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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


" a& Z7 Y( C0 Q2 k6 J+ Z+ p. F

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 /。

1 [2 M# k1 F+ G
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)。

0 e4 y% ]& `9 j) J
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。

, _0 K! z8 s1 f# w, e1 O* j( u
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。

! e- l" Q; o3 I  S( _

/ `9 N. R7 w& Q$ M# G( W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:
    ( f6 G; ?( s0 {: x
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):% K4 S0 V" g8 N6 r+ d
  3.         self.block_size = block_size& V! {* _, ?# s
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)
    7 ]* d! ?- X1 C. l9 O7 u
  5. * H  {' w' N) ^" N/ ]2 b  T! K# _
  6.     def readblocks(self, block_num, buf):+ M  T- D+ F9 t8 ^, P1 n
  7.         for i in range(len(buf)):$ f0 v3 V0 O  j
  8.             buf[i] = self.data[block_num * self.block_size + i]. S: o* g- j: W/ m6 v( Y! j2 l. g

  9. 3 @+ i8 P; a- J3 s
  10.     def writeblocks(self, block_num, buf):9 y% e, a% E  O9 H3 d- H! y7 r
  11.         for i in range(len(buf)):
    " Q1 G& p. N. q9 c
  12.             self.data[block_num * self.block_size + i] = buf[i]
    ! t" G0 j! j6 P) Q# ]+ s2 w

  13. ( n" D; _- A1 O3 `
  14.     def ioctl(self, op, arg):
    * l: l& T, d% w$ H
  15.         if op == 4: # get number of blocks
    7 X6 f) P4 p1 U
  16.             return len(self.data) // self.block_size' {) T( t0 ^5 ^$ B3 F% ~5 i  M0 L5 ^
  17.         if op == 5: # get block size
    8 v) c, X0 P. c2 u* \7 U: ?# ^, J
  18.             return self.block_size
复制代码
; M* d5 ~' m) I# V% d
9 E' y7 {  u9 E( I- i0 I. }

5 ]/ a2 O/ w4 U2 d( Z  x6 _

它可以按如下方式使用:

  1. import os
    0 B2 ^. @8 m4 I
  2.   e3 r( J# Y3 u0 T5 t+ d! ]- X
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)
    9 W7 W7 v5 w$ O4 f7 X6 c
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)
    2 s+ k6 V! |+ O* q8 u: [& k1 [
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码

9 e9 M& A' J$ f5 v2 |" v0 A' [1 q1 j; k/ M1 w. G0 ~. M
& T; |5 c2 X' z, W7 R

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:  |- Q; u7 V! J& Y
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):, K  q( S( O0 D; ^; Q' }
  3.         self.block_size = block_size  ^  c5 z/ P& q
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)+ O3 g- W' n' ]. B

  5. ; n1 K1 j  c9 z, O
  6.     def readblocks(self, block_num, buf, offset=0):& g! e$ m  A+ E4 T
  7.         addr = block_num * self.block_size + offset
    8 X0 a7 s: y% E+ N5 P* ~0 m
  8.         for i in range(len(buf)):
    ) d3 F2 n: R8 I$ W* r
  9.             buf[i] = self.data[addr + i]0 l0 `( u6 z! ]' y" s
  10. ' o) U# j5 v, {0 t6 R
  11.     def writeblocks(self, block_num, buf, offset=None):
    ; R# N# z; g6 Z3 @( p, d
  12.         if offset is None:% ]- E+ B' ^# {5 a
  13.             # do erase, then write
    + ]2 R5 O7 s$ B6 _
  14.             for i in range(len(buf) // self.block_size):" b7 E1 M5 F- s
  15.                 self.ioctl(6, block_num + i)
      B  U& n7 o  g- E
  16.             offset = 0/ T. g! @- l, G5 w
  17.         addr = block_num * self.block_size + offset; \; b- A) r9 S) i! N3 k" D4 v9 x
  18.         for i in range(len(buf)):( L- I4 r" D/ R! l- r! f8 l& }/ e
  19.             self.data[addr + i] = buf[i]
    8 R& u: z6 E: n: ]+ \. @& {

  20. * i& g4 V" J$ q* U
  21.     def ioctl(self, op, arg):
    . m" X5 |1 m0 c
  22.         if op == 4: # block count
    ' o# n) Q) t9 m0 q1 A% ~5 z
  23.             return len(self.data) // self.block_size
      Z6 m6 q1 U  s1 _4 o/ O7 a
  24.         if op == 5: # block size# ?8 K# N8 C2 T, j& p
  25.             return self.block_size  t6 c. l* ^1 L1 a+ @6 D
  26.         if op == 6: # block erase
    ! d* V3 |. n; S5 @" U( q* [
  27.             return 0
复制代码
2 \% _5 U8 C. E, k4 X+ n

; B& o' ]* r# h. \- `$ n+ j  _
2 u* R& m' D/ `$ H2 r4 |3 D

由于它支持扩展接口,因此可以用于littlefs:

  1. import os5 L. H7 Z" E5 j- D, w2 p. y

  2. . c& ]% F) U$ e3 K% r1 i2 M
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)
      V% Y; W3 U8 `6 C% D) j# r
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)
    9 h  M2 |, B0 H0 w& u9 k
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码

