_fs.c   dfs层文件系统对底层具体文件系统的管理接口函数
  
  

• int dfs_register(const struct dfs_filesystem_ops *ops)   注册一个具体的文件系统（dev,elm等）。具体操作为在文件系统操作符数组中，找出空闲句柄，并添加为新注册的操作符
• struct dfs_filesystem dfs_filesystem_lookup(const char path)   根据路径名，在文件系统列表中查找对应的文件系统。路径名只要包含文件系统具体挂载点即可。比如给定一个文件的绝对路径名，即可找到它所在的文件系统
• const char dfs_filesystem_get_mounted_path(struct rt_device device)   根据设备ID，在文件系统列表中查找对应的文件系统，并返回对应文件系统的挂载点
• int dfs_filesystem_get_partition(struct dfs_partition part,uint8_t buf,uint32_t pindex)   在指定存储空间内读取分区表。一般分区表在存储设备的第一个扇区。
• int dfs_mount(const char device_name,const char path,const char filesystemtype,unsigned long rwflag,const void data)   根据设备名，把该设备挂载到指定路径。filesystemtype指定具体的文件系统类型，以使用具体的操作接口。rwflag为文件系统的读写属性，data为传的参数，是否有实际意义要看具体的文件系统操作接口。常用的elm和dev文件系统都无实际意义，直接给0即可。该函数需要等注册完具体的存储设备和dfs文件系统并在dfs文件系统内注册了具体的文件系统后，由用户调用，把具体的存储设备挂载到dfs的指定挂载点。并指定以哪种类型的文件系统操作接口处理此设备。在此之前无需open对应的存储设备，此函数内部会先打开存储设备再挂载
• int dfs_unmount(const char *specialfile)   取消挂载，在文件系统列表中删除指定文件系统，关闭存储设备。specialfile只需包含文件系统挂载路径即可
• int dfs_mkfs(const char fs_name, const char device_name)   根据fs_name指定的具体文件系统类型，把device_name指定的实际存储设备进行格式化，构建文件系统
• int dfs_statfs(const char path, struct statfs buffer)   读取指定文件系统的信息，包括块大小，总块数以及剩余块数，可以用于查看设备剩余空间
• void mkfs(const char fs_name, const char device_name)   finsh函数命令的mkfs接口。使能了MSH后，此函数未被使用
• int df(const char *path)   finsh函数命令的stafts接口，打印存储设备的容量和剩余空间信息。使能了MSH后，此函数未被使用
  
  

• dfs_file.c   dfs文件系统层对于文件相关的处理接口函数，具体实现会分别调用对应实际文件系统的操作函数接口。既dfs面向下层文件系统的接口，移植具体文件系统的时候需要实现对接代码（用RTT移植的时候，RTT已经完成了此接口，在dfs_elm.c内）。
  
  

• int dfs_file_open(struct dfs_fd fd, const char path, int flags)   按照flags属性打开path指定文件或文件夹，然后由fd文件句柄返回
• int dfs_file_close(struct dfs_fd *fd)   关闭fd指定的文件或文件夹
• int dfs_file_ioctl(struct dfs_fd fd, int cmd, void args)   dfs层的ioctl内部接口，可读取和设置文件flags。并调用具体文件系统的ioctl接口实现底层具体功能
• int dfs_file_read(struct dfs_fd fd, void buf, size_t len)   dfs层的read接口，调用具体文件系统的read接口实现读取功能
• int dfs_file_getdents(struct dfs_fd fd, struct dirent dirp, size_t nbytes)   根据文件操作符，读取dirent结构体对应的属性信息
• int dfs_file_unlink(const char *path)   dfs层删除接口，调用具体文件系统的unlink接口实现文件或文件夹的删除功能
• int dfs_file_write(struct dfs_fd fd, const void buf, size_t len)   dfs层的write接口，调用具体文件系统的write接口实现写入功能
• int dfs_file_flush(struct dfs_fd *fd)   dfs层的同步接口，调用具体文件系统的flush接口实现文件的同步，既把文件句柄内的缓存数据真正写入到存储设备
• int dfs_file_lseek(struct dfs_fd *fd, off_t offset)   dfs层的lseek接口，调用具体文件系统的lseek接口，实现对文件读取位置的移动
• int dfs_file_stat(const char path, struct stat buf)   dfs层的读取文件属性接口，也会调用具体文件系统的stat接口
• int dfs_file_rename(const char oldpath, const char newpath)   dfs层的rename接口，调用底层具体文件系统的rename接口，实现文件重命名
• int dfs_file_ftruncate(struct dfs_fd *fd, off_t length)   调用具体文件系统的ioctl接口，实现对文件fd的截断（length字节）
• void ls(const char *pathname)   finsh的ls命令函数
• void rm(const char *filename)   finsh的rm命令函数
• void cat(const char *filename)   finsh的cat命令函数
• static void copyfile(const char src, const char dst)   dfs层实现的文件拷贝函数
• static void copydir(const char src, const char dst)   dfs层实现的文件夹拷贝函数，遍历子文件夹，把所有子文件拷贝到目标文件夹
• static const char _get_path_lastname(const char path)   通过path路径，得到最后一级路径名
• void copy(const char src, const char dst)   finsh的copy命令函数,调用上面的copyfile和copydir实现
  
