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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


6 a2 f5 p' G+ [* P

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 /。

0 I+ E' J' d9 X0 J1 m$ F  k' X
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)。

5 Q  @# v; M9 |) C1 @! Q% ^
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。


5 y: |! ^& C+ S& R# p! T8 SESP32

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。

9 `/ L$ C8 e- u1 G2 m4 `& `' W. B

' C: M0 j" M( o. D2 G# o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:
    ! ~0 a  K9 c) }+ P0 d1 N' X
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):% {( j. @( y1 P8 o$ B6 i- L) L
  3.         self.block_size = block_size- }! D( ]& M/ z* J
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)" L; ?" m. z9 N! h( R( Y7 t
  5. " X0 B9 o2 N3 n
  6.     def readblocks(self, block_num, buf):# b" T6 ^& G; S( _
  7.         for i in range(len(buf)):
    8 i. V) {) n0 `5 P# \8 D; r3 Q/ i! j
  8.             buf[i] = self.data[block_num * self.block_size + i]
    & W& t4 d- I2 K3 B* R% v7 V$ s$ J
  9. , b* a/ ^) f& |
  10.     def writeblocks(self, block_num, buf):
    ; u. ^# m7 o9 C" \7 o
  11.         for i in range(len(buf)):; y5 i6 r7 M2 ^. ]7 Q# N
  12.             self.data[block_num * self.block_size + i] = buf[i]
    8 k" `" N0 u6 p3 B4 v- ^

  13. - m) E$ q) f; M! o9 ?
  14.     def ioctl(self, op, arg):. }% g7 n* K9 S( }
  15.         if op == 4: # get number of blocks7 \7 v+ X1 z, e# `' u
  16.             return len(self.data) // self.block_size
    / x4 g0 x4 F/ {; p5 _! C
  17.         if op == 5: # get block size. F8 `# \+ x: s5 K6 r
  18.             return self.block_size
复制代码

  S( D$ j# m9 j$ s& o" Y, v; \4 T) w, F

4 @$ g% Y+ ~- M4 O. J

它可以按如下方式使用:

  1. import os! M8 k5 u" C9 M9 r; }5 p

  2. ! A& x5 c( C+ N  a5 v1 R
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)+ E" S( T$ ~. J3 \( n  f
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)
    8 u6 I4 v- \* ~: c; `; ?
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码

3 x4 G5 r" i3 W+ w
0 Y& L( a; e: Q/ w' N6 o, L! ]6 @: Z

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:' C& `% O4 W( t/ i) z  e6 w2 B7 z
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):
    . P5 L% M% _( ~; j
  3.         self.block_size = block_size( l* ]) v( V4 j' v0 g& h9 `
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)9 N! l3 \! T. a( N. o9 |

  5. : o. }2 z9 W  V" M
  6.     def readblocks(self, block_num, buf, offset=0):
      Y4 n3 Z# ~. F1 W  b4 }# u
  7.         addr = block_num * self.block_size + offset! P) ?) o3 j/ b, G1 s+ J
  8.         for i in range(len(buf)):
    3 |2 p! q# z' P, Z0 k
  9.             buf[i] = self.data[addr + i]( C" X" v4 N% c) j* w  W

  10. + o5 ]% S3 C4 [& w# I
  11.     def writeblocks(self, block_num, buf, offset=None):! _! T9 @0 }/ I
  12.         if offset is None:
    2 K9 Z3 O/ P$ z* a! A" A' s
  13.             # do erase, then write% b3 |) x4 w& N2 R# E  {6 _9 A
  14.             for i in range(len(buf) // self.block_size):# Z. U/ Z4 k! l; j/ B
  15.                 self.ioctl(6, block_num + i). c) A6 E( J8 a/ t8 _4 Y$ T) S
  16.             offset = 0" a0 k0 \; m3 [& X* E" o* B
  17.         addr = block_num * self.block_size + offset
    ' g+ O5 ?$ m' I+ Z- h$ h; d% y
  18.         for i in range(len(buf)):
    $ p" q, C/ U1 B4 B8 h* E
  19.             self.data[addr + i] = buf[i], D! s0 O4 M* a! q- n8 E
  20. 8 b# p' u7 f! |& b; I. L1 n/ H' H
  21.     def ioctl(self, op, arg):0 n# n; ?& L' S' @' c+ e2 p5 ?) Z
  22.         if op == 4: # block count
    6 P3 _6 R1 A: W) F) R0 ]) W2 k
  23.             return len(self.data) // self.block_size
    1 E* j0 q, D* p/ @
  24.         if op == 5: # block size1 ^; ?) x) T& i$ K1 ^- k0 k
  25.             return self.block_size
    ' `& ^! ]% w& S5 `) a
  26.         if op == 6: # block erase
    6 ^& y5 \7 G6 L( B  C
  27.             return 0
复制代码

- S  }) s: J. F0 l& C" R/ \9 J  F5 l3 j1 G0 {
* \' O0 T5 Y) Y$ ?+ X; `

由于它支持扩展接口,因此可以用于littlefs:

  1. import os
    . g  ?8 J  O9 |" _- b

  2. / _; k: j3 e: r5 c( `; d
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)# M8 O& ]9 }4 M. e  M3 T
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)
    2 B2 s3 a" |0 c$ R3 }- o. D9 D
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码

2 w. ^8 l* l. ~1 j, O5 X! m
+ r7 D. O; `2 I! H5 [- v5 ]4 W2 Y8 [9 p) Z2 R4 b0 F7 v. p8 f

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:
    , u4 o" X/ {7 K+ E7 n% V
  2.     f.write('Hello world')
    ) C8 P; k/ M0 w) z) U( W: d( ~
  3. print(open('/ramdisk/hello.txt').read())
复制代码
4 a0 k$ d& R! X& [* |) U! x
/ n7 `. f; E+ V: \2 |+ J* W
( O* O+ V/ l- {! Y6 ~$ @1 T

$ X# Q: J, n0 A, P( x) ~
9 B* J3 n7 k2 Y  c/ V2 m9 z
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。

5 o$ I& d; R' O+ D' H4 D4 j
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
    5 \5 |- Z  r8 U1 R5 K1 e5 j- ]
  2. import os# d6 n. W: v4 ~8 s. [% {( B$ e# V
  3. os.umount('/')2 \/ i* J  l2 H
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)  d3 i+ j; s! m5 N
  5. os.mount(bdev, '/')3 G4 G0 k  j/ G6 f

  6. 1 s  E4 x, A7 e; ~
  7. # STM32
    - e$ ^. z+ s6 G
  8. import os, pyb
    ( }  [, H( p6 Q: [, c* n& B8 N
  9. os.umount('/flash')2 L" U& M0 i; @0 ~
  10. os.VfsFat.mkfs(pyb.Flash(start=0))1 u% d9 r% U: a; c1 S# E& ^2 z8 [) J
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')7 l- d. w8 z/ M9 |
  12. os.chdir('/flash')
复制代码
+ y$ t% Y4 c* }) \" c

/ `8 x; f- ?) N$ y& y+ x
( K$ V/ [4 C4 P6 ]* L- q# \/ l  O
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.


1 [( F! ~( l% g3 p' E" 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' T9 D) n' K" g
  2. import os% l* _+ e+ Z, {1 j) N
  3. os.umount('/')3 O& a7 ^7 I+ q9 k& C0 _! N, f3 R3 p
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)# d& y: Z' q- {* _* {* g1 D
  5. os.mount(bdev, '/')
    - v% _4 L8 V! [% C' g( J) c% u  S
  6. ) X6 K, C! j/ N4 @; x
  7. # STM32
    $ f, J  S% O! x$ S) k
  8. import os, pyb8 I' @9 v# t, i  m) {
  9. os.umount('/flash')
    8 q3 d/ M, u( Y/ u& T  B2 G& p
  10. os.VfsLfs2.mkfs(pyb.Flash(start=0))
    0 i' X( _5 V9 l
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash'); K7 |1 O9 }( V' F4 `
  12. os.chdir('/flash')
复制代码
1 ~! t" y/ W4 L. E, J
4 q+ i) u8 w& f3 y* E- K* H

9 X3 H  |# g( P! B# w2 @8 h% y9 b5 f' X/ X* @0 m* m8 @( T
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, pyb1 g9 t4 G- g6 ^& T
  2. os.umount('/flash')
    5 h  R$ L6 T2 C. _
  3. p1 = pyb.Flash(start=0, len=256*1024)( {* o0 ~0 _4 n4 I+ t
  4. p2 = pyb.Flash(start=256*1024): V% t. l1 j% V  B9 ?' d( M
  5. os.VfsFat.mkfs(p1)
    3 M$ W/ W- T' P+ K9 _9 {0 W% v* O
  6. os.VfsLfs2.mkfs(p2)
    2 Y& `- [" x: C. M* z
  7. os.mount(p1, '/flash')5 F4 V' e0 O; {7 l
  8. os.mount(p2, '/data')) ?3 D* \' K8 A4 H
  9. os.chdir('/flash')
复制代码
7 J8 x$ g  j) J1 N9 g9 _/ f3 L: @

' a4 P; i) B% q3 w. z
# }' ^8 {4 a, e/ M

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 z- s: @: ~3 H) n# |' }. h
  2. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)
    7 T, |, w' v( U) ]$ l5 W8 }
  3. os.mount(p2, '/data')
复制代码
6 l2 M& D! ~1 k9 Q

) b2 S+ Z) F% b- S  Z* L+ ^& i1 K1 I* S8 R

来 boot.py挂载数据分区。


* c3 Q% n3 q* H( p+ C9 r/ f% V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
    3 T" k" H0 @0 E$ J8 _" f( z
  2. p = esp32.Partition.find(esp32.Partition.TYPE_DATA, label='foo')
    " H/ j7 F$ i# f+ E7 w
  3. os.mount(p, '/foo')
复制代码
+ h# P9 }" U2 z6 N+ F

+ n  G1 j7 J6 [
1 q+ l# T' G" \# b: h# x" b4 X" _1 V/ w4 j7 ~7 N  V

. g2 i) @3 T- ~* D7 F0 h# |6 l# k4 i( U
6 W& n. B! i- i1 X" @# }% G7 [

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