! \- r& b% B  B% j. W
0 P% F  O5 I/ z
( ~3 M( H4 I. _8 J1 E

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:! A) {/ D, |6 z- ~# ?. ]1 X1 O
  2.     f.write('Hello world')
    ; X3 K, ^$ ~' N+ O0 x4 _7 L" L
  3. print(open('/ramdisk/hello.txt').read())
复制代码

. Z7 g" D) E% T2 {: b/ W4 m/ k  }' T7 C% L' w) U# R. a
0 g' h4 \/ Q  U+ q7 j& J

% V6 c/ G0 ^+ n% a5 W+ ~& U% H
& h' F. L' i1 I- y5 Q" T
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。


; d( x7 T" u! LFAT

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
    4 s5 {$ j# R  @1 l: I' O' g
  2. import os
    # a+ x1 D  u! X9 ~$ r; Z; J& t
  3. os.umount('/')9 Y) F$ `" L' h$ F4 P) i
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)- E( m" F4 ?# s9 X6 m6 |; i/ L
  5. os.mount(bdev, '/')( [1 S4 `8 f$ E* [; q+ }

  6. . J. q: J5 p  [  ?; m1 |
  7. # STM32
    ( i! O' N0 j( @  K' u  M6 M, l' a
  8. import os, pyb2 p7 F) V) @9 [. x( x; o" J' @
  9. os.umount('/flash')
    / O; u1 e2 R! W) ^! o- q; J
  10. os.VfsFat.mkfs(pyb.Flash(start=0))
    ) D. o6 N! ~/ C( u5 A! w: |' V9 i
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')/ [" b5 s$ ]3 E1 F
  12. os.chdir('/flash')
复制代码

$ E  t7 c6 a( g( x5 U$ p6 v( n
3 J7 q8 \% k, m1 [5 J! |  M" D( U# ]- B, r
* q0 o( {3 \9 h$ U
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.

2 {- q; o7 [8 U9 W& |5 {

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+ [0 k: i, M$ p/ Z8 F
  2. import os3 i; t, q5 |" O! o% O, J- l5 k
  3. os.umount('/')6 T+ D% W1 V# L( ~6 @
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)
    8 X1 O$ [# ?3 R7 B& d! ]
  5. os.mount(bdev, '/')/ C# g+ W3 t5 n" g$ a" h4 n

  6. $ M/ [' J( E1 J( v$ R2 E2 }
  7. # STM32
    * _" n/ k' L; O' U) V5 W
  8. import os, pyb
    ' T+ }  x; N, M! c* t/ k
  9. os.umount('/flash')! A6 M6 F, E; N. V, o
  10. os.VfsLfs2.mkfs(pyb.Flash(start=0))+ O; L0 x( s! G6 U) I& Y7 V. W3 y
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')5 K! a# l0 b) R6 T4 m/ C. ?6 ]
  12. os.chdir('/flash')
复制代码
% ^/ S$ g5 l, E- K) z0 \
' l$ I* r/ f, ^  \$ q

4 s+ J: m: I" R) d" C/ T6 L+ |2 t2 }, q0 j
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, pyb0 w( Q0 g: \4 Q) Y7 `5 B
  2. os.umount('/flash')
    1 Q/ ]9 j2 I( u) [4 h
  3. p1 = pyb.Flash(start=0, len=256*1024)& C7 t9 C: k" r6 I  N6 g3 n
  4. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)  B, _, r0 D. o  j
  5. os.VfsFat.mkfs(p1)" n' B: B" O8 g: i
  6. os.VfsLfs2.mkfs(p2)
    - D: w/ F" b; v* ]+ g0 f( q
  7. os.mount(p1, '/flash')% y* s7 k! c- x, l* v% p# K
  8. os.mount(p2, '/data')' o9 B' O5 ]* G9 J1 S0 w
  9. os.chdir('/flash')
复制代码

& V4 L  T5 Y$ ]" g2 Y' ~, k# ]  x4 M+ x0 b
2 l; P+ h( O: @. P  A. u$ @5 _

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, pyb9 u* {7 j. w4 i- J; I, B& K4 A4 X
  2. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)7 C( Z) P# e5 C- l  O; }. N
  3. os.mount(p2, '/data')
复制代码
2 K9 B- I9 @8 ^8 L" N7 \
( U9 _8 v+ @( ]( l) I
/ U% r/ T! D( J! g, ?4 w

来 boot.py挂载数据分区。


4 o6 A& K  P4 w# r# p/ t1 [+ E. Q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, os8 E* z, }; k, m+ {$ ?
  2. p = esp32.Partition.find(esp32.Partition.TYPE_DATA, label='foo'), F2 q$ b9 X5 h% t5 e& K
  3. os.mount(p, '/foo')
复制代码
# v9 O/ `6 R* F4 {: G- R
8 W# B0 Y# c) j8 D2 f) n8 |
/ L4 ?  I, S; E. r. ~+ O( N
* H8 c) W, {2 g! z0 t  d

# U/ r& a) R5 T( Q6 Q4 E
  b; G9 G& D: C5 m" P7 i

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