  

• filesystems文件夹：dfs支持的具体文件系统，默认会有一个devfs文件夹，对应设备文件系统。开启了elm的fat文件系统模块后，会多一个elmfat文件夹，对应fatfs的代码
  
  

• elmfat文件夹：fatfs对应的代码，其中ff.c为fatfs代码，dfs_elm.c为RTT实现的移植代码，承上启下，完成dfs的调用接口和与fatfs对接的接口，并通过具体设备（flash,sdcard）的操作接口实现具体的功能
  
  

• dfs_elm.c   相对直接移植fatfs时diskio.c要实现的接口外，又多了一些和dfs层对接的接口。下面针对dfs_elm.c下的接口函数做简单说明
• static int elm_result_to_dfs(FRESULT result)   做fatfs下的返回状态与dfs下的返回状态的转换
• static int get_disk(rt_device_t id)   根据设备ID，在挂载的磁盘列表中找到磁盘列表ID
• int dfs_elm_mount(struct dfs_filesystem fs, unsigned long rwflag, const void data)   承上启下，连接dfs层和fatfs内的mount接口，实现设备挂载，把设备ID添加到挂载的磁盘列表内
• int dfs_elm_unmount(struct dfs_filesystem *fs)   承上启下，连接dfs层和fatfs内的unmount接口，实现设备取消挂载，把设备ID从磁盘列表中删除
• int dfs_elm_mkfs(rt_device_t dev_id)   承上启下，连接dfs层和fatfs内的mkfs接口，实现存储设备的格式化
• int dfs_elm_statfs(struct dfs_filesystem fs, struct statfs buf)   承上启下，连接dfs层和fatfs内的statfs和getfree接口，读取文件系统的存储空间信息
• int dfs_elm_open(struct dfs_fd *file)   承上启下，连接dfs层和fatfs内的open或opendir接口，实现打开文件或文件夹功能
• int dfs_elm_close(struct dfs_fd *file)   承上启下，连接dfs层和fatfs内的close接口，实现关闭文件或文件夹功能
• int dfs_elm_ioctl(struct dfs_fd file, int cmd, void args)   承上启下，连接dfs层和fatfs内的ioctl接口，实现文件截断功能
• int dfs_elm_read(struct dfs_fd file, void buf, size_t len)   承上启下，连接dfs层和fatfs内的read接口，实现文件读取功能
• int dfs_elm_write(struct dfs_fd file, const void buf, size_t len)   承上启下，连接dfs层和fatfs内的write接口，实现文件写入功能
• int dfs_elm_flush(struct dfs_fd *file)   承上启下，连接dfs层和fatfs内的flush和sync接口，实现文件的同步功能，把缓存数据写入磁盘
• int dfs_elm_lseek(struct dfs_fd *file, rt_off_t offset)   承上启下，连接dfs层和fatfs内的lseek或seekdir接口，实现文件或文件夹的操作位置移动
• int dfs_elm_getdents(struct dfs_fd file, struct dirent dirp, uint32_t count)   承上启下，调用fatfs的readdir接口，实现dfs层的getdents接口，读取文件dirent属性
• int dfs_elm_unlink(struct dfs_filesystem fs, const char path)   承上启下，连接dfs层和fatfs内的funlink接口，实现文件的删除功能
• int dfs_elm_rename(struct dfs_filesystem fs, const char oldpath, const char *newpath)   承上启下，连接dfs层和fatfs内的rename接口，实现改文件名的功能
• int dfs_elm_stat(struct dfs_filesystem fs, const char path, struct stat *st)   承上启下，连接dfs层和fatfs内的stat接口，实现读取文件stat信息的功能
• int elm_init(void)   调用dfs层的dfs_register接口，把“elm”的文件系统操作接口注册到dfs文件系统中。用于后面按照“elm”类型挂载实际的存储设备。此函数被RTT加入到了组件初始化列表，会自动运行，无需用户调用
• DSTATUS disk_initialize(BYTE drv)   此函数为fatfs的初始化磁盘设备的接口，由于RTT实际初始化磁盘设备的代码也被加入到了自动初始化列表，所以此接口直接返回OK即可
• DSTATUS disk_status(BYTE drv)   此函数为fatfs读取磁盘设备状态的接口。RTT的移植，并没有对此函数做具体实现，直接返回的OK
• DRESULT disk_read(BYTE drv, BYTE *buff, DWORD sector, UINT count)   此函数为fatfs读取磁盘扇区数据的接口，对接具体的设备驱动读取接口
• DRESULT disk_write(BYTE drv, const BYTE *buff, DWORD sector, UINT count)   此函数为fatfs写入磁盘扇区数据的接口，对接具体的设备驱动写入接口
• DRESULT disk_ioctl(BYTE drv, BYTE ctrl, void *buff)   此函数为fatfs的ioctl接口，对接具体设备驱动的control接口
• DWORD get_fattime(void)   此函数为fatfs获取系统时间的接口，用于记录文件和文件夹的创建和修改时间
• int ff_cre_syncobj(BYTE drv, FF_SYNC_t *m)   如开启文件重入功能，则需要实现重入保护相关代码，RTT利用互斥量实现，此接口创建互斥量。FF_SYNC_t到rt_mutex_t的重定义在ffconf.h中定义
• int ff_del_syncobj(FF_SYNC_t m)   fatfs的删除互斥量的接口
• int ff_req_grant(FF_SYNC_t m)   fatfs的获取互斥量的接口
• void ff_rel_grant(FF_SYNC_t m)   fatfs的释放互斥量的接口
• void *ff_memalloc(UINT size)   当定义FF_USE_LFN == 3的时候，长文件名需要在堆上面开辟空间，此时需要实现fatfs开辟存储空间的接口，对应rt_malloc接口
• void ff_memfree(void *mem)   fatfs释放存储空间的接口，对应rt_free接口
  
