RT-Thread DFS 组件的主要功能特点

RT-Thread DFS 组件的主要功能特点

1.1 文件系统引入

在早期的嵌入式系统中，需要存储的数据比较少，数据类型也比较单一，往往使用直接在存储设备中的指定地址写入数据的方法来存储数据。然而随着嵌入式设备功能的发展，需要存储的数据越来越多，也越来越复杂，这时仍使用旧方法来存储并管理数据就变得非常繁琐困难。因此我们需要新的数据管理方式来简化存储数据的组织形式，这就是文件系统的由来。

1.2 虚拟文件系统引入

2 DFS 简介

DFS（ Device File System）是一种抽象的文件机制，RT-Thread中对文件系统的相关操作实际上都是通过操作DFS实现，也就是说DFS是对各种文件系统的抽象。DFS使的其他部分无须关心不同文件系统之间的差异，使得RT-Thread可以支持多种类型的文件系统。

3 DFS 框架

RT-Thread DFS 组件的主要功能特点有：

DFS 的层次架构如下图所示，主要分为 POSIX 接口层、虚拟文件系统层和设备抽象层。

POSIX 接口层：

虚拟文件系统层：

用户可以将具体的文件系统注册到 DFS 中，如 FatFS、RomFS、DevFS 等。

设备抽象层：设备抽象层将物理设备如 SD Card、SPI Flash、Nand Flash，抽象成符合文件系统能够访问的设备，例如 FAT 文件系统要求存储设备必须是块设备类型。

不同文件系统类型是独立于存储设备驱动而实现的，因此把底层存储设备的驱动接口和文件系统对接起来之后，才可以正确地使用文件系统功能。

4 DFS 数据结构

文件系统操作表：

文件系统表：

1struct dfs_filesystem filesystem_table［DFS_FILESYSTEMS_MAX］;

文件描述符：

5 虚拟文件系统使用步骤

初始化 DFS 组件。

注册具体类型的文件系统。

挂载文件系统

当文件系统不再使用，可以将它卸载。

5.1 初始化 DFS 组件

dfs_init（） 函数会初始化 DFS 所需的相关资源，创建一些关键的数据结构， 有了这些数据结构，DFS 便能在系统中找到特定的文件系统，并获得对特定存储设备内文件的操作方法。

dfs_init（）加入了自动初始化机制，在系统上电后会自动运行dfs_init（）。

1INIT_PREV_EXPORT（dfs_init）;

实例化DFS 组件相关的数据结构

1struct dfs_filesystem filesystem_table［DFS_FILESYSTEMS_MAX］

1static struct dfs_fdtable _fdtab

创建当前目录表

1char working_directory［DFS_PATH_MAX］ = {“/”}

初始化 DFS：

清除文件系统操作表

清除文件系统表

清除文件描述符表

初始化互斥量

设置当前工作目录为“/”

5.2 注册具体类型的文件系统

在 DFS 组件初始化之后，还需要初始化使用的具体类型的文件系统，也就是将具体类型的文件系统注册到 DFS 中。注册文件系统的接口如下所示：

1int dfs_register（const struct dfs_filesystem_ops *ops）;

检查这个文件系统是否已经存在于文件系统操作表的目录中

在文件系统操作表中找出一个空的文件类型条目

将这个文件系统的数据结构地址赋值给空的文件系统操作表目录

5.3 挂载文件系统

在挂载文件系统之前，如果是用作存储设备，还需要先存储设备注册为块设备，然后格式化成对应的文件系统后，才能挂载。

在 RT-Thread 中，挂载是指将一个存储设备挂接到一个已存在的路径上。我们要访问存储设备中的文件，必须将文件所在的分区挂载到一个已存在的路径上，然后通过这个路径来访问存储设备。挂载文件系统的接口如下所示：

1int dfs_mount（const char *device_name，

2 const char *path，

3 const char *filesystemtype，

4 unsigned long rwflag，

5 const void *data）;

