STM32F103外挂SPI Flash，内嵌FatFS文件系统，并通过USB接PC可访问FatFS内容

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#stm32 #usb #fatfs #文件系统

本文介绍了在STM32上移植FatFS文件系统及USB功能的过程，包括下载源码、修改diskio.c文件、配置文件系统参数、实现USB读卡器功能等步骤，并分享了遇到的问题及解决方法。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

  • 早两天往Stm32上移植Fatfs文件系统，花了一些时间；
  • 后面又花了些时间移植Stm32的USB功能；

在这个过程中，自己摸索了很多东西，也向群里的高人请教过，所以希望把这部分东西记录下，方便自己以后和想寻找这方面知识的人查看。

下面按照上面的介绍分几步来介绍移植驱动所做的工作。

fatfs文件系统的移植

        首先从fatfs官网下载驱动http://elm-chan.org/fsw/ff/arc/ff13a.zip

        

           在下载的源码里面可以看到source文件下面有上面这些文件。这就是我们要移植的文件系统。

            其实为了方便移植前辈们在这个上面已经完善了很多很多，我们只需要做比较少的改动就可以应用起来；我们需要修改的文件是diskio.c这个文件里面的几个标准接口：

  • DSTATUS disk_initialize (BYTE pdrv);
  • DSTATUS disk_status (BYTE pdrv);
  • DRESULT disk_read (BYTE pdrv, BYTE* buff, DWORD sector, UINT count);
  • DRESULT disk_write (BYTE pdrv, const BYTE* buff, DWORD sector, UINT count);
  • DRESULT disk_ioctl (BYTE pdrv, BYTE cmd, void* buff);
  • DWORD get_fattime (void);

在diskio.c中定义了几个磁盘设备：

#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 */

在对应的几个操作函数里面也有这几个设备对应的操作，但是我们只用一个spi-flash所以就只定义一个：

#define    SPI_FLASH    0

定义扇区大小,块大小，扇区个数

#define FLASH_SECTOR_SIZE 	(4*1024)
#define FLASH_BLOCK_SIZE	64
u16 FLASH_SECTOR_COUNT = 4*1024*1024/(4*1024);

获取磁盘状态直接返回成功：

DSTATUS disk_status (
	BYTE pdrv		/* Physical drive nmuber to identify the drive */
)
{
	DSTATUS stat;
	int result;
	switch (pdrv) {
		case SPI_FLASH :return RES_OK;
	}
	return STA_NOINIT;
}

初始化磁盘的函数，主要是把spi-flash初始化：

DSTATUS disk_initialize (
	BYTE pdrv				/* Physical drive nmuber to identify the drive */
)
{
	DSTATUS stat;
	int result;
	char t = 0;
	switch (pdrv) {
		case SPI_FLASH :
			//init spi-bus
			SPI_Flash_Init();
			if(SPI_FLASH_TYPE != FLASH_ADDRESS)
				stat = RES_NOTRDY;
			else
				stat = RES_OK;
			return stat;
	}
	return STA_NOINIT;
}

读取文件系统驱动接口：读取单位以sector（扇区）为单位

DRESULT disk_read (
	BYTE pdrv,		/* Physical drive nmuber to identify the drive */
	BYTE *buff,		/* Data buffer to store read data */
	DWORD sector,	/* Start sector in LBA */
	UINT count		/* Number of sectors to read */
)
{
	int result;
	switch (pdrv) {
	case SPI_FLASH :
		for(;count>0;count--)
		{
			SPI_Flash_Read(buff,sector*FLASH_SECTOR_SIZE,FLASH_SECTOR_SIZE);
			sector++;
			buff+=FLASH_SECTOR_SIZE;
		}
		return RES_OK;
	}
	return RES_PARERR;
}

写文件系统驱动接口：写入也是以sector为单位

DRESULT disk_write (
	BYTE pdrv,			/* Physical drive nmuber to identify the drive */
	const BYTE *buff,	/* Data to be written */
	DWORD sector,		/* Start sector in LBA */
	UINT count			/* Number of sectors to write */
)
{
	int result;
	switch (pdrv) {
	case SPI_FLASH :
		for(;count>0;count--)
		{
			SPI_Flash_Write((u8*)buff,sector*FLASH_SECTOR_SIZE,FLASH_SECTOR_SIZE);
			sector++;
			buff+=FLASH_SECTOR_SIZE;
		}
		return RES_OK;
	}
	return RES_PARERR;
}