  

dfs以fatfs系统挂载sdcard相关代码调用时序图：

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大致按照从底层到顶层的初始化过程：

sdio硬件外设初始化（自动）：

mmcsd设备初始化（自动）:

fatfs文件系统初始化（自动）：

dfs文件系统初始化（自动）：

sdcard检测线程，检测是否有sdcard或mmccard插入到sd卡槽并进行卡识别：

sdcard挂载到dfs系统（用户调用）：

具体使用过程

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如上所述，其实在RTThread平台上使用DFS文件系统挂载SD卡已经很简单了，大致分一下几步：

1、用CubeMX生成SDIO的最底层外设初始化代码HAL_SD_MspInit()，复制到board.c

• SDIO配置如下：
  
  

• SDIO的DMA配置如下：
  
  

• SDIO的NVIC配置如下：
  
  

生成代码如下（复制到board.c）：

SD_HandleTypeDef hsd;

DMA_HandleTypeDef hdma_sdio_rx;

DMA_HandleTypeDef hdma_sdio_tx;

/**

* @brief SD MSP Initialization

* This function configures the hardware resources used in this example

* @param hsd: SD handle pointer

* @retval None

*/

void HAL_SD_MspInit(SD_HandleTypeDef* hsd)

{

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  if(hsd->Instance==SDIO)

  {

  /* USER CODE BEGIN SDIO_MspInit 0 */

  /* USER CODE END SDIO_MspInit 0 */

    /* Peripheral clock enable */

    __HAL_RCC_SDIO_CLK_ENABLE();

    __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();

    __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();

    /**SDIO GPIO Configuration

    PC8     ------> SDIO_D0

    PC9     ------> SDIO_D1

    PC10     ------> SDIO_D2

    PC11     ------> SDIO_D3

    PC12     ------> SDIO_CK

    PD2     ------> SDIO_CMD

    */

    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11

                          |GPIO_PIN_12;

    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;

    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;

    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;