在文件系统操作表中找出特定的文件系统

为特殊文件系统建立完整路径

检查路径是否存在

检查文件系统是否挂载在文件系统表中

检查文件系统表是否有空余，如果有，把空余地址指向给此文件系统

注册文件系统

调用此文件系统的挂载接口

5.4 卸载文件系统

当某个文件系统不需要再使用了，那么可以将它卸载掉。卸载文件系统的接口如下所示：

1int dfs_unmount（const char *specialfile）;

检查路径是否存在

在文件系统表中找到此文件系统

清除文件系统表的这个条目内容

调用此文件系统的卸载接口

6 文件系统实例演示

6.1 devfs文件系统

6.1.1 简介

devfs是设备文件系统，设备文件系统是用来把一切设备都抽象为像文件那样操作（如可读，可写）。devfs默认挂载在“/dev”路径下。但是会发现在根目录下使用shell 的ls命令不能看到“/dev”目录， 但是cd “/dev” 能进入dev 目录 ，并且进入dev目录后也能显示dev下的设备。因为根目录“/“下并没有创建任何文件夹，所以在根目录下ls命令自然看不到“/dev”目录。由于挂载文件系统需要挂载在一个已存在的路径上，devfs属于特殊文件系统，DFS为devfs设备文件系统注册时设置了专门的“/dev”路径以供设备文件系统挂载。

2 if （（strcmp（fullpath， ”/“） ！= 0） && （strcmp（fullpath， ”/dev“） ！= 0））

3 {

4 struct dfs_fd fd;

5

6 if （dfs_file_open（&fd， fullpath， O_RDONLY | O_DIRECTORY） 《 0）

7 {

8 rt_free（fullpath）;

9 rt_set_errno（-ENOTDIR）;

10

11 return -1;

12 }

13 dfs_file_close（&fd）;

14 }

6.1.2 注册devfs文件系统

如果开启了DFS，devfs设备文件系统会在dfs_init（）里自动初始化和挂载。

1#ifdef RT_USING_DFS_DEVFS

2 {

3 extern int devfs_init（void）;

4

5 /* if enable devfs， initialize and mount it as soon as possible */

6 devfs_init（）;

7

8 dfs_mount（NULL， ”/dev“， ”devfs“， 0， 0）;

9 }

10#endif

设置devfs文件系统的数据结构：_device_fs

1static const struct dfs_filesystem_ops _device_fs =

2{

3 ”devfs“，

4 DFS_FS_FLAG_DEFAULT，

5 &_device_fops，

6

7 dfs_device_fs_mount，

8 RT_NULL，

9 RT_NULL，

10 RT_NULL，

11

12 RT_NULL，

13 dfs_device_fs_stat，

14 RT_NULL，

15};

将devfs文件系统的数据结构挂载到文件系统操作表里

1int devfs_init（void）

2{

3 /* register rom file system */

4 dfs_register（&_device_fs）;

5

6 return 0;

7}

检查devfs文件系统是否已经存在于文件系统操作表的目录中

在文件系统操作表中找出一个空的文件类型条目

将devfs文件系统的数据结构_device_fs地址赋值给空的文件系统操作表目录

文件系统操作表filesystem_operation_table的第一个目录：

6.1.2 挂载devfs文件系统

1dfs_mount（NULL， ”/dev“， ”devfs“， 0， 0）

在文件系统操作表中找出devfs文件系统

跳过检查”/dev“路径是否存在

检查devfs文件系统是否已经挂载在文件系统表中

检查文件系统表是否有空余，如果有，把空余地址赋值给devfs文件系统

注册文件系统

调用devfs文件系统的挂载接口

文件系统表filesystem_table的第一个目录：

在根目录下使用shell 的cd命令切换到/dev目录，然后使用ls命令：

6.2 RomFS文件系统

6.2.1 简介

RomFS是在嵌入式设备上常用的一种文件系统，具备体积小，可靠性高，读取速度快等优点，常用来作为系统初始文件系统。但也具有其局限性，RomFS是一种只读文件系统。

