1.FAL组件
1.1什么是FAL
FAL (Flash Abstraction Layer) Flash 抽象层，是对 Flash 及基于 Flash 的分区进行管理、操作的抽象层，对上层统一了 Flash 及 分区操作的 API (框架图如下所示)，并具有以下特性：
- 支持静态可配置的分区表，并可关联多个 Flash 设备；
- 分区表支持 自动装载 。避免在多固件项目，分区表被多次定义的问题；
- 代码精简，对操作系统 无依赖 ，可运行于裸机平台，比如对资源有一定要求的 Bootloader；
- 统一的操作接口。保证了文件系统、OTA、NVM（例如：EasyFlash） 等对 Flash 有一定依赖的组件，底层 Flash 驱动的可重用性；
- 自带基于 Finsh/MSH 的测试命令，可以通过 Shell 按字节寻址的方式操作（读写擦） Flash 或分区，方便开发者进行调试、测试；
通过上图我们也可以清晰明了看到，FAL抽象层向下可以通过Flash硬件进行统一管理，当然也可以使用SFUD框架（串行Flash通用驱动库，这部分RT-Thread官方已完成框架的移植同时提供多个应用历程），而对上也可以使用如DFS、NVM提供的Flash硬件统一访问接口，方便用户更加直接方便对底层flash硬件的访问操作。
注：非易失性存储器 (NVM)：在芯片电源关闭期间保存存储在其中的数据。 因此，它被用于没有磁盘的便携式设备中的内存，以及用于可移动存储卡等用途。 主要类型有：非易失性半导体存储器 (Non-volatile semiconductor memory, NVSM) 将数据存储在浮栅存储单元中，每个单元都由一个浮栅(floating-gate) MOSFET 组成。
关于存储，可以用一张图来解释：
1.2 使用ENV配置FAL
在RT-Thread v4.1.0之前，FAL是作为软件包形式对用户开放使用的，而v4.1.0之后，FAL被RT-Thread官方重新定义为RTT组件的一部分，这样也能更加方便用户的开发。
我们下面正式讲解FAL组件的使用：
首先打开ENV工具，根据以下路径打开FAL使能RT-Thread Components->[*]FAL: flash abstraction layer，由于我们后面会用到SFUD，所以这里把FAL uses SFUD drivers一并使能，并修改FAL设备名称为W25Q128.
完成上述操作后保存退出，并使用scons --target=mdk5重新生成MDK5文件并打开
1.3 FAL SFUD 移植
为了提供示例，我们选用W25Q128 spi flash作为测试模块，并且使用SFUD框架对spi flash设备进行管理和驱动。
由于目前RT-Thread的SFUD已经对W25Q128 完成支持，根据官方的使用手册，我们仅需编写fal_cfg.h文件完成对FAL_FLASH_DEV_TABLE及FAL_PART_TABLE的定义即可。文件存放路径：.\rt-thread\bsp\lpc55sxx\lpc55s69_nxp_evk\board\ports\fal_cfg.h
// fal.cfg.h /* * Copyright (c) 2006-2023, RT-Thread Development Team * * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 * * Change Logs: * Date Author Notes * 2023-04-21 Wangyuqiang the first version */ #ifndef _FAL_CFG_H_ #define _FAL_CFG_H_ #include <rtthread.h> #include <board.h> #ifndef FAL_USING_NOR_FLASH_DEV_NAME #define NOR_FLASH_DEV_NAME "norflash0" #else #define NOR_FLASH_DEV_NAME FAL_USING_NOR_FLASH_DEV_NAME #endif /* Flash device Configuration */ extern struct fal_flash_dev nor_flash0; /* flash device table */ #define FAL_FLASH_DEV_TABLE \ { \ &nor_flash0, \ } /* Partition Configuration */ #ifdef FAL_PART_HAS_TABLE_CFG /* partition table */ #define FAL_PART_TABLE \ { \ {FAL_PART_MAGIC_WROD, "easyflash", NOR_FLASH_DEV_NAME, 0, 512 * 1024, 0}, \ {FAL_PART_MAGIC_WROD, "download", NOR_FLASH_DEV_NAME, 512 * 1024, 1024 * 1024, 0}, \ {FAL_PART_MAGIC_WROD, "wifi_image", NOR_FLASH_DEV_NAME, (512 + 1024) * 1024, 512 * 1024, 0}, \ {FAL_PART_MAGIC_WROD, "font", NOR_FLASH_DEV_NAME, (512 + 1024 + 512) * 1024, 7 * 1024 * 1024, 0}, \ {FAL_PART_MAGIC_WROD, "filesystem", NOR_FLASH_DEV_NAME, (512 + 1024 + 512 + 7 * 1024) * 1024, 7 * 1024 * 1024, 0}, \ } #endif /* FAL_PART_HAS_TABLE_CFG */ #endif /* _FAL_CFG_H_ */
此时编译的话是找不到该头文件的，需要我们在Keil中设置：
在RTT FAL组件中的SFUD提供的fal_flash_dev对象默认的nor_flash0参数中，flash大小默认为8M，而W25Q128最大最16M，我们可以选择在.\rt-thread\components\fal\samples\porting\fal_flash_sfud_port.c文件中对struct fal_flash_dev nor_flash0进行修改：
struct fal_flash_dev nor_flash0 = { .name = FAL_USING_NOR_FLASH_DEV_NAME, .addr = 0, .len = 16 * 1024 * 1024, .blk_size = 4096, .ops = {init, read, write, erase}, .write_gran = 1 };
