基于MSP430F543 8和FatFs嵌入式文件系统的实现 (2011年)

随着信息技术的迅速发展，嵌入式系统在数据存储与读取方面的需求日益增大。传统的非易失性存储器（如FLASH和EEPROM）在存储大量数据方面的局限性日益凸显，无法满足实际应用的需求。为了解决这一问题，嵌入式文件系统应运而生。嵌入式文件系统可以灵活地管理存储介质和数据，与通用操作系统平台通过文件直接交换数据，简化了通信接口设计和通信协议的制定，避免了上位机软件开发的复杂性。此外，采用嵌入式文件系统可以省去嵌入通用操作系统的需求，降低对硬件的要求和成本，因此成为管理存储介质的流行趋势。 在众多文件系统中，FAT16和FAT32由于微软Windows操作系统的广泛使用而变得极其通用。在支持FAT格式的开源免费文件系统中，EFSL和FatFs是两种比较知名的选择。由于FatFs在处理大文件读写时具有更高的效率，因此本研究选择采用了FatFs文件系统。存储介质的选择上，考虑到简便性，本研究选用了SD卡，而没有使用需要专用USB芯片的U盘。 FatFs是一个专门为小型嵌入式系统设计的开源免费FAT文件系统，其代码完全采用ANSI C编写，这意味着它不受应用平台的限制，易于移植到各种硬件平台上。FatFs支持FAT12、FAT16和FAT32文件系统，具有很少的代码空间和数据空间需求，同时还支持多种配置选项，例如支持多种存储介质、长文件名、RTOS（实时操作系统）支持，以及可以配置为只读和最小化API等。FatFs的层次结构良好，便于在不同的平台上进行移植。 文章提到的MSP430F5438是由德州仪器（Texas Instruments，简称TI）公司生产的一款16位超低功耗单片机。该单片机具备256KB的闪存、16KB的RAM、12位ADC（模数转换器）、4个USCI（通用串行通信接口）以及32位硬件乘法器，并能支持最高18MHz的工作频率。4个USCI模块能够被配置为SPI（串行外设接口）、UART（通用异步收发传输器）和I2C（内部集成电路总线）中的任意一种。在与SD卡的连接中，它们被配置为SPI模式。 系统硬件设计中，FatFs的分层结构清晰，底层是与存储介质相关的读写I/O层。移植者在移植FatFs时只需要编写六个接口函数，包括块读函数和块写函数等。这六个函数提供了实现文件系统所需的底层支持。 文章还指出，嵌入式系统在处理大容量数据时，需要依赖于非易失性存储器（如FLASH和EEPROM）按字节和地址读写的方法。然而，随着存储需求的增长，这种传统方式已不再能够满足现代嵌入式系统的要求。 在实现FAT文件系统时，研究者们选择了Ti公司的MSP430F5438作为核心控制单元，并将开源的FatFs文件系统移植至该平台。通过移植过程的详细介绍，研究者不仅实现了在SD卡上的FAT文件系统，还给出了必要的移植代码。这样的研究工作对推广嵌入式文件系统在小型低功耗单片机中的应用具有重要的价值。