文件系统一些控制命令：主要是获取一些磁盘的参数

DRESULT disk_ioctl (
	BYTE pdrv,		/* Physical drive nmuber (0..) */
	BYTE cmd,		/* Control code */
	void *buff		/* Buffer to send/receive control data */
)
{
	DRESULT res = RES_OK;
	int result;
	switch (pdrv) {
	case SPI_FLASH :
	    switch(cmd)
	    {
		    case CTRL_SYNC:
				res = RES_OK; 
		        break;	 
		    case GET_SECTOR_SIZE:
		        *(WORD*)buff = FLASH_SECTOR_SIZE;
		        res = RES_OK;
		        break;	 
		    case GET_BLOCK_SIZE:
		        *(WORD*)buff = FLASH_BLOCK_SIZE;
		        res = RES_OK;
		        break;	 
		    case GET_SECTOR_COUNT:
		        *(DWORD*)buff = FLASH_SECTOR_COUNT;
		        res = RES_OK;
		        break;
		    default:
		        res = RES_PARERR;
		        break;
	    }
	}
	return res;
}
文件系统时间的接口： 
DWORD get_fattime (void)
{
    return ((rtc.w_year - 1980)<<25)|\
            (rtc.w_month<<21)|\
            (rtc.w_date<<16)|\
            (rtc.hour<<11)|\
            (rtc.min<<5)|\
            rtc.sec;
}

到这里驱动基本上就移植完了，下面要做的就是初始化文件系统：在ffconf.h文件中可以配置文件系统的参数和功能，因为一开始我们的flash是没有文件系统的，需要自己格式化一下，所以需要有创建文件系统的功能：

#define FF_USE_MKFS        1//默认是0
/* This option switches f_mkfs() function. (0:Disable or 1:Enable) */

创建文件系统：

首先尝试挂载文件系统

挂载成功则返回成功，挂载失败则创建文件系统

创建失败则返回失败，创建成功再一次尝试挂载

static FATFS sysFs;
static BYTE gFsWork[FF_MAX_SS]; /* Work area (larger is better for processing time) */
static BYTE gFsInited = 0;
static int fileSystemInit()
{
	FRESULT res = 0;
	res = f_mount (&sysFs,"0:",1);
	if(res != 0)
	{
		res = f_mkfs("0:", FM_FAT,0, gFsWork, sizeof gFsWork);
		if(res == 0)
		{
			res = f_mount (&sysFs,"0:",1);
			if(res == 0)
			{
				gFsInited = 1;
				return 0;
			}
			else
				return -1;
		}
		else
			return -1;
	}
	else
		gFsInited = 1;
	return 0;
}
文件系统测试： 
static int fileSystemTest()
{
	FIL fil;
	UINT bw;
	FRESULT res = 0;
	if(gFsInited)
	{
		static char i = 0;
		char b[5] = {0};
		res = f_open(&fil, "0:/hello.txt", FA_OPEN_APPEND | FA_WRITE);
		if (res == 0)
		{
			/* Write a message */
			sprintf(b,"%d",i++%10);
			res = f_write(&fil, b, 1, &bw);
			f_close(&fil);
		}

		res = f_open(&fil, "0:/hello.txt", FA_READ);
		if (res == 0)
		{
			/* read a message */
			char buffer[256];
			memset(buffer,0,sizeof(256));
			res = f_read(&fil,buffer,255,&bw);
			printf("read:%d|%d =>>%s\r\n",res,bw,buffer);
			f_close(&fil);
		}
	}
	return 0;
}
测试输出： 
read:0|1 =>>0
read:0|2 =>>01
read:0|3 =>>012
read:0|4 =>>0123
read:0|5 =>>01234
read:0|6 =>>012345
read:0|7 =>>0123456
read:0|8 =>>01234567
read:0|9 =>>012345678

usb功能的移植

这部分驱动用原子哥的实验”实验50 USB读卡器实验“中的文件：

拷贝例程中的驱动：USB文件下到项目中，然后把刚才项目中初始化和测试文件系统的代码注释掉。

第一步：案例中定义了两个存储介质（SD卡和SPI-Flash），但是我们只需要SPI-Flash，所以将

#define MAX_LUN  0//原来为1
然后把磁盘操作改为只是对磁盘0有效： 
u16 MAL_Write(u8 lun, u32 Memory_Offset, u32 *Writebuff, u16 Transfer_Length)
{	  
	u8 STA;
	switch (lun)
	{
		case 0:
			STA=0;
			SPI_Flash_Write((u8*)Writebuff, Memory_Offset, Transfer_Length);   		  
			break; 
		default:
			return MAL_FAIL;
	}
	if(STA!=0)return MAL_FAIL;
	return MAL_OK;
}

