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使用文件系统

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发表于 2022-1-20 10:06:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
使用文件系统

内容

9 h# g- Y/ `7 i; j, x; |

本教程介绍 MicroPython 如何提供设备上的文件系统,允许将标准 Python 文件 I/O 方法与持久存储一起使用。

MicroPython 会自动创建默认配置并自动检测主文件系统,因此如果您想修改分区、文件系统类型或使用自定义块设备,本教程将非常有用。

文件系统通常由设备上的内部闪存支持,但也可以使用外部闪存、RAM 或自定义块设备。

在某些端口(例如 STM32)上,文件系统也可以通过 USB MSC 连接到主机 PC。pyboard.py 工具还为主机 PC 提供了一种访问所有端口上的文件系统的方法。

注意:这主要用于 STM32 和 ESP32 等裸机端口。在带有操作系统的端口(例如 Unix 端口)上,文件系统由主机操作系统提供。

虚拟FS

MicroPython 实现了一个类 Unix 虚拟文件系统 (VFS) 层。所有挂载的文件系统都组合成一个单一的虚拟文件系统,从 root 开始 /。文件系统被挂载到这个结构的目录中,并且在启动时工作目录被更改为主文件系统被挂载的位置。

在 STM32/Pyboard 上,内部闪存安装在 /flash,可选的 SDCard安装在/sd。在 ESP8266/ESP32 上,主文件系统挂载在 /。

, r6 N" w+ w% R6 i4 B- m* r' K
块设备

块设备是实现 uos.AbstractBlockDev协议的类的实例 。

内置块设备

端口提供内置块设备来访问它们的主闪存。

开机时,MicroPython 将尝试检测默认闪存上的文件系统并自动配置和挂载它。如果没有找到文件系统,MicroPython 将尝试创建一个跨越整个闪存的 FAT 文件系统。端口还可以提供一种机制来“恢复出厂设置”主闪存,通常是通过在开机时按下按钮的某种组合。

STM32 / Pyboard

pyb.Flash类,可以访问内部闪存。在一些具有较大外部闪存的板上(例如 Pyboard D),它将使用它来代替。该 startkwarg应始终指定,即 pyb.Flash(start=0)。

注意:为了向后兼容,当构造没有参数时(即 pyb.Flash()),它只实现简单的块接口并反映呈现给 USB MSC 的虚拟设备(即它在开始时包含一个虚拟分区表)。

" q" P  G2 ?/ M3 z9 R0 u/ e2 r
ESP8266

内部闪存作为块设备对象公开,该对象 flashbdev 在启动时在模块中创建 。默认情况下,此对象作为全局变量添加,因此通常可以简单地作为bdev. 这实现了扩展接口。

6 t1 z& D3 f* w4 D' D( J
ESP32

esp32.Partition类用于实现为板限定分区的块设备。与 ESP8266 一样,有一个全局变量 bdev指向默认分区。这实现了扩展接口。


3 |" e3 _7 g& c3 K% ^$ i
3 w! u+ L3 Q; r自定义块设备

以下类实现了一个简单的块设备,该设备使用以下命令将其数据存储在 RAM 中 bytearray:

  1. class RAMBlockDev:- e0 H- }0 i5 N7 ~, |8 f
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):
    # _' u' ]/ S4 D* }
  3.         self.block_size = block_size2 i! L( I1 C0 C
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)/ ~- Q9 Z& `6 B, a. a7 Z+ E: Q

  5. : Y2 _& s1 s3 \; Q4 W8 b
  6.     def readblocks(self, block_num, buf):! N+ K% @+ R  G0 a( |' G  a
  7.         for i in range(len(buf)):: C) J# ?, ^' y8 D& c
  8.             buf[i] = self.data[block_num * self.block_size + i], k# C8 _, a# {9 {9 S
  9.   g2 D# q% l6 H7 s- p5 _. b1 v
  10.     def writeblocks(self, block_num, buf):3 y6 h* o- g7 y1 F  d5 `$ I+ M
  11.         for i in range(len(buf)):
    7 v6 c2 A7 E+ I% A  {, r% s
  12.             self.data[block_num * self.block_size + i] = buf[i]
    $ l* c0 P# |( L+ X2 g
  13. , |. n/ q/ ~6 j- E
  14.     def ioctl(self, op, arg):
    1 @3 A* S" r+ S' ~7 r
  15.         if op == 4: # get number of blocks
      l6 v( H' g! D- x3 W7 S
  16.             return len(self.data) // self.block_size
    ! B+ u0 K. X7 X; W/ h
  17.         if op == 5: # get block size/ A9 h2 b# n* v& N3 O8 }
  18.             return self.block_size
复制代码

* e0 H2 I* c. x6 l# \( R: o5 i  Z& g8 p5 t: \9 A( V; e

# x  C5 }9 K* b

它可以按如下方式使用:

  1. import os
    7 u  U. Z! E4 ^$ F. _
  2. / Y, ]# y9 x9 E9 L4 H
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)1 n( |4 m2 i) T
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)
    9 a/ s6 {& b- w: v- K& g* H5 C; q
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码

