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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


" @* G2 r4 S7 e7 \6 q

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 /。

" o3 E6 R$ o8 @! x: q# p0 V
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)。

+ s. L0 w7 _0 _( _: [2 d
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。

7 ]1 i. v- k, n7 t# q; F! Z$ W
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。

9 i& C8 ]1 m: i3 _1 h# z5 Q3 O

5 T, j( K$ a8 E4 A' ^' P. 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:( D+ \& A6 r% E! \. O
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):+ T; {5 E1 J2 ^, q& v4 |2 n
  3.         self.block_size = block_size
    $ l  ?; M+ j1 P* B" I3 g
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)( `* e0 i4 h( k6 \) ^

  5. ' t- o. ?. Z- s) L' k
  6.     def readblocks(self, block_num, buf):
    & y! h6 Q& ]7 {( e: S
  7.         for i in range(len(buf)):% e$ R- }8 d* X! t- t! G5 P
  8.             buf[i] = self.data[block_num * self.block_size + i]! H" n+ V6 Y5 C- T( V; d

  9. ' u& ?" y& Y& [4 W) O) X
  10.     def writeblocks(self, block_num, buf):
    ! v# \) i) V# R+ e, b( n
  11.         for i in range(len(buf)):
    - T2 C6 k1 A9 w4 K, A$ v" W
  12.             self.data[block_num * self.block_size + i] = buf[i]
    : h/ L( W  F  _* M3 d  u

  13. + g4 z, }* v6 q
  14.     def ioctl(self, op, arg):$ D. y1 ^0 z( \8 I' m
  15.         if op == 4: # get number of blocks1 g8 X0 T! t1 w) w+ a
  16.             return len(self.data) // self.block_size
    * `1 F- i8 y7 o5 L& m9 _
  17.         if op == 5: # get block size
    0 b$ }# L- W5 J
  18.             return self.block_size
复制代码
8 _& l" {+ m" D
7 [" D' s- \4 b4 `' ?4 ]5 c3 p

7 L: L3 x1 M$ u" F7 ~

它可以按如下方式使用:

  1. import os: H, M* a; J- V. ~1 m  M0 `
  2. 3 [8 z) m+ ]+ L8 X- Q. ?4 l6 m4 d
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)
    : J5 t# e2 M" x* g' Z( M3 ?
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)
    9 ?: R( |2 x* b8 k% r9 I- \! u7 r
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码
6 x. U8 J  c8 N
; i  ^8 n( S8 ]: W$ f1 f" t
6 d4 a7 R# w1 J7 t9 V# h! g

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:4 m9 e+ g5 k+ o) p1 z% L1 L
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):
    " A. \8 k. |! H1 g6 |
  3.         self.block_size = block_size
    6 V# e: g$ f1 T& {
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)
    ) e1 {8 a; c. Y5 W% L2 e

  5. ! n9 s: C! \, X8 \# X. W5 `( \
  6.     def readblocks(self, block_num, buf, offset=0):
    & F; m& h5 l9 ~; \+ \
  7.         addr = block_num * self.block_size + offset! g, G: p& ], c9 z, \1 U
  8.         for i in range(len(buf)):$ G# U  v: i" Q9 W! r
  9.             buf[i] = self.data[addr + i]+ M+ r/ }2 c4 C  j
  10. . C" j8 e! @$ c2 s$ Q: c- l; k& q
  11.     def writeblocks(self, block_num, buf, offset=None):
    ; a* [8 d- Y1 f. M" d
  12.         if offset is None:
    $ ^, I3 I- x; X
  13.             # do erase, then write
    . w! U" G# ^$ S% I& ~
  14.             for i in range(len(buf) // self.block_size):
    " c* s1 v+ C% D8 Z6 E* Z$ c0 B
  15.                 self.ioctl(6, block_num + i)
    ) E3 F2 j: R# p
  16.             offset = 0* Y3 p+ b5 w: W" _9 M" V  e: G# R
  17.         addr = block_num * self.block_size + offset
    8 X/ g) p0 }% W8 g# k4 B
  18.         for i in range(len(buf)):( o8 @" v  [; A: z8 D! t
  19.             self.data[addr + i] = buf[i]2 [$ z! g- g# o0 I
  20. ; d! q  M* q0 M* D) U
  21.     def ioctl(self, op, arg):* i& d' x* `4 N% e6 |# P
  22.         if op == 4: # block count/ T1 {& X% e! W5 p! H" T) Y2 D
  23.             return len(self.data) // self.block_size
    # b) C* X, i9 N  M2 N8 |
  24.         if op == 5: # block size
    ) l  r1 p' _1 j1 J
  25.             return self.block_size/ r, G0 k3 l1 t5 d
  26.         if op == 6: # block erase9 u4 N# t1 o0 M9 _% \' U4 t1 r
  27.             return 0
复制代码
9 `: L; J- A2 G: a) t6 d1 Q( s

1 r/ w' G( Y6 G- O+ W: Z$ n! k% ]' B4 W! Z, n% ?

