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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

3 g  [# R1 B7 C: l9 ]( e/ ?4 ^

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 /。

/ M% q/ O+ x, e2 R9 u% B/ D$ y
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)。

: O& x0 B: x+ u3 P$ R5 F
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。


" l1 E4 |' F+ uESP32

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 T0 w0 ~/ O4 t& k# G1 ?) ^

$ D- z, ~: p6 J0 n, f# k$ E* 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:
    3 M' Z8 y$ i4 p/ X0 t4 h7 X" ~& _
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):) [9 D: a4 F( w/ i
  3.         self.block_size = block_size( I' p7 l5 A/ M. q1 A; X
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)4 a4 L) T: E$ \' ?& J! {

  5. $ b2 R7 |2 X: @
  6.     def readblocks(self, block_num, buf):7 n7 @( @: w+ t' Z+ D1 Y  D
  7.         for i in range(len(buf)):8 [# d5 g) j+ G% b: K
  8.             buf[i] = self.data[block_num * self.block_size + i]& S( y" l( O- Y; H9 a8 p6 v

  9. , x/ u6 M  l( H
  10.     def writeblocks(self, block_num, buf):
    ) e* U  C' I! z" |4 e
  11.         for i in range(len(buf)):
    ; Z, D# G' g7 R4 f0 S* U# s9 ]
  12.             self.data[block_num * self.block_size + i] = buf[i]! d, j& `9 s0 |! W& o6 `  y( T

  13. ) N5 M# H/ e1 u$ a# n$ L! l
  14.     def ioctl(self, op, arg):. E/ c7 m8 E* g! _5 d( e$ c3 ]
  15.         if op == 4: # get number of blocks
      Z: N6 q& v9 J# u1 I3 c
  16.             return len(self.data) // self.block_size; [- U8 M/ P- v7 l3 {$ `' C
  17.         if op == 5: # get block size
    6 Q; C* i" t$ c+ r
  18.             return self.block_size
复制代码
( Q7 I+ ^8 E6 A

& p' }* l& G2 f- O( g# y" v# q, u0 I1 S% d

它可以按如下方式使用:

  1. import os
    $ h7 z1 y! n  n" S# Y
  2. 9 k2 W! n9 q1 a0 C. W! D  j9 o- a% Y
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)
    ) _: L! n- B. N$ Q; ]. F
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)$ ]# _0 U" c8 M3 ~5 x0 s
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码

- w4 l! e! T* {
$ N; v" R, J+ Q& e  H4 L" F& V1 y4 e. u, u- @( f! s; @# \

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:
    & Y# |4 u* v, f9 Q) g7 r* c
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):4 U: X9 Z( Y) Y+ c( y% C! k
  3.         self.block_size = block_size1 W: w* H: |, p, v; A  H
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)  y) b# K; b! t) {4 K

  5. 9 z* a& q5 q; k+ d2 X
  6.     def readblocks(self, block_num, buf, offset=0):6 [7 z: m3 Z( v% ^
  7.         addr = block_num * self.block_size + offset  y, U1 @3 Q! e( G4 C% r
  8.         for i in range(len(buf)):
    1 e6 C7 _) N. o- f  s0 h9 L7 T
  9.             buf[i] = self.data[addr + i]2 U, ~6 B0 C# O+ M) n
  10. ) \5 Z7 y* l6 u
  11.     def writeblocks(self, block_num, buf, offset=None):: ]2 H! s9 |1 _; Q& W
  12.         if offset is None:2 l: g" l9 m& ^% z* q1 I
  13.             # do erase, then write/ [% w1 _* J' A% k$ B$ I
  14.             for i in range(len(buf) // self.block_size):' ]+ q8 P  r( m
  15.                 self.ioctl(6, block_num + i)
    8 V( N# H/ D# N: A  J) v! h
  16.             offset = 0
    0 Q5 N8 ?, y! ~1 p5 e7 y$ {
  17.         addr = block_num * self.block_size + offset; N3 G5 ]& x0 E' j$ z
  18.         for i in range(len(buf)):! w1 S" K7 I  V3 F3 D. Q# q
  19.             self.data[addr + i] = buf[i]: Z8 Q: d7 e* }2 [; r( n6 w
  20. # t& D! Z3 y8 r$ R: _
  21.     def ioctl(self, op, arg):
      \" [- a. o3 |3 k+ ]4 p) s
  22.         if op == 4: # block count/ P1 G: Z0 A- F" x/ E8 ]
  23.             return len(self.data) // self.block_size, [7 i- ]1 W! R8 M% y8 v- t: T# P
  24.         if op == 5: # block size
    9 X* ~; R* E; n2 A: W
  25.             return self.block_size+ }" t% M) ^/ y( L8 j
  26.         if op == 6: # block erase$ j" R: q5 @3 K/ [  [5 i2 `5 E% |
  27.             return 0
复制代码
( j) H/ ?% B; o# A
! I8 i7 V7 d7 n5 @8 @" [+ z( Z
" y; D& D! c) g- n

由于它支持扩展接口,因此可以用于littlefs:

  1. import os
    8 h& c2 Q5 M1 L' ~! V
  2. , B1 V. k) k" Z0 u) \
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)
    6 z6 r  c( ?" q; @
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)
    7 ]- ^# }$ B4 [
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码
& _: D8 |4 f  t0 y' [

/ i/ @) {3 L" Z9 n- p8 l
  G8 {' y9 k8 s$ P

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:
    , Q0 v# {! t2 _7 q7 a- U
  2.     f.write('Hello world')
    5 k3 c* c8 J' O5 T6 `; k& |7 V
  3. print(open('/ramdisk/hello.txt').read())
复制代码

3 u: t8 ^* V: F) A! ?" |
- h5 I1 F- R8 j) ^% C& d; `+ [+ d5 S; A# U3 [

6 S7 i8 B  b: z  G; V( b
1 x5 K$ }8 Z! B% b+ 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。

& N1 |- R* }5 \& d+ z: ~
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
    6 J: t- i2 _7 @1 M' O
  2. import os
    - Y9 B/ r8 h, W  L' x' w7 |) I
  3. os.umount('/')" y$ ~! L5 F) ~' W
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)
    1 t/ e1 |, r5 P+ _
  5. os.mount(bdev, '/')
    ! @$ Z% i. i# {* o& Q9 q. [

  6. & g  ^  H) i8 x
  7. # STM32( Z2 W9 z6 X+ Y- E& G7 c9 j3 a8 x
  8. import os, pyb* G6 a$ O& p- y1 e, B4 p
  9. os.umount('/flash')& n. L, R- n6 Z0 l  v$ j
  10. os.VfsFat.mkfs(pyb.Flash(start=0))8 s/ J! n/ {- ~$ b) A' A9 O& F4 m0 Z
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash'), n, V4 \3 Z' Q( p: ?+ l, C
  12. os.chdir('/flash')
复制代码

0 R- {  D% W0 O* v. \! ]$ `: D6 W$ E& U+ e9 k) H/ R5 [7 n+ m

0 @1 W* L! v' R0 z; [& i
( ?# _$ D7 l) W- I; S* ~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.

7 {) Z+ T2 }8 D  k( Z+ Z

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$ M0 g0 `; h$ i& c! ]7 j- C* A8 h+ V
  2. import os. V2 Y9 X& k5 A9 f4 w' J7 J
  3. os.umount('/')! O2 H( C- h; ^+ ?( H1 M
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)+ K) H" G5 k) ~6 X+ `- G0 \$ c  [
  5. os.mount(bdev, '/')( L2 p) o! _+ Q% x8 B' O. k
  6. ( u6 Z1 j8 D8 V; {
  7. # STM32
    8 H/ a& f' o5 M( u
  8. import os, pyb
    % x/ U1 c7 M" _$ `# D8 A( n1 G
  9. os.umount('/flash')
    0 w$ p6 R( |5 ]; I7 M2 Q# e
  10. os.VfsLfs2.mkfs(pyb.Flash(start=0))6 w2 _9 P# D- V1 z9 T  b2 c) A
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')
    9 n2 Z: i" W5 [$ T; ]
  12. os.chdir('/flash')
复制代码
. H; _) n$ U2 X7 f) ~! C3 z5 q. P, P

& _, r# R% `" o; v) W) v; Y! T, J: n) i9 z4 Q$ X8 Y
* K; C2 q& x4 p
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( l" w. h1 G% [% O$ H
  2. os.umount('/flash')7 h. ~$ [* f7 Q9 ]9 Z- D( P" M# j/ l
  3. p1 = pyb.Flash(start=0, len=256*1024)
    7 r" v+ n2 @1 F/ F9 S6 x+ k- @
  4. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)( i$ @7 s% @: t4 _' ^6 Y
  5. os.VfsFat.mkfs(p1)
    # e+ |& ^3 K+ z6 N2 n; l9 N
  6. os.VfsLfs2.mkfs(p2)2 n+ r- q7 t$ s2 S, a
  7. os.mount(p1, '/flash')
    ) H! r8 x2 I' O7 g
  8. os.mount(p2, '/data')
    ; k3 t7 ^6 |" }3 [/ ~5 j3 s
  9. os.chdir('/flash')
复制代码
) Z; |! w# _9 [7 C& x& b

: q0 e& f% E% U3 \- x2 d: r) [& d6 c8 V' r) F3 t2 o

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
    7 S9 |' P# b$ Q( Z* P, \
  2. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)
    4 k, z, N7 }& E( A
  3. os.mount(p2, '/data')
复制代码
) L- _/ Z8 X- |

+ |  W' ?+ u2 ]4 G
* z+ S2 C7 e8 y! t

来 boot.py挂载数据分区。

; q! s, t# ~! P6 V, n
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 Z( h/ O5 K( `2 h; M
  2. p = esp32.Partition.find(esp32.Partition.TYPE_DATA, label='foo')
    3 P4 n( x( y) }0 x/ t+ Q3 M' q* Z
  3. os.mount(p, '/foo')
复制代码
, u/ |# t, {' v8 D: Z
5 p4 K$ k' D( @
2 m" h% ], C4 A) N5 l5 w1 r
4 {- U0 e0 r) y

1 X- n% _- f# ]8 z1 l/ w( }0 ]9 o7 s9 L. {8 W7 _

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