4 L3 D. `1 {) m1 g2 p1 A
+ o* i. a& G( y4 ^8 b
+ _1 `, H  d' X+ E& g6 b

支持简单接口和扩展接口(即 uos.AbstractBlockDev.readblocks()uos.AbstractBlockDev.writeblocks() 方法的签名和行为)的块设备的示例 是:

  1. class RAMBlockDev:% N! g  ]7 n9 N3 O" c3 V
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):
      @2 Y8 r2 w4 m+ _2 W0 q2 \
  3.         self.block_size = block_size
    ' b- e& Z4 ]2 T
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)
    $ s, F% \/ A, B1 ], ]0 P

  5. ; V$ K4 `( t" O$ z
  6.     def readblocks(self, block_num, buf, offset=0):
    1 S8 `* x$ ~* S$ I- |$ X7 P0 o5 y
  7.         addr = block_num * self.block_size + offset: x6 q, t  [. A% y$ n+ I
  8.         for i in range(len(buf)):8 L, ?& ^6 _; F/ }$ I6 T
  9.             buf[i] = self.data[addr + i]7 Z) N6 G" t- z. A: |" y" j" y

  10. # ]% z. D+ X# T
  11.     def writeblocks(self, block_num, buf, offset=None):! e! f1 i% G4 z1 v/ k
  12.         if offset is None:. T( N6 {: I2 O4 E" ^6 r
  13.             # do erase, then write9 |* B8 I  C( D3 F7 v9 a0 ^( J
  14.             for i in range(len(buf) // self.block_size):: R( B) A6 ?5 \* o+ u) g
  15.                 self.ioctl(6, block_num + i)
    % v3 }9 O8 C, F/ _$ W$ ^
  16.             offset = 0% f' l, t; S! a# G5 F, Q) C/ k4 u
  17.         addr = block_num * self.block_size + offset6 i3 J0 Z# K4 q: a8 E6 Q
  18.         for i in range(len(buf)):
    , l0 M4 P7 c/ N4 A5 ?3 y
  19.             self.data[addr + i] = buf[i]
    # W0 B$ E# H4 Y+ X2 u4 v9 W6 _7 {; ^
  20. + [, Y: W) l' l' T- R& W) g/ z7 B
  21.     def ioctl(self, op, arg):
    7 T/ i( u" ?9 \% F% m( w: I. w
  22.         if op == 4: # block count
    6 v5 D+ g1 L5 t9 W
  23.             return len(self.data) // self.block_size6 ~2 r4 F( q5 E9 D7 J
  24.         if op == 5: # block size
    2 |9 ?/ [  Y% L2 R
  25.             return self.block_size
    9 ?( [! l1 O1 J2 |! P
  26.         if op == 6: # block erase7 M" E5 t* W# A
  27.             return 0
复制代码
' C  j5 W9 x4 I0 {. q

$ v) ?7 q$ M# z* H% o7 g0 u# O5 v/ i7 L7 `+ y5 c2 u4 E

由于它支持扩展接口,因此可以用于littlefs:

  1. import os
    : j+ A! \7 s9 l/ }  g

  2. 6 y, K5 ?2 W: j' b; p
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)
    7 B  A) W# h* L% `& y
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev); b8 ?2 }- ?* h4 g
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码
! |, d# R' B  |. G- c- O

6 x& u) M( B  ]" M
. Y& Y3 J8 i# R8 q0 j1 K

一旦挂载,文件系统(无论其类型如何)就可以像通常在 Python 代码中使用的那样使用,例如:

  1. with open('/ramdisk/hello.txt', 'w') as f:" D6 T; a( |  g% o
  2.     f.write('Hello world'); l1 V9 a7 [( T# |
  3. print(open('/ramdisk/hello.txt').read())
复制代码
% w- |' j. X0 n7 ^8 D
" x/ z( J- V3 `

6 r5 {' l9 I8 X/ @% g3 M- I' R& I1 h* z; v5 m" P
- K0 P4 _) p2 i1 }+ R+ P9 L' G
文件系统

MicroPython 端口可以提供 FAT、 和 的实现。 littlefs v1 and littlefs v2.

下表显示了固件中默认包含给定端口/板组合的文件系统,但可以在自定义固件构建中选择启用它们。


$ P& Q1 V: u) B8 j7 C- TFAT

FAT 文件系统的主要优点是它可以通过支持的板(例如 STM32)上的 USB MSC 访问,而主机 PC 上不需要任何额外的驱动程序。

但是,FAT 不能容忍写入期间的电源故障,这可能会导致文件系统损坏。对于不需要 USB MSC 的应用,建议使用 littlefs 代替。

要使用 FAT 格式化整个闪存:

  1. # ESP8266 and ESP32: ^$ f" G0 C( M  D* I# m
  2. import os
    # T- g& e. K& A: C" E
  3. os.umount('/')
    9 \% T  H& e# v, W2 X- i( w4 B# V
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)$ L! X" [) e7 m7 U3 K# n" E
  5. os.mount(bdev, '/')
    ) I# i5 v% d3 t0 Y4 o- v" Y
  6. / I+ j& G, [6 ]( ~1 i% i
  7. # STM32
    ! z  {* j7 {- E" t% y
  8. import os, pyb
    , u( O+ m( L$ B) I' b4 S
  9. os.umount('/flash')
    ; l+ s/ @  m" U. C4 r% U# [" P7 a
  10. os.VfsFat.mkfs(pyb.Flash(start=0))
    , X, R. M5 `7 d7 C! X
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')# z; j- f2 W  `/ e: W
  12. os.chdir('/flash')
复制代码
# ?, \5 J8 z- C- x% `8 y8 G
" U' l$ S( F( K( g/ D, j

9 d. p9 ?1 ^: R
, }" E* z" h( |/ l7 O: m, rLittlefs

Littlefs是专为基于闪存的设备设计的文件系统,对文件系统损坏具有更强的抵抗力。

笔记

有报告称 littlefs v1 和 v2 在某些情况下会失败,有关详细信息,请参阅littlefs issue 347littlefs issue 295.


, V* D- ?. _0 j: X  T2 }

注意:它仍然可以使用 littlefs FUSE 驱动程序通过 USB MSC 访问。请注意,您必须使用该-b=4096 选项来覆盖块大小。

使用 littlefs v2 格式化整个闪存:

  1. # ESP8266 and ESP321 h$ u7 J! N$ g& v4 i7 r% Z! L
  2. import os
    3 s. z+ }" R/ [
  3. os.umount('/')4 c3 A' i4 s8 J! H
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)
      v+ ^7 h! L/ e8 t
  5. os.mount(bdev, '/')$ G: C. X5 q" j8 p
  6. % M& g) ~& h0 j, R$ w1 ^3 `! n6 X
  7. # STM32
    . y5 e4 L+ k  \* Y% W* f
  8. import os, pyb
    # |5 L! R8 U6 K) G
  9. os.umount('/flash'); D  R3 j# P. V  @: J
  10. os.VfsLfs2.mkfs(pyb.Flash(start=0))% `6 @& k4 k. g2 {
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')
    + u! A" h% w8 z, o
  12. os.chdir('/flash')
复制代码

; f% W9 Z9 F" a& z- E, @
) t* Q1 e" D' A: S: l8 M
* E  i9 r* O) J' d& n$ a! u+ n% O: ^5 [, D5 t( R7 ?
混合 (STM32)

通过使用 start 和 len kwargs to pyb.Flash,您可以创建跨越闪存设备子集的块设备。

例如,将第一个 256kiB 配置为 FAT(并通过 USB MSC 可用),其余配置为 littlefs:

  1. import os, pyb; a; Z  i, _% l
  2. os.umount('/flash')4 R3 w9 E! ~; D) X2 \6 H
  3. p1 = pyb.Flash(start=0, len=256*1024)  {3 K9 g; F3 H: L% i5 C( p
  4. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)* @/ `, k* T( N! {8 ]9 F: d  W
  5. os.VfsFat.mkfs(p1)6 c1 m5 ]. D. F8 Y& w! J
  6. os.VfsLfs2.mkfs(p2)
    6 n' w0 l" d/ a- r) k$ |
  7. os.mount(p1, '/flash')
    + o7 u7 B5 A# i
  8. os.mount(p2, '/data'). Z  S6 D1 ~' S0 p9 k2 c# n( l
  9. os.chdir('/flash')
复制代码

% F  I% P2 i* Z( W! f. ^0 d/ t+ i9 P7 E5 o
. N0 A; ]: X8 z5 X! w

这可能有助于使您的 Python 文件、配置和其他很少修改的内容通过 USB MSC 可用,但允许频繁更改的应用程序数据驻留在 littlefs 上,从而具有更好的电源故障恢复能力等。

偏移处的分区 0 将自动挂载(并自动检测文件系统类型),但您可以添加:

  1. import os, pyb5 f4 ^0 F- P' V5 y: G5 O  x3 |# K* K
  2. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)# l9 `$ H6 p9 n' P# f
  3. os.mount(p2, '/data')
复制代码
4 l+ e1 b2 B. Y0 h* ?: e, k( @
6 e! _4 y2 V8 G* d, }2 ?" a
' R' T3 ]" ^: u  V

来 boot.py挂载数据分区。

- F5 X& l& b: u$ l4 H
混合动力(ESP32)

在 ESP32 上,如果您构建自定义固件,您可以修改 partitions.csv以定义任意分区布局。

启动时,名为“vfs”的分区将被/默认挂载,但任何额外的分区都可以boot.py 使用:

  1. import esp32, os
    - [9 m4 }# r' j# R
  2. p = esp32.Partition.find(esp32.Partition.TYPE_DATA, label='foo')
    ) x' v% u9 r; s# {1 j0 K) l1 |
  3. os.mount(p, '/foo')
复制代码

$ X0 [  g% `" @( Y  h
% D" k% a; U5 \3 c. Z- c
% Q# J  T% G! j0 T$ a# s5 u/ ~
0 K1 b9 R3 L) P3 Z; a3 u

( M& o" m; R& H) P; P
- C9 S% B! t- i" ^$ D& f+ [9 {

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