当然也可以选择不进行修改，根据大佬的原话就是因为在调用初始化接口函数init后，会从flash设备读取正确的参数更新到nor_flash0表项中，我们在使用FAL组件前都需要调用FAL初始化函数fal_init，其内调用flash设备初始化函数fal_flash_init，最后会调用注册到fal_flash_dev设备表项中的初始化函数device_table[i]->ops.init，所以nor_flash0表项参数会在FAL初始化时被更新。
同时我们需要开启SFUD框架支持，打开ENV工具，由于SFUD的使用需要指定一个spi设备，这里我选择使用最近移植好的软件spi，路径Hardware Drivers Config->On-chip Peripheral Drivers->[*] Enable soft SPI BUS-> [*] Enable soft SPI1 BUS (software simulation)，这里我的测试开发板是恩智浦的LPC55S69-EVK，并且这款bsp的软件模拟spi由我本人对接，关于这部分的软件spi引脚定义可以选用默认即可，当然也可以使用自定义引脚，记住不要与其他引脚产生冲突。
此时我们回到ENV主界面，进入RT-Thread Components->Device Drivers->Using Serial Flash Universal Driver，此时我们才可以看到SFUD选项出现（如果没有使能spi是没法看到的），使能后保持默认即可
到这里，ENV的配置暂时告一段落！
1.4 FAL SFUD 测试用例
为了验证W25Q128及软件模拟spi在SFUD框架上是否能够成功运行，我们在.\rt-thread\bsp\lpc55sxx\lpc55s69_nxp_evk\board\ports\下新建一个soft_spi_flash_init.c文件，代码如下
/* * Copyright (c) 2006-2023, RT-Thread Development Team * * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 * * Change Logs: * Date Author Notes * 2023-04-21 Wangyuqiang the first version */ #include <rtthread.h> #include "spi_flash.h" #include "spi_flash_sfud.h" #include "drv_soft_spi.h" #include "drv_pin.h" #include "rtconfig.h" #define cs_pin GET_PINS(1,9) static int rt_soft_spi_flash_init(void) { int result = -1; result = rt_hw_softspi_device_attach("sspi1", "sspi10", cs_pin); rt_kprintf("value is %d\n",result); if(result == RT_EOK) { rt_kprintf("rt_hw_softspi_device_attach successful!\n"); } if (RT_NULL == rt_sfud_flash_probe("W25Q128", "sspi10")) { return -RT_ERROR; } return RT_EOK; } INIT_COMPONENT_EXPORT(rt_soft_spi_flash_init);
这里我们需要指定一个片选引脚，我暂时使用了sspi2的SCK引脚作为片选，这里注意不要同时打开sspi1和sspi2，后续我会专门上传一个通用GPIO作为片选引脚，到时候就不会产生问题了。然后软件spi设备的挂载使用的是sspi1 bus及sspi10 device，并且挂载flash设备到sspi10。
另外我们在.\rt-thread\bsp\lpc55sxx\lpc55s69_nxp_evk\board\ports\下新建fal_sample.c文件，并编写测试代码：
//fal_sample.c /* * Copyright (c) 2006-2023, RT-Thread Development Team * * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 * * Change Logs: * Date Author Notes * 2023-04-21 Wangyuqiang the first version */ #include "rtthread.h" #include "rtdevice.h" #include "board.h" #include "fal.h" #define BUF_SIZE 1024 static int fal_test(const char *partiton_name) { int ret; int i, j, len; uint8_t buf[BUF_SIZE]; const struct fal_flash_dev *flash_dev = RT_NULL; const struct fal_partition *partition = RT_NULL; if (!partiton_name) { rt_kprintf("Input param partition name is null!\n"); return -1; } partition = fal_partition_find(partiton_name); if (partition == RT_NULL) { rt_kprintf("Find partition (%s) failed!\n", partiton_name); ret = -1; return ret; } flash_dev = fal_flash_device_find(partition->flash_name); if (flash_dev == RT_NULL) { rt_kprintf("Find flash device (%s) failed!\n", partition->flash_name); ret = -1; return ret; } rt_kprintf("Flash device : %s " "Flash size : %dK \n" "Partition : %s " "Partition size: %dK\n", partition->flash_name, flash_dev->len/1024, partition->name, partition->len/1024); /* erase all partition */ ret = fal_partition_erase_all(partition); if (ret < 0) { rt_kprintf("Partition (%s) erase failed!\n", partition->name); ret = -1; return ret; } rt_kprintf("Erase (%s) partition finish!