6.2.2 注册devfs文件系统

把RomFS当作初始文件系统rootfs挂载在根目录，在RomFS里创建几个目录，用于其他文件系统的挂载点。

更改… omfs.c文件，添加mnt文件夹和user文件夹。

2#include 《dfs_romfs.h》

3

4static const struct romfs_dirent _romfs_root［］ = {

5 {ROMFS_DIRENT_DIR， ”mnt“， RT_NULL， 0}，

6 {ROMFS_DIRENT_DIR， ”user“， RT_NULL， 0}

7};

8

9const struct romfs_dirent romfs_root = {

10 ROMFS_DIRENT_DIR， ”/“， （rt_uint8_t *）_romfs_root， sizeof（_romfs_root）/sizeof（_romfs_root［0］）

11};

设置romfs文件系统的数据结构：_romfs

1static const struct dfs_filesystem_ops _romfs =

2{

3 ”rom“，

4 DFS_FS_FLAG_DEFAULT，

5 &_rom_fops，

6

7 dfs_romfs_mount，

8 dfs_romfs_unmount，

9 NULL，

10 NULL，

11

12 NULL，

13 dfs_romfs_stat，

14 NULL，

15};

将romfs文件系统的数据结构挂载到文件系统操作表里

1int dfs_romfs_init（void）

2{

3 /* register rom file system */

4 dfs_register（&_romfs）;

5 return 0;

6}

7INIT_COMPONENT_EXPORT（dfs_romfs_init）;//自动初始化

检查romfs文件系统是否已经存在于文件系统操作表的目录中

在文件系统操作表中找出一个空的文件类型条目

将romfs文件系统的数据结构_romfs地址赋值给空的文件系统操作表目录

文件系统操作表filesystem_operation_table的第二个目录：

6.2.3 挂载romfs文件系统

1int mnt_init（void）

2{

3 if（dfs_mount （RT_NULL，”/“，”rom“，0，&（romfs_root）） == 0）

4 {

5 rt_kprintf（”ROM file system initializated;

“）;

6 }

7 else

8 {

“）;

10 }

11 return 0;

12}

13INIT_ENV_EXPORT（mnt_init）;

在文件系统操作表中找出romfs文件系统

检查”/“路径是否存在

检查romfs文件系统是否已经挂载在文件系统表中

检查文件系统表是否有空余，如果有，把空余地址指向romfs文件系统

注册文件系统

调用romfs文件系统的挂载接口

文件系统表filesystem_table的第二个目录：

6.2.4 测试RomFS文件系统

在根目录下使用shell 的ls命令：

6.3.1 简介

RamFS是内存文件系统，它不能格式化，可以同时创建多个，在创建时可以指定其最大能使用的内存大小。其优点是读写速度很快，但存在掉电丢失的风险。如果一个进程的性能瓶颈是硬盘的读写，那么可以考虑在RamFS上进行大文件的读写操作。

RT-Thread的RamFS设计之初未考虑支持文件夹，所以不能使用mkdir。

6.3.2 注册RamFS文件系统

设置ramfs文件系统的数据结构：_ramfs

1static const struct dfs_filesystem_ops _ramfs =

2{

3 ”ram“，

4 DFS_FS_FLAG_DEFAULT，

5 &_ram_fops，

6

7 dfs_ramfs_mount，

8 dfs_ramfs_unmount，

9 NULL， /* mkfs */

10 dfs_ramfs_statfs，

11

12 dfs_ramfs_unlink，

13 dfs_ramfs_stat，

14 dfs_ramfs_rename，

15};

将ramfs文件系统的数据结构挂载到文件系统操作表里

1int dfs_ramfs_init（void）

2{

3 /* register ram file system */

4 dfs_register（&_ramfs）;