    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF12_SDIO;

    HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2;

    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;

    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;

    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;

    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF12_SDIO;

    HAL_GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);

    /* SDIO DMA Init */

    /* SDIO_RX Init */

    hdma_sdio_rx.Instance = DMA2_Stream3;

    hdma_sdio_rx.Init.Channel = DMA_CHANNEL_4;

    hdma_sdio_rx.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;

    hdma_sdio_rx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;

    hdma_sdio_rx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;

    hdma_sdio_rx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_WORD;

    hdma_sdio_rx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_WORD;

    hdma_sdio_rx.Init.Mode = DMA_PFCTRL;

    hdma_sdio_rx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;

    hdma_sdio_rx.Init.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_ENABLE;

    hdma_sdio_rx.Init.FIFOThreshold = DMA_FIFO_THRESHOLD_FULL;

    hdma_sdio_rx.Init.MemBurst = DMA_MBURST_INC4;

    hdma_sdio_rx.Init.PeriphBurst = DMA_PBURST_INC4;

    if (HAL_DMA_Init(&hdma_sdio_rx) != HAL_OK)

    {

      Error_Handler();

    }

    __HAL_LINKDMA(hsd,hdmarx,hdma_sdio_rx);

    /* SDIO_TX Init */

    hdma_sdio_tx.Instance = DMA2_Stream6;

    hdma_sdio_tx.Init.Channel = DMA_CHANNEL_4;

    hdma_sdio_tx.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;

    hdma_sdio_tx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;

    hdma_sdio_tx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;

    hdma_sdio_tx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_WORD;

    hdma_sdio_tx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_WORD;

    hdma_sdio_tx.Init.Mode = DMA_PFCTRL;

    hdma_sdio_tx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;

    hdma_sdio_tx.Init.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_ENABLE;

    hdma_sdio_tx.Init.FIFOThreshold = DMA_FIFO_THRESHOLD_FULL;

    hdma_sdio_tx.Init.MemBurst = DMA_MBURST_INC4;

    hdma_sdio_tx.Init.PeriphBurst = DMA_PBURST_INC4;

    if (HAL_DMA_Init(&hdma_sdio_tx) != HAL_OK)

    {

      Error_Handler();

    }

    __HAL_LINKDMA(hsd,hdmatx,hdma_sdio_tx);

    /* SDIO interrupt Init */

    HAL_NVIC_SetPriority(SDIO_IRQn, 6, 0);

    HAL_NVIC_EnableIRQ(SDIO_IRQn);

  /* USER CODE BEGIN SDIO_MspInit 1 */

  /* USER CODE END SDIO_MspInit 1 */

  }

}

2、用RTThreadStudio配置DFS组件和Fatfs组件：

• Studio组件配置如下，如只需移植Fatfs挂载SD卡，则只需开启“DFS”，“Fatfs”和“SDIO”即可，最大扇区也可以用默认的512，我的是同时挂载了SPI接口的串行Flash，Flash的扇区是4096，所以修改了一下这个参数：
  
  

3、挂载设备到文件系统：

• 如上所述，在RTThread平台上使用DFS，只要配置好组件（代码里面就是宏定义），基本所有的初始化代码都会自动调用，无需用户干涉。这里用户只需要找到SD卡设备，然后挂载即可。
  
  
  

#define SDCardPath      "/sdcard0"

   void sdmnt(void)

{

     int sta;

     if(rt_device_find("sd0") != RT_NULL)

    {

        sta = dfs_mount("sd0", SDCardPath, "elm", 0, 0);

        if(sta == RT_EOK)

        {

            LOG_I("sd card mount to SDCardPath");

        }

        else {

            LOG_W("sd card mount to SDCardPath failed!");

        }
    }
}

MSH_CMD_EXPORT(sdmnt, mount the sd card to local filesystem);

4、挂载后就可以按照dfs_posix.c里面的通用接口进行调用使用了。当然，dfs已经实现了很多基于命令行的操作命令，比如“cd”，“ls”，“cat”等。使用方法基本和linux下差不太多，但功能上确实还是没那么强大，这也是很正常的，如果也做那么强大，岂不是又变成了和linux一个量级的系统了，失去了轻量级可抢占系统的意义了。

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版权声明：本文为RT-Thread论坛用户「吉利咕噜2022」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。

原文链接：

https://club.rt-thread.org/ask/article/ca44a91d66b137c9.html