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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

0 y9 [& W2 G7 q$ a- ^

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 /。


% g8 N$ I8 S" w- N" r7 L& M% @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)。

1 W3 }' q% H; `% L
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。


# c* x: \# w8 m( pESP32

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 M4 \/ `6 V9 m' b" H5 Y1 C) K
6 c4 a3 ]. [# l! H9 s! \3 B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 F6 \% p8 R8 q7 |
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):
    1 N/ w2 A; s3 X+ ^5 _% N* L/ p) `
  3.         self.block_size = block_size: A" V0 i  w; L) r  P5 w# ^
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)
    8 _8 W$ [( w4 T8 ^/ l+ J
  5. 1 p" E- [! g8 e2 I1 o' ~
  6.     def readblocks(self, block_num, buf):5 ]2 @! g+ Y7 |
  7.         for i in range(len(buf)):* g. N5 r* j7 Q8 C& O. K
  8.             buf[i] = self.data[block_num * self.block_size + i]
    + X- q& U! F! q! i& U. {7 [
  9. ! ~+ ?; t  R3 i8 p1 U: M; R* x
  10.     def writeblocks(self, block_num, buf):2 @1 F! {5 u9 y7 _
  11.         for i in range(len(buf)):9 k* o+ L2 X1 Z2 ~8 x# I+ E
  12.             self.data[block_num * self.block_size + i] = buf[i]
    8 q$ u. C0 s1 M9 q) f' K
  13. 8 A4 ]1 i) v& T6 z& F
  14.     def ioctl(self, op, arg):9 n: P2 V! s. u7 ~" k) Y
  15.         if op == 4: # get number of blocks! S$ T3 j/ r" ?5 ]0 ~
  16.             return len(self.data) // self.block_size3 S; q* M  B7 S0 H' h' @; u; r
  17.         if op == 5: # get block size
    % A  b' k5 U7 e& W. a( q
  18.             return self.block_size
复制代码

5 ?7 c3 b2 O% f& P" O* h, Z5 L4 W" @- v" t$ J) n
6 s2 v8 `$ j8 n6 q- A4 y" f

它可以按如下方式使用:

  1. import os2 |- o9 _' u5 p& o1 r& w7 @

  2. + Q6 l) A) N$ J0 j' N. @
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)
    1 i6 X- a6 o; h' \
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)$ Z& r; G# r' I3 \  `
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码
+ [  X) s* ~* c* a- N' X! [4 v
4 K) Z' }+ {# P2 u% Y

& H& v0 o8 o3 I

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:! s- w. u9 `/ n$ E; A9 f
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):
      ], j1 a  T, A
  3.         self.block_size = block_size
    * [* |4 Y2 q/ X. t
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)' n" B% a2 T4 u& c( H3 I3 B) `

  5. " Y% L  ^0 _5 D$ p" A
  6.     def readblocks(self, block_num, buf, offset=0):
    ' Q8 ~# }& t4 E3 o
  7.         addr = block_num * self.block_size + offset
    6 r/ ]2 L* Z% h9 c5 o% j
  8.         for i in range(len(buf)):
    0 l% i6 a# f0 S9 L1 x
  9.             buf[i] = self.data[addr + i]7 C9 ]2 s( o; R( J, @/ m
  10. " C, O+ N# r" N: V) K6 @& E9 y4 Y: G
  11.     def writeblocks(self, block_num, buf, offset=None):
    ' Y# \9 ]2 j/ B
  12.         if offset is None:. ?3 l  e- T: K7 ?5 ?+ b$ n, P
  13.             # do erase, then write
    " h% f% B! D# k) @( t  v( R
  14.             for i in range(len(buf) // self.block_size):" U! ~) y+ y5 Q  s( k
  15.                 self.ioctl(6, block_num + i)6 I. l) ^7 Y) P+ {) b5 {8 b3 i; q
  16.             offset = 0/ l; z, o& N# N% s  o6 P7 V; h3 ]. l
  17.         addr = block_num * self.block_size + offset% }( b/ Z7 M- @0 g
  18.         for i in range(len(buf)):
    ' ^  _4 \; h" m0 a: x
  19.             self.data[addr + i] = buf[i]# s5 V: ^# u1 N, |' Q! L5 z
  20. % y' e0 Z4 H4 }6 H5 Q3 w
  21.     def ioctl(self, op, arg):4 K5 n3 |- T; h( L
  22.         if op == 4: # block count1 h/ w: l: t2 ~5 B3 O4 b# ~
  23.             return len(self.data) // self.block_size
      B) i! o) {! _) S
  24.         if op == 5: # block size
    & @$ s  T6 ~) T
  25.             return self.block_size, ]5 i4 l7 d5 v8 m" ~1 D
  26.         if op == 6: # block erase
    ) w" k' k/ ~: K0 ], a& z
  27.             return 0
复制代码

# A: |4 C3 B$ H2 r" |1 N" W1 z2 X7 n% M, x3 E7 B

1 |% ]& f0 G! h

由于它支持扩展接口,因此可以用于littlefs:

  1. import os! V7 u; _; o, w0 ^/ Z% p7 [* f

  2. * b' N* a" ^  z, a
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)
    5 i$ w0 i0 d; x9 {% ], j6 ?! G0 k2 P& l
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)1 O; @$ |" a* b- e
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码
: [8 X# c) U+ C4 X, u4 l

& q0 ?& p% e, a# [
2 I5 B- W0 z+ w$ p( W( s7 t

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:
    4 @( K* X) U% a. N/ [& ]' R4 `5 i1 e
  2.     f.write('Hello world')
    " ]3 Q8 G, d$ E/ w
  3. print(open('/ramdisk/hello.txt').read())
复制代码

" ~" s$ e2 E3 ~4 Z0 ~1 q! N4 t7 C! j4 q7 [0 x8 o, t

# w8 x  w3 U; O2 T6 c" y  w+ G% l4 c( U5 L' T/ s
$ [  }5 C( S! T9 B) ]6 X7 c
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。

! s4 b9 r# E- B1 T
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 G# N9 X+ r; [4 G2 v: [5 [
  2. import os
    0 w/ r7 {5 F* j) V3 W; I) R  ?
  3. os.umount('/')
    % m/ U  E( t% y0 F( W. L; ?
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev); q6 Z8 `& M0 X* g& s0 N
  5. os.mount(bdev, '/')* z, N0 [$ s& M! c! E' [
  6. ' h4 p# L. h; d
  7. # STM32( ?7 w- r3 L# L+ f: T6 P
  8. import os, pyb
    & i, F, o" a( X2 {. ]. a: s
  9. os.umount('/flash')
    7 P; o/ Q# R0 e
  10. os.VfsFat.mkfs(pyb.Flash(start=0))
    9 D5 j+ N  c+ o* Q
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')
    * D5 K( X# V8 A% \+ k# L6 }9 u9 S% H
  12. os.chdir('/flash')
复制代码
$ _4 X" z* K0 k  Q
6 g; R5 l/ n) o  {9 L
: _" Y, i6 ~) e1 k! c( v9 B
( V$ h. l/ X( D
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 a3 o& T" S7 P7 L- B2 O8 `

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 V5 p% g. p  i3 f. e0 Z1 V3 S
  2. import os3 e8 ]( ?; E+ t: u  f
  3. os.umount('/')
    4 Y- y; W; {4 Y$ H7 }
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)$ W5 ?+ m. F7 P4 X; {
  5. os.mount(bdev, '/')& |% K# l( Y' d2 [4 L5 s0 l5 ^' W0 T
  6. 9 x- l! S) U9 I: b' O; i
  7. # STM32+ t1 `9 n$ R, @9 H5 Z+ {6 ?! t
  8. import os, pyb# g5 K8 K  H7 X
  9. os.umount('/flash')$ H9 U) l! f3 R6 ?' H2 n4 W+ h
  10. os.VfsLfs2.mkfs(pyb.Flash(start=0))
    3 H% j2 T: X/ ]" h* J  b
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')) x8 K' F  V0 x; z! G
  12. os.chdir('/flash')
复制代码

+ ?) B; f7 \2 a' X5 b" u% i: ]+ G* M
6 u7 L# m* Q7 n
) G, C& w* g# R1 R
7 \( g% Z: y# 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, pyb
    . f' e' s' G4 Y% H. m7 p, X
  2. os.umount('/flash')
    9 O) h5 O. G* O6 O) o
  3. p1 = pyb.Flash(start=0, len=256*1024)
    7 h5 `: ~. v: c3 }
  4. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)
    5 C: F- ]" t' V' I/ X+ C( t/ Q
  5. os.VfsFat.mkfs(p1)
    , E6 I/ H6 y( Q5 N4 q: I2 t
  6. os.VfsLfs2.mkfs(p2)
    ' S5 @& K5 d) `  t/ a
  7. os.mount(p1, '/flash')' Y& e, D: H1 @/ n
  8. os.mount(p2, '/data')7 W! b$ c+ Z, a
  9. os.chdir('/flash')
复制代码
% M- A: }" f! W. H5 j8 u

7 n; I; a$ g3 O  |" Q: r' f% W5 f0 }8 f- [5 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, pyb/ G3 a( Q) C, D- P4 D
  2. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)8 Y9 W) r  K) {) L7 P
  3. os.mount(p2, '/data')
复制代码
+ b2 V) A0 |% U
; |. T1 F/ i, Q

% j' p& ]& I8 x- j6 h/ Z

来 boot.py挂载数据分区。


( d* x( K  _" [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, os5 A) `: b5 o/ `1 M2 y6 o
  2. p = esp32.Partition.find(esp32.Partition.TYPE_DATA, label='foo')
    * L$ V; I( i3 C6 w) c! ?& b, B4 z
  3. os.mount(p, '/foo')
复制代码
, P  M! q0 o' k9 _6 c7 f( i, u

' [0 Q, Q8 L! Y; X) q/ q! h: }4 J. w4 u! b, n1 ?: ?1 C3 S

3 Q* B/ ]8 v, \
# W9 \# X# f, P3 |! @9 S# S7 @

, p& M1 T8 D/ l. k& C7 ^+ `

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