5

6 return 0;

7}

8INIT_COMPONENT_EXPORT（dfs_ramfs_init）;

检查ramfs文件系统是否已经存在于文件系统操作表的目录中

在文件系统操作表中找出一个空的文件类型条目

将ramfs文件系统的数据结构_ramfs地址赋值给空的文件系统操作表目录

文件系统操作表filesystem_operation_table的第三个目录：

6.3.3 挂载RamFS文件系统

1int mnt_ram_elminit（void）

2{

3 if（dfs_mount （RT_NULL，”/mnt“，”ram“，0，dfs_ramfs_create（rampool， 1024）） == 0）

4 {

5 rt_kprintf（”ram file system initializated;

“）;

6 }

7 else

8 {

9 rt_kprintf（”ram file system initializate failed;

“）;

10 }

11 return 0;

12}

13INIT_ENV_EXPORT（mnt_ram_elminit）;

在文件系统操作表中找出ramfs文件系统

检查”/mnt“路径是否存在

检查ramfs文件系统是否已经挂载在文件系统表中

检查文件系统表是否有空余，如果有，把空余地址指向ramfs文件系统

注册文件系统

调用ramfs文件系统的挂载接口

文件系统表filesystem_table的第三个目录：

6.3.4 测试RamFS文件系统

在根目录下使用shell 的cd命令切换到/mnt目录，然后使用ls命令：

6.4 elm-FAT文件系统

6.4.1 简介

FatFs 是一个通用的文件系统（FAT/exFAT）模块，用于在小型嵌入式系统中实现FAT文件系统。

6.4.2 使用流程

初始化 DFS 组件。

初始化具体类型的文件系统。

格式化块设备。

挂载块设备到 DFS 目录中。

当文件系统不再使用，可以将它卸载

6.4.3 注册elm-FAT文件系统

设置fatfs文件系统的数据结构：dfs_elm

1static const struct dfs_filesystem_ops dfs_elm =

2{

3 ”elm“，

4 DFS_FS_FLAG_DEFAULT，

5 &dfs_elm_fops，

6

7 dfs_elm_mount，

8 dfs_elm_unmount，

9 dfs_elm_mkfs，

10 dfs_elm_statfs，

11

12 dfs_elm_unlink，

13 dfs_elm_stat，

14 dfs_elm_rename，

15};

将fatfs文件系统的数据结构挂载到文件系统操作表里

1int elm_init（void）

2{

3 /* register fatfs file system */

4 dfs_register（&dfs_elm）;

5

6 return 0;

7}

8INIT_COMPONENT_EXPORT（elm_init）;

检查fatfs文件系统是否已经存在于文件系统操作表的目录中

在文件系统操作表中找出一个空的文件类型条目

将fatfs文件系统的数据结构dfs_elm 地址赋值给空的文件系统操作表目录

elm-FAT文件系统注册过程如下图所示：

6.4.4 挂载elm-FAT文件系统

1void sd_mount（void *parameter）

2{

3 while （1）

4 {

5 rt_thread_mdelay（500）;

6 if（rt_device_find（”sd0“） ！= RT_NULL）

7 {

8 if （dfs_mount（”sd0“， ”/fatfs“， ”elm“， 0， 0） == RT_EOK）

9 {

10 LOG_I（”sd card mount to ‘/fatfs’“）;

11 break;

12 }

13 else

14 {

15 LOG_W（”sd card mount to ‘/fatfs’ failed！“）;

16 }

17 }

18 }

19}

20

22{

23 rt_thread_t tid;

24

25 tid = rt_thread_create（”sd_mount“， sd_mount， RT_NULL，

26 1024， RT_THREAD_PRIORITY_MAX - 2， 20）;

27 if （tid ！= RT_NULL）

28 {

29 rt_thread_startup（tid）;

30 }

31 else

32 {

33 LOG_E（”create sd_mount thread err！“）;

34 }

35 return RT_EOK;

