一文读懂FATFS文件系统

FATFS是一个专为小型嵌入式系统设计的开源FAT文件系统模块，采用标准C语言编写，具有良好的硬件平台独立性。它支持FAT12/16/32格式，具有多存储媒介支持、独立缓冲区等特点，可轻松移植到8051、ARM等单片机。移植时主要修改ffconf.h、diskio.c和ffsystem.c三个文件，通过配置选项支持中文文件名、RTC时间戳等功能。底层驱动需实现SD卡初始化、读写扇区等接口函数。FA

赋能大师兄

1726人浏览 · 2025-10-21 17:49:05

赋能大师兄 · 2025-10-21 17:49:05 发布

一、FATFS文件系统简介

FatFs 是一种完全免费开源的 FAT 文件系统模块，专门为小型的嵌入式系统而设计。它完全用标准C 语言编写，所以具有良好的硬件平台独立性，可以移植到 8051、 PIC、 AVR、 SH、 Z80、 H8、 ARM 等系列单片机上而只需做简单的修改。它支持 FATl2、 FATl6 和 FAT32，支持多个存储媒介；有独立的缓冲区，可以对多个文件进行读／写，并特别对 8 位单片机和 16 位单片机做了优化。

二、FATFS文件系统特点

1. Windows兼容的FAT文件系统

2. 不依赖于平台，易于移植

3. 代码和工作区占用空间非常小

4. 多种配置选项

5. 多卷(物理驱动器和分区)

6. 多ANSI/OEM代码页，包括DBCS

7. 在ANSI/OEM或Unicode中长文件名的支持

8. RTOS的支持

9. 多扇区大小的支持

10.只读，最少API，I/O缓冲区等等

三、FATFS文件系统移植性介绍

fatfs模块是ANSI C(C89)编写的。没有平台的依赖, 编译器只要符合ANSI C标准就可以编译。

fatf模块假设大小的字符/短/长8/16/32位和int是16或32位。这些数据类型在integer.h文件中定义。这些数据类型在大多数的编译器中定义都符合要求。如果现有的定义与编译器有任何冲突发生时，需要自己解决。

四、文件系统源码文件与框架介绍

下载地址：http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html

将下载的源码解压后可以得到两个文件夹： documents 和 source。documents 里面主要是对 FATFS 的介绍(离线文档—英文和日文)，而 source 里面才是我们需要的源码。

在source目录下，与平台无关的是:

ffconf.h     FATFS配置文件，用于配置文件系统
lff.h        应用层头文件
lff.c        应用层源文件
ldiskio.h    硬件层头文件
lffunicode.c  语言编码配置文件（比如支持中文等）
ffsystem.c   系统配置文件(堆空间分配、操作系统配置等等)

与平台相关的代码

diskio.c 底层接口文件（用户需要根据自己的硬件进行修改、提供底层代码）

FATFS 模块在移植的时候，我们一般只需要修改 3 个文件，即 ffconf.h 、 diskio.c 、ffsystem.c。

FATFS模块的所有配置项都是存放在 ffconf.h 里面，我们可以通过配置里面的一些选项，来满足自己的需求。

最顶层是应用层，使用者无需理会 FATFS 的内部结构和复杂的 FAT 协议，只需要调用FATFS 模块提供给用户的一系列应用接口函数，如 f_open， f_read， f_write 和 f_close 等，就可以像在 PC上读/写文件那样简单。

中间层 FATFS 模块，实现了 FAT 文件读/写协议。 FATFS 模块提供的是 ff.c 和 ff.h。除非有必要，使用者一般不用修改，使用时将头文件直接包含进去即可。

需要我们编写移植代码的是 FATFS 模块提供的底层接口，它包括存储媒介读/写接口(disk、I/O)和供给文件创建修改时间的实时时钟。

五、 FATFS文件系统移植

下面移植的工程里，底层媒介采用SD卡，所以在移植之前，需要先写好SD卡的底层驱动代码。、1. 软件采用KEIL5

2. CPU采用STM32F103ZET6

3. SD卡采用金士顿的8GB卡

(1) 配置是否支持格式化函数: f_mkfs函数

#define FF_USE_MKFS1

(2) 配置文件系统编码: 配置为936可以支持创建中文文件夹

#define FF_CODE_PAGE936

支持的编码如下:

/ 437 - 美国

/ 720 - 阿拉伯语

/ 737 - 希腊文

/ 771 - KBL

/ 775 - 波罗的海

/ 850 - 拉丁文1

/ 852 - 拉丁文2

/ 855 - 西里尔文

/ 857 - 土耳其语

/ 860 - 葡萄牙语

/ 861 - 冰岛语

/ 862 - 希伯来文

/ 863 - 加拿大法语

/ 864 - 阿拉伯文

/ 865 - 北欧

/ 866 - 俄语

/ 869 - 希腊文2

/ 932 - 日文（DBCS）

/ 936 - 简体中文（DBCS）

/ 949 - 韩文（DBCS）

/ 950 - 繁体中文（DBCS）

配置支持长文件名称: 在堆空间上创建动态缓冲区

#define FF_USE_LFN3

#define FF_USE_LFN3
#define FF_MAX_LFN255
/* FF_USE_LFN切换对LFN的支持（长文件名）.
/ 0：禁用LFN。 FF_MAX_LFN无效。
/ 1：在BSS上启用带有静态工作缓冲区的LFN。 始终不是线程安全的。
/ 2：在STACK上使用动态工作缓冲区启用LFN。
/ 3：在HEAP上启用带有动态工作缓冲区的LFN。

如果选择在堆空间上创建动态缓冲区，就需要使用ffsystem.c文件里的动态空间分配与释放函数。

需要在ffsystem.c文件里加入#include <stdlib.h>头文件，用于支持malloc/free函数。

如果支持了malloc/free函数，需要修改STM32启动文件的堆空间范围，如果空间范围大小不够，会导致malloc函数调用失败。

配置支持系统RTC实时时钟

#define FF_FS_NORTC0  //支持自己设定时间

#define FF_NORTC_MON1

#define FF_NORTC_MDAY1

#define FF_NORTC_YEAR2018

/*选项FF_FS_NORTC切换时间戳函数。 如果系统没有

/不需要任何RTC功能或有效时间戳，设置FF_FS_NORTC = 1以禁用

/时间戳功能。 FatFs修改的每个对象都有一个固定的时间戳

/由当地时间的FF_NORTC_MON，FF_NORTC_MDAY和FF_NORTC_YEAR定义。

/要启用时间戳功能（FF_FS_NORTC = 0），需要使用get_fattime()函数

/添加到项目中以读取当前时间形式的实时时钟。FF_NORTC_MON，

/FF_NORTC_MDAY和FF_NORTC_YEAR无效。

/这些选项对只读配置无效（FF_FS_READONLY = 1）。*/

在get_fattime()函数里，可以将工程里的RTC时间加入进去，给文件创建函数提供时间。

get_fattime()函数在ff.h里进行了声明，用户自己需要在diskio.c文件里实现该函数。

get_fattime函数实现示例: (如果本工程里有RTC时间，可以将时间替换为正确的RTC结构里的时间)。

DWORD get_fattime(void)
{
return (DWORD)(2019-1980)<<25| //年
4<<21| //月
26<<16| //日
14<<11| //时
39<<5| //分
14; //秒
}

六、修改diskio.c文件

(1). 完善SD卡初始化函数

DSTATUS disk_initialize (BYTE pdrv
/* Physical drive nmuber to identify the drive */
) 
{
	DSTATUS stat;
	switch (pdrv) {
		case DEV_SD :
printf("SD卡初始化!\n");
		stat = SDCardDeviceInit();
		//替换为自己工程里的SD卡初始化函数
return stat;
}
return STA_NOINIT;
}

(2). 完善读扇区函数

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 */
) {
	switch (pdrv) {
		case DEV_SD :
        SDCardReadData(buff, sector, count);
		//替换为自己工程里的SD卡读扇区函数
        return RES_OK;
} 
return RES_PARERR;
}

(3). 完善写扇区函数

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 */
) {
	switch (pdrv) {
		case DEV_SD :    
        SDCardWriteData((u8*)buff, sector, count);
		//替换为自己工程里的SD卡写扇区函数
        return RES_OK;
}
return RES_PARERR;
}

