带有RT-Thread的更好的SD库

描述

背景

Arduino IDE 附带的 SD 库很方便，但缺少 exFAT、LFN（长文件名）和非英文字符支持等功能。本文介绍了一种替代 SD 卡驱动程序（基于 RT-Thread）来解决这些问题。

RT-线程

RT-Thread是一个免费的开源（Apache 许可证 2.0）RTOS，并以 Arduino 库的形式提供。还有另一篇文章 ( Multitasking on Arduino ) 可用于了解 RT-Thread 的基本概念。

让我们从通过 Arduino IDE 的库管理器安装库开始。（本文基于 RT-Thread 库版本 0.4.4 。）

SD 卡驱动程序 (TL;DR)

（如果您对实现不感兴趣，只想知道如何使用它，请跳过本节。）

RT-Thread 库中的 SD 卡支持采用DFS（设备文件系统）的形式，它是 RT-Thread 架构的一部分。FAT 是 RT-Thread 支持的文件系统之一。（在 RT-Thread 库的 0.4.4 版本中，FAT 是唯一支持的文件系统。）

FAT DFS 本​​身就是基于ChaN 的 FatFs 项目的优秀作品。

标准的 RT-Thread DFS 提供以下文件系统和文件接口：

/* File system operations */
struct dfs_filesystem_ops
{
   const char *name;
   uint32_t flags;      /* flags for file system operations */
   /* operations for file */
   const struct dfs_file_ops *fops;
   /* mount and unmount file system */
   int (*mount)    (struct dfs_filesystem *fs, unsigned long rwflag, const void *data);
   int (*unmount)  (struct dfs_filesystem *fs);
   /* make a file system */
   int (*mkfs)     (rt_device_t devid);
   int (*statfs)   (struct dfs_filesystem *fs, struct statfs *buf);
   int (*unlink)   (struct dfs_filesystem *fs, const char *pathname);
   int (*stat)     (struct dfs_filesystem *fs, const char *filename, struct stat *buf);
   int (*rename)   (struct dfs_filesystem *fs, const char *oldpath, const char *newpath);
};
/* File operations */
struct dfs_file_ops
{
   int (*open)     (struct dfs_fd *fd);
   int (*close)    (struct dfs_fd *fd);
   int (*ioctl)    (struct dfs_fd *fd, int cmd, void *args);
   int (*read)     (struct dfs_fd *fd, void *buf, size_t count);
   int (*write)    (struct dfs_fd *fd, const void *buf, size_t count);
   int (*flush)    (struct dfs_fd *fd);
   int (*lseek)    (struct dfs_fd *fd, off_t offset);
   int (*getdents) (struct dfs_fd *fd, struct dirent *dirp, uint32_t count);
   int (*poll)     (struct dfs_fd *fd, struct rt_pollreq *req);
}

一个特定的 DFS 可能会实现它们的全部或部分。当挂载DFS时，例如dfs_mount("SD", "/", "elm", 0, 0)，特定的DFS会绑定到一个设备上。在这种情况下，DFS "elm" (FatFs) 绑定到设备 "SD"。

标准的 RT-Thread 设备提供以下接口：

/* operations set for device object */
struct rt_device_ops
{
   /* common device interface */
   rt_err_t  (*init)   (rt_device_t dev);
   rt_err_t  (*open)   (rt_device_t dev, rt_uint16_t oflag);
   rt_err_t  (*close)  (rt_device_t dev);
   rt_size_t (*read)   (rt_device_t dev, rt_off_t pos, void *buffer, rt_size_t size);
   rt_size_t (*write)  (rt_device_t dev, rt_off_t pos, const void *buffer, rt_size_t size);
   rt_err_t  (*control)(rt_device_t dev, int cmd, void *args);
};

一个特定的设备可以实现它们的全部或全部（将函数指针设置为 NULL）。

在库中，名为“SD”的设备实现了与SD卡访问相关的功能，在MKRZERO板的情况下，它涉及到一个名为“SPI1”的低级设备。而 SPI 设备最终涉及到了 Arduino SPI 库。