u16 MAL_Read(u8 lun, u32 Memory_Offset, u32 *Readbuff, u16 Transfer_Length)
{
	u8 STA;
	switch (lun)
	{
		case 0:
			STA=0;
			SPI_Flash_Read((u8*)Readbuff, Memory_Offset, Transfer_Length);   		  
			break;	  
		default:
			return MAL_FAIL;
	}
	if(STA!=0)return MAL_FAIL;
	return MAL_OK;
}

u16 MAL_GetStatus (u8 lun)
{
    switch(lun)
    {
    case 0:
        return MAL_OK;
    case 1:
        return MAL_FAIL;
    case 2:
        return MAL_FAIL;
    default:
        return MAL_FAIL;
    }
}
初始化的地方添加SPI-Flash初始化的操作和U盘信息初始化： 
u16 MAL_Init(u8 lun)
{
  u16 status = MAL_OK;  
  switch (lun)
  {
    case 0:		
		Mass_Memory_Size[0]= 1024*1024*4;//4M字节
		Mass_Block_Size[0] = 512;
		Mass_Block_Count[0]= Mass_Memory_Size[0]/Mass_Block_Size[0];
		SPI_Flash_Init();
		if(SPI_FLASH_TYPE != FLASH_ADDRESS)
			status = RES_NOTRDY;
		else
			status = RES_OK;
		break;
	default:
      return MAL_FAIL;
  }
  return status;
}

第二步：先将案例中的和本项目中相冲突的代码去掉，例如LED部分；

实验案例中的这两个文件先不要加入到项目中stm32f10x_it.h、stm32f10x_it.c，因为我自己起的案例中已经有这两个文件了，只要将stm32f10x_it.c中的中断函数和头文件包含内容复制到项目中的stm32f10x_it.c；

还有几个头文件包含问题就能编译过。

第三步：开始初始化USB 
static void usb_port_set(u8 enable)
{
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	if(enable)
		_SetCNTR(_GetCNTR()&(~(1<<1)));//退出断电模式
	else
	{	  
		_SetCNTR(_GetCNTR()|(1<<1));  // 断电模式
		GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_12;
		GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IPD;
		GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_50MHz;
		GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 
		GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_12);
	}
}
//USB口初始化
static void UsbPortInit()
{
	//USB先断开再连接
	usb_port_set(0);
	delay_ms(100);
	usb_port_set(1);
	//USB中断配置
	USB_Interrupts_Config();
	//USB时钟配置
	Set_USBClock();
	//USB初始化
	USB_Init();
}

当USB-device插入的时候，从设备需要将USB-D+通过1.5K电阻拉高，让主机识别到这是一个高速USB设备，所以在Mass_init()的函数中有

void MASS_init()
{
    MAL_Config();//在mass初始化的时候添加磁盘初始化动作
    ......
    /* Connect the device */
    PowerOn();
    ......
}

RESULT PowerOn(void)
{
    ......
    /*** cable plugged-in ? ***/
    /*while(!CablePluggedIn());*/
    USB_Cable_Config(ENABLE);
    ......
}
当USB上电时，将电阻上拉到3.3V，让主机识别到 
void USB_Cable_Config (FunctionalState NewState)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;
	GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
	if (NewState != DISABLE)
		GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_11);
	else
		GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_11);
}
第四步：添加USB状态检测 
static void Fatfs_task(void *pdata)
{
	u8 offline_cnt=0;
	u8 tct=0;
	u8 USB_STA;
	u8 Divece_STA;
	//log_debug("erase chip\r\n");SPI_Flash_Erase_Chip();
	RTC_Init();//this will delay starting
	printf("Now:%04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d\r\n",
		LocalSetting.rtc.w_year,LocalSetting.rtc.w_month,LocalSetting.rtc.w_date,
		LocalSetting.rtc.hour,LocalSetting.rtc.min,LocalSetting.rtc.sec);
#if 0
	if(fileSystemInit())
		printf("fileSystemInit fail\r\n");
	else
		printf("fileSystemInit ok\r\n");
#endif
	UsbPortInit();
	while(1)
	{
		delay_ms(1);
		if(USB_STA!=USB_STATUS_REG)//状态改变了 
		{
			if(USB_STATUS_REG&0x01)//正在写 	  
			{
				//printf("USB Writing...\r\n");//提示USB正在写入数据	 
			}
			if(USB_STATUS_REG&0x02)//正在读
			{
				printf("USB Reading...\r\n");//提示USB正在读出数据		 
			}
			if(USB_STATUS_REG&0x04)
				printf("USB Write Err\r\n");//提示写入错误
			if(USB_STATUS_REG&0x08)
				printf("USB Read  Err\r\n");//提示读出错误
			USB_STA=USB_STATUS_REG;//记录最后的状态
		}
		if(Divece_STA!=bDeviceState) 
		{
			if(bDeviceState==CONFIGURED)
				printf("USB Connected\r\n");//提示USB连接已经建立
			else
				printf("USB DisConnected\r\n");//提示USB被拔出了
			Divece_STA=bDeviceState;
		}
		tct++;
		if(tct==200)
		{
			tct=0;
			if(USB_STATUS_REG&0x10)
			{
				offline_cnt=0;//USB连接了,则清除offline计数器
				bDeviceState=CONFIGURED;
			}
			else//没有得到轮询 
			{
				offline_cnt++;	
				if(offline_cnt>10)
					bDeviceState=UNCONNECTED;//2s内没收到在线标记,代表USB被拔出了
			}
			USB_STATUS_REG=0;
		}
	}
}

