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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


+ @$ }2 p/ f; j( g# r

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 /。


4 }- o: U& F6 c, ^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)。

  _. i& R% B9 [! i
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。


. j( W. ?: i7 n& hESP32

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。


; N4 n9 l6 W2 E
& ?& P0 u$ |& g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:
    " ]6 b. o) {" q, N2 P+ d
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):
    ' z* Q/ o7 b7 i4 e) B& H6 C
  3.         self.block_size = block_size4 h# X$ O( r# C+ K
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)( F- ^3 L3 `3 Q( R  J
  5. , C7 b8 L* ]5 S9 T' ^& U
  6.     def readblocks(self, block_num, buf):, q3 x! o3 [& V6 ?
  7.         for i in range(len(buf)):$ F, W5 [( d! k0 z
  8.             buf[i] = self.data[block_num * self.block_size + i]3 r4 T& c+ M6 n! Z' w; z7 f

  9. , h, z/ [0 ~/ ?. V+ I% \! W
  10.     def writeblocks(self, block_num, buf):, v1 w7 V+ g& Y' y4 C' f, ?; @0 }
  11.         for i in range(len(buf)):( g) m6 N7 \  G( C# j7 j. Q
  12.             self.data[block_num * self.block_size + i] = buf[i]
    ) q# N- G, x  Z: }0 B2 T& C& E

  13. 5 c8 e1 ?0 ^- {; K
  14.     def ioctl(self, op, arg):
    0 V9 p2 A1 a* m, R7 {, F% f$ E- f
  15.         if op == 4: # get number of blocks
    5 t# c( r/ }% v5 B0 t
  16.             return len(self.data) // self.block_size
    1 A' d, B) }( M( r2 p* Q
  17.         if op == 5: # get block size
    ( {( j3 ?: T5 c( B( f
  18.             return self.block_size
复制代码

- M, T4 B7 j; U6 k4 l1 I
3 R1 u8 z' `* H; Y
- a4 [/ X( G; F& K% V

它可以按如下方式使用:

  1. import os* H: E4 T/ v. {' o5 m- I

  2. 0 m: Z* ~, \1 I6 D; L3 Y8 D
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)
    5 b, a; M0 |( D5 Q
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)
    ) j5 t1 Y8 }- e; K3 @0 y1 P+ I% n
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码

! f4 C5 k# F3 O# A4 d
- u5 |4 f% S$ M+ u5 h8 P& E0 p& P# |1 q" M" Q7 E

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:
    ) G' [, {$ J. b# I  _
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):
    + R% g, \2 V7 C/ ~) Z" F
  3.         self.block_size = block_size
    : _$ i  {/ D: b% n# v( ~2 {+ n2 q" [7 T
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)9 T8 g3 g& V7 K4 v+ `1 }
  5. ( v; E; D9 X+ M; l
  6.     def readblocks(self, block_num, buf, offset=0):
      X5 w" o2 Y- c! v! k; ?: O
  7.         addr = block_num * self.block_size + offset. L% @0 Z7 O. F- \0 M+ i
  8.         for i in range(len(buf)):
      J4 r9 \, O2 L  g# ?# k5 e+ j" P
  9.             buf[i] = self.data[addr + i], K2 c$ O3 q# F% c1 q/ u
  10. 3 W. l  w- J& o, ?$ E
  11.     def writeblocks(self, block_num, buf, offset=None):
    & _- R; _* C/ V4 N
  12.         if offset is None:
    9 L" o& b, h$ Y+ h+ i
  13.             # do erase, then write
    # K' x/ S! a8 [5 k3 |1 x
  14.             for i in range(len(buf) // self.block_size):  z+ I; Y( t' {+ H5 ]: n
  15.                 self.ioctl(6, block_num + i)1 W4 t9 N8 m- M+ _
  16.             offset = 0
    ; P6 H$ e4 F: S! |- q
  17.         addr = block_num * self.block_size + offset8 c- n+ J2 K+ F9 |$ n
  18.         for i in range(len(buf)):
    & ^% y# E% i3 L7 R/ [" u" w
  19.             self.data[addr + i] = buf[i]
    . B# B5 F( E" ]

  20. & b3 z' J: k8 a1 A6 q
  21.     def ioctl(self, op, arg):5 I* k1 U. c- k& {; c' q6 x
  22.         if op == 4: # block count" I; |: m/ ]: N2 t7 |4 ?+ [
  23.             return len(self.data) // self.block_size+ }- \2 D5 P9 D- {" z% C! ?
  24.         if op == 5: # block size
    & B( {/ {2 ^( k; |3 ^
  25.             return self.block_size
    & Z* |! j- f  E9 k5 Y/ B3 x
  26.         if op == 6: # block erase
    * N% G& Q$ \) A' e+ t
  27.             return 0
复制代码

* y) T. D* D# X: u" |! a" A+ c% |5 T& b$ D

4 f5 J% K4 @% o4 D

由于它支持扩展接口,因此可以用于littlefs:

  1. import os
    " b5 [9 u8 l! d. L0 y" l

  2. ( r& f  Q( P; a' D# E' |
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)
    * l5 A6 I2 |6 y5 r% P5 D7 j. s
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)* y+ e% t) [( K, O: J
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码
8 ]2 S; P: j$ k

  \9 z7 `  D* ^& T7 V/ H
+ G  l. c; V7 n) I- V

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:) q; u+ j1 U- I* w. F0 B
  2.     f.write('Hello world')
    0 C5 d% D9 N7 }: j# {
  3. print(open('/ramdisk/hello.txt').read())
复制代码
2 r& h$ Q  f, _* G+ w+ G# K

3 [  J( d+ N" W* [2 c3 k3 y7 {0 e3 a; }& e/ a  A. O" e9 {
% Y$ _% D( \2 s( E( Q( i' i

) ~3 r8 J! g* m) ~! c! u5 _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。

4 I9 ^0 Q( ^2 p  h
FAT

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) S4 H. d. K* \
  2. import os
    7 N9 r, V( @: u7 a
  3. os.umount('/')/ N% ^4 o. f0 {: q& ?
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)  U/ [  Z) {1 L; ~. x. H1 ~
  5. os.mount(bdev, '/')
    + i6 ~. P( ~9 m7 E  t1 l- j1 M- t: Y* @
  6. * A2 Q/ t1 W0 G
  7. # STM32
    ( N5 g' ^7 y; A8 x, ]
  8. import os, pyb% p8 E* w/ d% P- g8 d
  9. os.umount('/flash')+ K/ U& q; W) U
  10. os.VfsFat.mkfs(pyb.Flash(start=0))2 B& i; d; U+ `
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')
    ; k# ^3 _1 f: c
  12. os.chdir('/flash')
复制代码

$ W# x+ c' I# ~
) o" `- q. B& u8 ]* J- U  |. t/ i2 h$ [
0 t5 f: c' R, D- [! i
Littlefs

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.

( e) m# N) L% ]7 p; t4 O+ k

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 ESP32
    + C. Z$ G) `; z& s. Z1 o2 u2 A: C
  2. import os+ k' ^, A, s4 d. X9 L- [
  3. os.umount('/')
    , S& }9 t0 @8 R: p5 L1 X
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)  O# R+ p8 l2 `, m7 C
  5. os.mount(bdev, '/')
    ' i+ i6 [) r) ^: W

  6. 5 l2 ]* n8 I% [/ s- a
  7. # STM32" b+ T7 Y0 c9 a3 A4 J
  8. import os, pyb
    - \/ z! G- C4 ]  T7 O2 u1 `+ g. a, A
  9. os.umount('/flash')1 s9 J& Y3 K; {% K# l' ]8 C6 A; Q
  10. os.VfsLfs2.mkfs(pyb.Flash(start=0))! ~2 t% G$ s# W. F* Z5 G
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')
    ) t- o; T5 J: r$ c
  12. os.chdir('/flash')
复制代码

8 C) ^! D, _2 R2 P0 k9 o& a' I( G( h- b9 @/ O+ x6 _

: Y' g2 y" R* h* z- k3 j
9 e% E- _1 `# W$ l2 K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
      Q! z  n9 d4 M, `) c8 ^
  2. os.umount('/flash')3 m# z7 n: y: V
  3. p1 = pyb.Flash(start=0, len=256*1024)
    ' F( ]: O5 k: N) `0 e
  4. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)1 m7 S5 D$ a# a4 Q- X1 V
  5. os.VfsFat.mkfs(p1)
    ! s! \% P" w4 s" b6 B0 E' e
  6. os.VfsLfs2.mkfs(p2)
    9 t6 f$ g0 _2 {" T4 T* _  r
  7. os.mount(p1, '/flash')+ h6 O. z0 u+ E0 @. X
  8. os.mount(p2, '/data')2 Q+ e9 u  B% S# r$ H8 q
  9. os.chdir('/flash')
复制代码
% L) b: Z5 E+ u, M

2 p0 l- q8 `3 L$ T: v, f2 q+ r) P# K3 B$ G

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, pyb
    9 e4 ?# R* r# _/ P) r6 U
  2. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)" p7 L' U  R7 U% @* s% Z
  3. os.mount(p2, '/data')
复制代码

6 x7 O# Q, O7 o% j. ?* t3 a4 s9 E" N- h. ?0 ]! c+ P# }
  t, ~5 k# J- O+ N; B5 Q$ Y

来 boot.py挂载数据分区。

& }' h* ~  k$ j3 [2 M9 s4 y
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
    : l/ l: J$ p6 ], T: H5 _# }
  2. p = esp32.Partition.find(esp32.Partition.TYPE_DATA, label='foo')' m1 ]2 ~+ t, z2 M- P  _, W3 p1 l
  3. os.mount(p, '/foo')
复制代码

% e% L' Y$ C2 g* v# J+ Q! L$ l% N8 ]- {" }, B- a3 h. t

8 T( A0 [$ a3 b2 Y. Y) @: e/ r& P. J! S# q5 o" x* c
0 Z* l0 |# [- v) {+ b0 b
' d8 A$ k+ z# U, @. k+ `

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