\n", partiton_name); /* read the specified partition and check data */ for (i = 0; i < partition->len;) { rt_memset(buf, 0x00, BUF_SIZE); len = (partition->len - i) > BUF_SIZE ? BUF_SIZE : (partition->len - i); ret = fal_partition_read(partition, i, buf, len); if (ret < 0) { rt_kprintf("Partition (%s) read failed!\n", partition->name); ret = -1; return ret; } for(j = 0; j < len; j++) { if (buf[j] != 0xFF) { rt_kprintf("The erase operation did not really succeed!\n"); ret = -1; return ret; } } i += len; } /* write 0x00 to the specified partition */ for (i = 0; i < partition->len;) { rt_memset(buf, 0x00, BUF_SIZE); len = (partition->len - i) > BUF_SIZE ? BUF_SIZE : (partition->len - i); ret = fal_partition_write(partition, i, buf, len); if (ret < 0) { rt_kprintf("Partition (%s) write failed!\n", partition->name); ret = -1; return ret; } i += len; } rt_kprintf("Write (%s) partition finish! Write size %d(%dK).\n", partiton_name, i, i/1024); /* read the specified partition and check data */ for (i = 0; i < partition->len;) { rt_memset(buf, 0xFF, BUF_SIZE); len = (partition->len - i) > BUF_SIZE ? BUF_SIZE : (partition->len - i); ret = fal_partition_read(partition, i, buf, len); if (ret < 0) { rt_kprintf("Partition (%s) read failed!\n", partition->name); ret = -1; return ret; } for(j = 0; j < len; j++) { if (buf[j] != 0x00) { rt_kprintf("The write operation did not really succeed!\n"); ret = -1; return ret; } } i += len; } ret = 0; return ret; } static void fal_sample(void) { /* 1- init */ fal_init(); if (fal_test("font") == 0) { rt_kprintf("Fal partition (%s) test success!\n", "font"); } else { rt_kprintf("Fal partition (%s) test failed!\n", "font"); } if (fal_test("download") == 0) { rt_kprintf("Fal partition (%s) test success!\n", "download"); } else { rt_kprintf("Fal partition (%s) test failed!\n", "download"); } } MSH_CMD_EXPORT(fal_sample, fal sample);
1.5 测试结果
到这里就可以进行编译下载了，成功后的截图如下：
2.DFS文件系统
2.1 什么是DFS
DFS 是 RT-Thread 提供的虚拟文件系统组件，全称为 Device File System，即设备虚拟文件系统，文件系统的名称使用类似 UNIX 文件、文件夹的风格，目录结构如下图所示：
在 RT-Thread DFS 中，文件系统有统一的根目录，使用 / 来表示。而在根目录下的 f1.bin 文件则使用 /f1.bin 来表示，2018 目录下的 f1.bin 目录则使用 /data/2018/f1.bin 来表示。即目录的分割符号是 /，这与 UNIX/Linux 完全相同，与 Windows 则不相同（Windows 操作系统上使用 \ 来作为目录的分割符）。
2.2 DFS架构
RT-Thread DFS 组件的主要功能特点有：
- 为应用程序提供统一的 POSIX 文件和目录操作接口：read、write、poll/select 等。
- 支持多种类型的文件系统，如 FatFS、RomFS、DevFS 等，并提供普通文件、设备文件、网络文件描述符的管理。
- 支持多种类型的存储设备，如 SD Card、SPI Flash、Nand Flash 等。
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。
2.3 使用ENV配置DFS
打开ENV，进入路径RT-Thread Components → DFS: device virtual file system，使能[*] DFS: device virtual file system
由于DFS使用的是POSIX接口，而dfs_posix.h已经在新版本中被移除了，如果想要兼容老版本，可以在menuconfig中使能RT-Thread Components->[*] Support legacy version for compatibility
由于elmfat文件系统默认最大扇区大小为512，但我们使用的flash模块W25Q128的Flash扇区大小为4096，为了将elmfat文件系统挂载到W25Q128上，这里的Maximum sector size需要和W25Q128扇区大小保持一致，修改为4096，路径：RT-Thread Components → DFS: device virtual file system → [*] Enable elm-chan fatfs / elm-chan's FatFs, Generic FAT Filesystem Module
保存退出后使用scons --target=mdk5生成MDK5工程。