编译下载后就能看到pc端的U盘了，格式化以后就能使用。

但是发现格式化的时候只有480KB的大小。

经过很久的查找资料发现将文件系统的操作单位改为和USB的Mass_Block_Size大小一样为512时就能检测到4MB的U盘。

#define FLASH_SECTOR_SIZE     512//(4*1024)

有几点需要注意的是：

  1. Mass_Block_Size的大小只能设置为512，不然PC识别USB大容量存储设备
  2. 文件系统的操作单位大小FLASH_SECTOR_SIZE要和Mass_Block_Size一致
  3. 最好在文件系统准备好以后再去挂载USB设备
  4. 如果单片机在文件系统中创建或者修改文件以后，在PC端是不能被立马查看到的，需要重新插拔。

其中有些问题可能还不是很理解或者有描述不准确的地方，希望大家一起探讨。

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执行res_flash=f_mkfs("1:",0,0);语句时出现res_flash=12是什么原因
02-18
<think>好的，用户问的是执行`res_flash=f_mkfs("1:",0,0);`时出现`res_flash=12`的原因。首先，我需要回忆一下FATFS库中的返回代码。FRESULT类型的结果代码中，12对应的是FR_INVALID_DRIVE，也就是无效的驱动器号。 用户提供的函数调用参数是"1:"，所以可能驱动器1没有被正确配置或者不存在。这时候要考虑用户是否在FATFS中正确挂载了驱动器1。通常，在FATFS中，驱动器号从0开始，比如0:、1:等，但需要确保底层磁盘初始化函数（比如disk_initialize）支持该驱动器号。 接下来，可能用户启用了多分区，但配置不正确。比如，_MULTI_PARTITION设置可能需要检查，或者物理驱动器号是否正确。例如，驱动器1可能对应不同的物理存储设备，而该设备没有正确初始化或不存在。 另外，底层驱动的问题也需要考虑。比如disk_initialize函数是否对驱动器1返回成功，或者存储设备本身有问题，比如未连接或硬件故障。 还可能用户在使用f_mkfs时没有提供足够的工作缓冲区，但根据之前的回答，用户之前的示例中提到了需要工作缓冲区，但在这个函数调用中用户只传入了三个参数，而实际f_mkfs可能需要更多参数，比如工作缓冲区和其大小。可能用户漏掉了这些参数，导致函数调用错误，从而返回FR_INVALID_DRIVE。不过根据FATFS的文档，f_mkfs的参数可能根据版本不同而有所变化。例如，旧版本可能需要5个参数，包括工作区缓冲区，而用户只传了三个，这可能导致参数错误，进而返回错误代码。但根据用户提供的函数调用，可能用户使用的是旧版本或不同的配置，需要确认。 另一个可能性是路径参数错误，比如驱动器号超出了配置的_VOLUMES数量。例如，如果_VOLUMES设置为1，那么只能使用0:，而使用1:就会返回FR_INVALID_DRIVE。 需要检查用户的ffconf.h配置，特别是_VOLUMES和_MULTI_PARTITION的设置。如果_VOLUMES设置为1，那么驱动器1是不可用的。同时，如果启用了多分区，驱动器号的格式是否正确，比如“1:”是否有效，或者是否需要更详细的路径。 另外，用户可能误用了驱动器号，比如实际硬件只有一个存储设备，但用户尝试格式化第二个驱动器。这时候需要确认物理驱动器是否存在，以及对应的硬件初始化是否正确。 总结可能的原因： 1. 驱动器号无效，可能因为配置中_VOLUMES设置不足。 2. 底层驱动未正确支持驱动器1，比如disk_initialize返回错误。 3. 函数调用参数不正确，比如缺少工作缓冲区参数。 4. 存储设备硬件问题，如未连接或初始化失败。 5. 多分区配置错误，导致驱动器1的分区不存在。 接下来需要询问用户是否检查了这些方面，或者提供更多配置和代码细节，以便进一步诊断。比如检查ffconf.h中的_VOLUMES设置，确认disk_initialize对驱动器1的处理，以及函数调用的参数是否正确。当</think>调用 `res_flash = f_mkfs("1:", 0, 0);` 后返回 `res_flash = 12`（即 `FR_INVALID_DRIVE`）时，表示 **逻辑驱动器号无效** 或 **底层驱动未正确初始化**。