(4). 完善ioctl控制函数 : 如果要调用f_mkfs函数就需要实现下面函数

                                                                                                                                                           DRESULT disk_ioctl (BYTE pdrv,
/* Physical drive nmuber (0..) */
BYTE cmd,
/* Control code */
void *buff
/* Buffer to send/receive control data */
) {
	DRESULT res=0;
	switch (pdrv) {
		case DEV_SD : switch(cmd) {
			case GET_SECTOR_COUNT:          
*(u32*)buff=GetSDCardSectorCount();
			//SD卡的扇区数量         
res=RES_OK;          
break;        
case GET_SECTOR_SIZE: 
 //每个扇区是512字节          
*(u32*)buff=512;           
res=RES_OK;          
break;       
case GET_BLOCK_SIZE:  
// 8个扇区=一个块         
*(u32*)buff=8;           
res=RES_OK;       
break;     
}
return RES_OK;
}
return RES_PARERR;
}

七、FATFS文件系统函数介绍

7.1 f_open函数介绍

f_open函数打开一个文件并创建一个文件对象。文件对象用于对文件的后续读/写操作以标识。

FRESULT f_open (
FIL* fp,           /*指向空白文件对象的指针*/
const TCHAR* path,      / *指向文件名的指针* /
BYTE mode       / *访问模式和文件打开模式标志* /
)

7.2 模式标志位:

模式标志，指定文件的访问类型和打开方法。它由以下标志的组合指定。

FA_READ

指定对象的读访问权限。 可以从文件中读取数据。

FA_WRITE

指定对象的写访问权。 数据可以写入文件。 与FA_READ结合用于读写访问。

FA_OPEN_EXISTING

打开文件。 如果文件不存在，则函数将失败。 （默认）

FA_CREATE_NEW

创建一个新文件。 如果文件存在，则函数将失败并显示FR_EXIST。

FA_CREATE_ALWAYS

创建一个新文件。 如果文件存在，则会被截断并覆盖。

FA_OPEN_ALWAYS

如果文件存在，则打开该文件。 如果没有，将创建一个新文件。

FA_OPEN_APPEND

与FA_OPEN_ALWAYS相同，但读/写指针设置为文件末尾。

7.3 f_read函数介绍

该函数开始从读/写指针指向的位置读取文件中的数据。读/写指针随读取的字节数而增加。函数成功后，应检查* br以检测文件的结尾。在* br <btr的情况下，这意味着读/写指针在读操作期间到达文件的末尾。

FRESULT f_read(   
FIL * fp，  / * [IN]文件对象* /   
void * buff，/ * [OUT]用于存储读取数据的缓冲区* /  
 UINT btr， / * [IN]要读取的字节数* /   
UINT * br  / * [OUT]读取的字节数* /
);

7.4 f_write函数介绍

该函数开始在读/写指针指向的位置将数据写入文件。读/写指针随着写入的字节数而增加。

FRESULT f_write
(   
FIL * fp，       / * [IN]指向文件对象结构的指针* /   
const void * buff，/ * [IN]指向要写入的数据的指针* / 
UINT btw，     / * [IN]要写入的字节数* /  
UINT * bw      / * [OUT]指向变量的指针，返回写入的字节数* /
);

7.5 f_close函数介绍

f_close函数关闭打开的文件对象。如果文件已更改，则文件的缓存信息将写回底层存储设备。函数成功后，文件对象不再有效，可以将其丢弃。

FRESULT f_close（  
 FIL * fp / * [IN]指向文件对象的指针* /
）;

7.6 f_lseek函数介绍

打开文件对象中的文件读/写指针指向要在下一个读/写操作中读/写的数据字节。它以读/写的字节数为前提。 f_lseek函数移动文件读/写指针，而不对文件进行任何读/写操作。

在写入模式下指定超出文件大小的偏移量时，文件大小将扩展为指定的偏移量。扩展区域中的文件数据未定义，因为在此过程中没有数据写入文件。这适合于快速地将数据区域预分配给文件以进行快速写入操作。当需要将连续数据区域分配给文件时，请改用f_expand函数。在f_lseek函数成功之后，应检查当前的读/写指针，以确保读/写指针已被移动更正。

FRESULT f_lseek（ 
FIL * fp，  / * [IN]文件对象* /   
FSIZE_t ofs / * [IN]偏移文件读/写指针的偏移量，只能从文件头开始偏移* /
）;

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一、FATFS文件系统简介

二、FATFS文件系统特点

三、FATFS文件系统移植性介绍

四、文件系统源码文件与框架介绍

五、 FATFS文件系统移植

六、修改diskio.c文件

七、FATFS文件系统函数介绍

7.1 f_open函数介绍

7.2 模式标志位:

7.3 f_read函数介绍

7.4 f_write函数介绍

7.5 f_close函数介绍

7.6 f_lseek函数介绍

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