36}

在文件系统操作表中找出elm文件系统

检查”/fatfs“路径是否存在

检查elm文件系统是否已经挂载在文件系统表中

检查文件系统表是否有空余，如果有，把空余地址指向elm文件系统

注册文件系统

调用elm文件系统的挂载接口

6.4.5 测试elm-FAT文件系统

在根目录下使用shell 的cd命令切换到/fatfs目录，然后使用ls命令：

6.5 littlefs文件系统

6.5.1 简介

自带擦写均衡

支持掉电保护

占用的 RAM/ROM 少

littlefs 自带的擦写均衡和掉电保护使开发者可以放心的将文件系统挂载到 nor flash 上。层级关系

littlefs 在 RT-Thread 上运行的层级关系图如下所示：

6.5.2 使用流程

初始化 DFS 组件。

使能 littlefs 软件包。

使能 MTD 设备。

使能 fal，用来创建 MTD 设备。

创建 MTD 设备

挂载MTD设备到 DFS 目录中。

6.5.3 注册littlefs文件系统

设置littlefs文件系统的数据结构：_dfs_lfs_ops

1static const struct dfs_filesystem_ops _dfs_lfs_ops = {

2 ”lfs“，

3 DFS_FS_FLAG_DEFAULT，

4 &_dfs_lfs_fops，

5

6 _dfs_lfs_mount，

7 _dfs_lfs_unmount，

8

9 _dfs_lfs_mkfs，

10 _dfs_lfs_statfs，

11 _dfs_lfs_unlink，

12 _dfs_lfs_stat，

13 _dfs_lfs_rename，

14};

将littlefs文件系统的数据结构挂载到文件系统操作表里

1int dfs_lfs_init（void）

2{

3 /* init file system lock */

5 /* register ram file system */

6 return dfs_register（&_dfs_lfs_ops）;

7}

8INIT_COMPONENT_EXPORT（dfs_lfs_init）;

检查littlefs文件系统是否已经存在于文件系统操作表的目录中

在文件系统操作表中找出一个空的文件类型条目

将littlefs文件系统的数据结构_dfs_lfs_ops 地址赋值给空的文件系统操作表目录

6.5.4 挂载littlefs文件系统

1 。..

2 struct rt_device *mtd_dev = RT_NULL;

3

4 。..

5 /* 初始化 fal */

6 fal_init（）;

7 /* 生成 mtd 设备 */

8 mtd_dev = fal_mtd_nor_device_create（FS_PARTITION_NAME）;

9 if （！mtd_dev）

10 {

12 }

13 else

14 {

15 /* 挂载 littlefs */

16 if （dfs_mount（FS_PARTITION_NAME， ”/littlefs“， ”lfs“， 0， 0） == 0）

17 {

18 LOG_I（”Filesystem initialized！“）;

19 }

20 else

21 {

22 /* 格式化文件系统 */

23 dfs_mkfs（”lfs“， FS_PARTITION_NAME）;

24 /* 挂载 littlefs */

25 if （dfs_mount（”filesystem“， ”/littlefs“， ”lfs“， 0， 0） == 0）

26 {

27 LOG_I（”Filesystem initialized！“）;

28 }

29 else

30 {

31 LOG_E（”Failed to initialize filesystem！“）;

32 }

33 }

34 }

35 。..

在文件系统操作表中找出lfs文件系统

检查”/littlefs“路径是否存在

检查littlefs文件系统是否已经挂载在文件系统表中

检查文件系统表是否有空余，如果有，把空余地址指向littlefs文件系统

注册文件系统

调用littlefs文件系统的挂载接口

6.5.5 测试littlefs文件系统

在根目录下使用shell 的cd命令切换到/littlefs目录，然后使用ls命令：

注意：spi_flash.h中缺少一个头文件，需要自行添加

6.6 文件系统综合例程

DevFS、RomFS、RamFS、FatFS文件系统配置：

littlefs文件系统配置;