以下是具体原因和排查方向： --- ### **错误码 `FRESULT = 12` 的含义** 在 FATFS 中，`FR_INVALID_DRIVE` 表示： - 指定的驱动器号（如 `"1:"`）在系统中未定义。 - 底层物理驱动（如 SD 卡、Flash 芯片）未正确初始化或不可用。 --- ### **常见原因及解决方法** #### 1. **逻辑驱动器号未配置** - **问题**： FATFS 的 `_VOLUMES` 宏（在 `ffconf.h` 中定义）限制了最大支持的逻辑驱动器数量。 例如，若 `_VOLUMES` 设为 `1`，则仅允许使用 `"0:"`，而 `"1:"` 会触发此错误。 - **解决**： 在 `ffconf.h` 中增大 `_VOLUMES` 的值，确保覆盖所有需要的逻辑驱动器号。 --- #### 2. **物理驱动未初始化** - **问题**： 逻辑驱动器 `"1:"` 对应的物理设备（如 SPI Flash、SD 卡）未正确初始化，导致 FATFS 无法访问。 - **排查步骤**： 1. 确认底层驱动代码（如 `disk_initialize()` 函数）支持多驱动器号（例如 `0` 和 `1`）。 2. 检查硬件连接是否正常（如 SPI 引脚、电源）。 3. 在调用 `f_mkfs` 前，先尝试挂载驱动器： ```c FATFS fs; FRESULT res = f_mount(&fs, "1:", 1); // 挂载驱动器1 if (res != FR_OK) { // 挂载失败，说明物理驱动问题 } ``` -- #### 3. **多分区配置冲突** - **问题**： 若启用了 `_MULTI_PARTITION` 功能，逻辑驱动器 `"1:"` 可能需要明确指定分区号（如 `"1:0"`）。 - **解决**： 根据 FATFS 的多分区配置，调整路径格式： ```c res_flash = f_mkfs("1:0", 0, 0); // 指定驱动器1的第0个分区 ``` --- #### 4. **函数参数缺失** - **问题**： `f_mkfs` 在某些版本中需要额外参数（如工作缓冲区），若未传入会导致未定义行为。 标准函数原型为： ```c FRESULT f_mkfs ( const TCHAR* path, BYTE sfd, UINT au, void* work, // 工作缓冲区 UINT len // 缓冲区大小 ); ``` - **解决**： 补充工作缓冲区参数： ```c BYTE work_buf[_MAX_SS]; // 缓冲区大小通常为扇区大小（如 512 字节） res_flash = f_mkfs("1:", 0, 0, work_buf, sizeof(work_buf)); ``` --- #### 5. **硬件或文件系统损坏** - **问题**： 存储设备物理损坏或已有文件系统结构损坏（如异常断电导致分区表丢失）。 - **解决**： 1. 尝试重新初始化硬件（如复位控制器、重新插拔 SD 卡）。 2. 使用低级工具（如 `fdisk`、`chip erase`）彻底擦除存储设备。 --- ### **调试建议** 1. **检查 `ffconf.h` 配置**： - 确保 `_VOLUMES` 支持驱动器号 `1`。 - 确认 `_MULTI_PARTITION` 和 `_USE_MKFS` 已启用。 2. **验证物理驱动状态**： 在调用 `f_mkfs` 前，通过底层函数直接读写物理扇区，确认设备可正常访问： ```c BYTE buffer[512]; DRESULT dres = disk_read(1, buffer, 0, 1); // 读取驱动器1的第0扇区 if (dres != RES_OK) { // 物理驱动访问失败 } ``` 3. **简化测试用例**： 尝试格式化默认驱动器（如 `"0:"`），排除代码逻辑问题： ```c res_flash = f_mkfs("0:", 0, 0, work_buf, sizeof(work_buf)); ``` --- ### **总结** - **核心原因**：驱动器号 `"1:"` 未被系统识别或底层驱动异常。 - **关键排查点**： - FATFS 配置（`_VOLUMES`、`_MULTI_PARTITION`）。 - 物理设备初始化及硬件连接。 - 函数参数完整性（尤其是工作缓冲区）。
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