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RT-Thread文件系统刨析

发布于 2023-07-16 18:42:45 浏览：1375 订阅该版

[tocm]

# 一、概述
本文系统的讲解RT-Thread的文件系统，第二章代码架构从整体把我文件系统的结构，数据自顶向下的处理流程；第三章讲解底层的处理，与传统的直接操作硬件驱动不同，RT-Thread文件系统的底层是通过操作设备实现的；第四章讲解设备虚拟文件系统的注册和匹配，横向加深对dfs层的理解；第五章介绍RT-Thread下文件系统的配置和使用；第六章以一个示例介绍从fal驱动配置到文件系统的挂载的完整流程。
# 二、文件系统的代码架构
rtthread的文件系统依托于fal(flash抽象层)，fal为上层提供了统一的操作flash的接口，隔离了不同flash的差异，当需要为rtthread适配不同的flash时，只需要适配好fal即可。从下图可以看到rtthread的文件系统由上向下分为三层：文件系统层、fal层、底层硬件层。
 - 文件系统层：文件系统层的代码在components\dfs\src和components\dfs\filesystems，其中，src为文件系统的源码，是文件系统的最顶层，向上为应用提供诸如dfs_mount等文件系统接口，dfs\filesystems为具体的文件系统的实现，每一类实现最后会调用src中的dfs_register向文件系统注册一个实例，即向filesystem_operation_table添加一个实例。
 - flash抽象层：文件系统的所有操作都是基于块设备，块设备的一种实现方式是fal，源码中采用的是这种方式，fal设备的定义在components\fal\src\fal_rtt.c，文件系统需要读写flash时操作的是fal的读写接口。
 - 底层硬件层：根据fal的移植文档，将具体的flash硬件适配到fal框架，主要向fal提供flash硬件的读写接口。

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230716/42d56d3724e9fe9dd9e0f1ad3a7e301b.png.webp)

# 三、文件系统的底层驱动
文件系统dfs的底层是rt_device，对于sd卡设备来说是msd设备，对于使用fal的设备来说是fal_blk设备，文件系统适的配是提供读写存储设备的接口，传统的读写接口是直接的硬件的驱动接口，而rtthread是通过对rt_device设备的读写，再由rt_device驱动具体的硬件设备。为了弄懂文件系统底层的工作过程，需要关注文件系统的dfs_mount，dfs_file_write两个过程。
dfs_mount会根据入参中的设备名称找到rt_device的句柄并打开设备，为后面的dfs_file_write写rt_device做准备，在fatfs的dfs实现中，会在dfs_elm_mount时将rt_device的句柄保存在一个全局的数组disk中，在文件系统的读写接口disk_write中调用rt_device_write通过disk中的句柄实现对rt_device的写操作。
下面说明使用fal_blk设备时文件系统底层的工作过程。
fal_blk设备在fal_rtt.c中，fal_blk_device的定义如下。使用fal_blk时第一步是通过fal_blk_device_create在指定的分区上创建一个fal_blk设备，为文件系统的底层操作创建一个设备。
```c
struct fal_blk_device
{
    struct rt_device                parent;
    struct rt_device_blk_geometry   geometry;
    const struct fal_partition     *fal_part;
};
```
接着可以通过dfs_mount挂载文件系统，在该过程中会通过分区名找到fal_blk_device设备句柄并保存到disk数组，同时通过fal_partition_find获取分区的句柄并保存到fal_blk_device的fal_part，当需要写文件系统（disk_write）时，会调用blk_dev_write，接着调用fal_partition_write对fal_blk_device的fal_part执行写操作。
总结的说，文件系统的读写是通过对rt_device的读写，所以在此之前需要先注册一个rt_device，不同的rt_device有不同的读写方式，如fal_blk设备的读写是通过读写fal_part。

# 四、文件系统的注册和匹配
设备虚拟文件系统的操作集合定义如下，在每一类文件系统注册dfs_register时，会将相应文件系统的名称和操作保存在filesystem_operation_table，在配置使能相应的文件系统后，会自动注册文件系统。dfs_filesystem_ops是具体文件系统的操作集合，不同的文件系统都有自己的一套实现。

```c
/* File system operations */
struct dfs_filesystem_ops
{
    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);
};
```
当dfs_mount挂载文件系统时，会根据文件系统的类型名称和filesystem_operation_table中的文件系统操作做匹配，匹配上后会创建文件系统dfs_filesystem并保存到filesystem_table，操作也保存在创建的dfs_filesystem中。
# 五、rtthread支持的文件系统及如何使用
# 六、文件系统示例-从底层fal配置到文件系统挂载