由于它支持扩展接口,因此可以用于littlefs:

  1. import os, T+ i# t& G' P; T# D; P
  2. 8 a( J( R: j0 O3 n4 @+ H
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)
    4 e+ \; z7 i  H* r3 E# e. P
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)
    ' J; V# M2 b) Y2 h& ]: p9 X
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码
' G1 z" b8 ]0 M8 m5 Z

$ i: a2 @5 d! X' J: w+ _5 E1 Y: K
3 g- l2 b, Z& |/ P6 ~! J

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 v8 q9 x/ e7 G1 m% n/ J* U8 e
  2.     f.write('Hello world'): P. Y. t! A  u6 p  b
  3. print(open('/ramdisk/hello.txt').read())
复制代码

, g) V9 d! f$ r5 k- d4 G& S& T# [- L( z6 V* l/ F9 K
1 t: u$ X: M5 e) Q2 G0 Z) C

, o+ L! X8 T6 z7 A

0 I7 ?/ ^0 Y: U7 }% E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。

* n! r5 B2 o; p( W) o
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
    / C* t2 s- m  y. R
  2. import os* n* \- e8 D! O! z+ b& f3 y/ J
  3. os.umount('/')
    . p4 j/ [/ a' X
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)
    9 ?! M2 g$ I2 E$ Q& ~1 u1 H
  5. os.mount(bdev, '/')
    " o" Y5 D, A& x' R$ w
  6. ( S6 e- q) r1 X. w2 ?
  7. # STM32' z! l" s; }' y' U# [5 I- N$ F
  8. import os, pyb
    5 W0 a$ b7 f$ Q' P" o
  9. os.umount('/flash')- s  G, F( e0 _9 B
  10. os.VfsFat.mkfs(pyb.Flash(start=0))
    5 K- F/ K/ K) A" p7 O3 p  K6 ~+ e
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')
    * k5 U; p1 b$ E) _2 M2 V
  12. os.chdir('/flash')
复制代码
/ {: T: X1 E1 ~- P, P0 W

9 K* i# a. j+ Z: f  u; V; L% F& B
) N7 ]3 p0 K+ Y0 \  Y
0 M6 c) i' P( Y$ a  z) c8 D  G: WLittlefs

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.

0 M& }! B% L  ~9 F8 P/ I) c; ^( 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
    ' u5 M" p5 ~# Q( |$ t
  2. import os" t! g  {# c& F8 U# N/ s
  3. os.umount('/'); X# f+ k9 y6 f3 `5 p2 l+ T
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)
    . f- v* [# [( E; `! ?( T. J
  5. os.mount(bdev, '/')
      L, M0 o* |# ~2 r" k

  6. 6 r; T- N4 k! M# q1 _
  7. # STM32
    " {1 z! h$ T. _/ J
  8. import os, pyb
    : w5 H' N# x3 E* \: G% h
  9. os.umount('/flash')
    : j5 c$ c$ Z' A: f4 O# A$ r6 u8 a6 V
  10. os.VfsLfs2.mkfs(pyb.Flash(start=0))6 q3 ~# M( K2 ?  @
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')
    ! f6 H! `: |3 H  I3 u3 [& l. p
  12. os.chdir('/flash')
复制代码
+ o5 A2 I6 x4 s% ]0 t
6 F- O/ O; B& c7 \

% ]6 J: I! R7 Q% Y% }4 M' V4 M
' [; j; N, _8 X9 }% a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$ r2 c, F) c5 n! T; _% k5 w8 Y
  2. os.umount('/flash')2 _# Q1 v1 S( f: o1 |$ x
  3. p1 = pyb.Flash(start=0, len=256*1024)# e& t; e0 }4 G
  4. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)
    ' y, r# x! F+ ~$ j' K/ u, d
  5. os.VfsFat.mkfs(p1)  B8 ~0 J) l: a6 O( N) C: z
  6. os.VfsLfs2.mkfs(p2)
    6 _5 s' _2 F0 H* X: P" W
  7. os.mount(p1, '/flash')
    " M+ w* e. O* G0 b  ]
  8. os.mount(p2, '/data')
    ' s' `, {  z" f$ Z" z5 p& ]* X
  9. os.chdir('/flash')
复制代码

# u" m& S& Q+ u5 A' ^6 `
) M4 v4 q& E, O# M  L3 m+ g! g7 [/ @6 G  p" |

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  z8 q- t) l6 Y2 \8 v5 i# u
  2. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)' O& G* l7 M: M6 f5 H
  3. os.mount(p2, '/data')
复制代码

, R0 p! Y8 a0 P1 L. i5 t9 S4 Y2 k7 R2 D3 j' [' {/ t
% I# L' x1 e1 C1 w4 R

来 boot.py挂载数据分区。


; }" R8 J: g' r. t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 F, k& b6 x  K) }: F) R7 w0 E
  2. p = esp32.Partition.find(esp32.Partition.TYPE_DATA, label='foo')
    ( C/ q; a; E+ `% n4 q6 Q. t- P. W
  3. os.mount(p, '/foo')
复制代码
: B# Z2 ]/ x" E) b8 d
2 X/ R  \2 ]6 t1 E  \# I3 M

# j" v( n/ D9 D1 ?% U2 s
8 c# B5 a& J+ l& I4 P$ T

5 O; ^" p0 y. a4 a
. _$ I" l" t9 A2 V+ t; o3 T

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