数据记录器示例

Arduino SD 库提供了一个名为“Datalogger”的示例。RT-Thread 库中也提供了相同的示例，如下面的代码部分所列。

不同之处在于，在下面的示例代码中，采样间隔为 1 秒，并且只执行 10 次。

您可能已经注意到上面的注释open()功能。要打开现有文件并删除其所有内容，只需O_APPEND用O_TRUNC标志替换即可。

当使用 MKRZERO 板运行以下示例时，您可能会观察到串行监视器的以下输出：

\ | /
- RT -     Thread Operating System
/ | \     4.0.1 build Apr 17 2019
2006 - 2019 Copyright by rt-thread team
+ Mount SD to "/"
416,347,312
finsh />436,369,335
442,375,340
449,376,338
449,375,346
429,374,341
447,369,342
449,363,338
426,363,334
419,353,327

使用 Shell 进行操作

使用 RT-Thread 库的真正优势在于它使您能够使用 (FinSH) shell 命令来操作文件。

在串行监视器或其他串行终端工具中，输入ls()命令将显示当前目录（在本例中为“/”）中的文件列表，如下所示。

ls()
Directory /:
DATALOG.TXT         240
HI_UTF8.TXT         35
A_REAL~1.TXT        22
       0, 0x00000000 

文件名后面的数字是以字节为单位的文件大小。在上面的屏幕截图中，“datalog.txt”的大小为 240 字节，因为我运行了该示例两次。

输入cat("datalog.txt")命令会显示“datalog.txt”的内容，确认有20条记录。

finsh />cat("datalog.txt")
464,358,333
464,368,336
480,381,354
447,364,346
443,363,340
441,365,343
463,371,345
467,374,313
447,364,345
465,369,346
416,347,312
436,369,335
442,375,340
449,376,338
449,375,346
429,374,341
447,369,342
449,363,338
426,363,334
419,353,327
       0, 0x00000000

还有copy()和rm()命令。

finsh />copy("datalog.txt", "copy.txt")
       0, 0x00000000
finsh />ls()
Directory /:
COPY.TXT            240
DATALOG.TXT         240
HI_UTF8.TXT         35
A_REAL~1.TXT        22
       0, 0x00000000
finsh />rm("copy.txt")
       0, 0x00000000
finsh />ls()
Directory /:
DATALOG.TXT         240
HI_UTF8.TXT         35
A_REAL~1.TXT        22
       0, 0x00000000

要列出所有可用命令，请输入list()。

finsh />list()
--Function List:
hello            -- say hello world
version          -- show RT-Thread version information
list             -- list available commands
list_mem         -- list memory usage information
list_thread      -- list thread
list_sem         -- list semaphore in system
list_mutex       -- list mutex in system
list_event       -- list event in system
list_mb          -- list mail box in system
list_mq          -- list message queue in system
list_memp        -- list memory pool in system
list_timer       -- list timer in system
list_dev         -- list device in system
mkfs             -- make a file system
df               -- get disk free
mkdir            -- create a directory
cd               -- change current working directory
ls               -- list directory contents
rm               -- remove files or directories
cat              -- print file content
copy             -- copy file or dir
list_sd          -- show SD information
--Variable List:
dummy            -- dummy variable for finsh
       0, 0x00000000

ExFAT、LFN 和非英文字符支持

默认情况下不启用 ExFAT、LFN（长文件名）和非英文字符支持（以使示例更小）。在“ rtconfig.h ”（位于 RT-Thread 库目录中）中打开以下配置以启用这些功能。

#define RT_DFS_ELM_USE_EXFAT
#define RT_DFS_ELM_USE_LFN              (2)
#define RT_DFS_ELM_MAX_LFN              (255)
#define RT_DFS_ELM_CODE_PAGE            936

RT_DFS_ELM_MAX_LFN表示文件名的最大长度，可以在 12 到 255 的范围内。

RT_DFS_ELM_CODE_PAGE默认设置为 437 用于美国，更改为 936 将启用简体中文支持，如下所示。

finsh />ls()
Directory /:
DATALOG.TXT         240
hi_utf8.txt         35
a_really_long_file_name.txt22
      0, 0x00000000
finsh />cat("hi_utf8.txt")
Hello, world!
世界，你好！	0, 0x00000000

下一步

• Arduino上的多任务处理

• RT-Thread Primer（即将推出）