主程序：

1#include 《rtthread.h》

2#include 《rtdevice.h》

3#include 《board.h》

4#include 《fal.h》

5

6#include 《dfs_fs.h》

7#include 《dfs_romfs.h》

8#include 《dfs_ramfs.h》

9#include 《dfs_posix.h》

10

11#define DBG_TAG ”main“

12#define DBG_LVL DBG_LOG

13#include 《rtdbg.h》

14

15/* defined the LED0 pin： PH10 */

16#define LED0_PIN GET_PIN（H， 10）

17

18int main（void）

19{

20 int count = 1;

21 rt_pin_mode（LED0_PIN， PIN_MODE_OUTPUT）;

22

23 while （count++）

24 {

25 rt_pin_write（LED0_PIN， PIN_HIGH）;

26 rt_thread_mdelay（1000）;

27 rt_pin_write（LED0_PIN， PIN_LOW）;

28 rt_thread_mdelay（1000）;

29 }

30

31 return RT_EOK;

32}

33rt_uint8_t rampool［128］;

34

35void sd_mount（void *parameter）

36{

37 while （1）

38 {

39 rt_thread_mdelay（500）;

40 if（rt_device_find（”sd0“） ！= RT_NULL）

41 {

42 if （dfs_mount（”sd0“， ”/fatfs“， ”elm“， 0， 0） == RT_EOK）

43 {

44 LOG_I（”sd card mount to ’/fatfs‘“）;

45 break;

46 }

47 else

48 {

49 LOG_W（”sd card mount to ’/fatfs‘ failed！“）;

50 }

51 }

52 }

53}

54

55int fs_init（void）

56{

57 /* partition initialized */

58 fal_init（）;

59

60 if（dfs_mount （RT_NULL，”/“，”rom“，0，&（romfs_root）） == 0）

61 {

62 LOG_I（”ROM file system initializated;

“）;

63 }

64 else

65 {

66 LOG_I（”ROM file system initializate failed;

“）;

67 }

68

69 if（dfs_mount （RT_NULL，”/ram“，”ram“，0，dfs_ramfs_create（rampool， sizeof（rampool））） == 0）

70 {

71 LOG_I（”ram file system initializated;

“）;

72 }

73 else

74 {

75 LOG_I（”ram file system initializate failed;

“）;

76 }

77

78 /* Create a block device on the file system partition of spi flash */

79 struct rt_device *flash_dev = fal_mtd_nor_device_create（”filesystem“）;

80

81 if （flash_dev == RT_NULL）

82 {

83 LOG_I（”Can’t create a mtd device on ‘%s’ partition.“， ”filesystem“）;

84 }

85 else

86 {

87 LOG_I（”Create a mtd device on the %s partition of flash successful.“， ”filesystem“）;

88 }

89 /* mount the file system from ”filesystem“ partition of spi flash. */

90 if （dfs_mount（flash_dev-》parent.name， ”/littlefs“， ”lfs“， 0， 0） == 0）

91 {

92 LOG_I（”littlefs initialized！“）;

93 }

94 else

95 {

96 dfs_mkfs（”lfs“， flash_dev-》parent.name）;

97 if （dfs_mount（flash_dev-》parent.name， ”/“， ”lfs“， 0， 0） == 0）

98 {

99 LOG_I（”littlefs initialized！“）;

100 }

101 }

102

103 rt_thread_t tid;

104

105 tid = rt_thread_create（”sd_mount“， sd_mount， RT_NULL，

106 1024， RT_THREAD_PRIORITY_MAX - 2， 20）;

107 if （tid ！= RT_NULL）

108 {

109 rt_thread_startup（tid）;

110 }

111 else

112 {

113 LOG_E（”create sd_mount thread err！“）;

114 }

115 return 0;

116}

117INIT_COMPONENT_EXPORT（fs_init）;

测试：

责任编辑:pj

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