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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

$ ^. E8 i. W' b% |+ O4 p  N

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 /。


6 M. Y% c5 e" k  u% T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)。

7 f( N/ r! @& }  p
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。

$ H" t. \/ I" U" Z7 M! z
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。

! {3 J+ x, M' n
& \# a" a) z$ i# i, G2 A' c; }
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:
    : Y$ q+ Q9 P2 ~' k1 O% i
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):
    6 t, w7 \4 L0 b* R
  3.         self.block_size = block_size% v- F1 I, q- i# x
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)0 u% v! ?6 q2 C2 P& ]9 @& H

  5. + k% W* ]# v2 P: F4 g$ h
  6.     def readblocks(self, block_num, buf):
    & a% F$ P$ ~- h
  7.         for i in range(len(buf)):$ A9 ]& C3 d- X* g4 l# W
  8.             buf[i] = self.data[block_num * self.block_size + i]) H$ n- j' K1 D* i2 W/ K+ i

  9. 0 A3 D5 v' ]; C" R
  10.     def writeblocks(self, block_num, buf):8 F% }- ]: K+ k, t! E  x
  11.         for i in range(len(buf)):" p7 m& B' {: r$ ], L
  12.             self.data[block_num * self.block_size + i] = buf[i]: w  C( z+ p; ]' X! c; Q
  13. * r; R5 z6 {4 B. [" Q
  14.     def ioctl(self, op, arg):
    , ?8 M3 Q: N! d9 T6 c& n
  15.         if op == 4: # get number of blocks
    $ P2 r6 |/ X$ ^- z4 C5 \5 ^
  16.             return len(self.data) // self.block_size# m1 _; |( s) g& T: f
  17.         if op == 5: # get block size
    ; h  [9 i- u# C& e) G2 ^
  18.             return self.block_size
复制代码
2 {; w/ }9 G5 w

. x6 ]! \  c# f! L" |7 X4 Q. V, N+ S  d

它可以按如下方式使用:

  1. import os2 e  b3 z5 T  E- X

  2. % K7 x0 P1 u; a
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)
    9 _6 o5 S/ \7 D% z4 N; L* D* N0 ?
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)
    9 E+ M4 k9 K) c
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码
9 H+ n1 L# u# U  w
6 U9 }8 u+ M  b9 a0 n( {3 i

3 _' n5 G* t( e0 W6 ?- Q7 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:
    , \+ p7 j/ ]( z( _8 P" o0 B/ t
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):/ z; O0 T9 g( _# D9 M% @4 x, y; |
  3.         self.block_size = block_size
      o' `1 _* r; m3 K+ _7 W" C
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)
      e# w0 G- P7 L: |  e( l

  5. ! ~4 S" `) K, p  w+ q: C  ~
  6.     def readblocks(self, block_num, buf, offset=0):( r0 b, u: X" D% ^: Q8 ^
  7.         addr = block_num * self.block_size + offset
    % `0 ?% t# a2 Y* t# T% j( b0 {
  8.         for i in range(len(buf)):& b' R, I5 k0 e; _  K' b0 M
  9.             buf[i] = self.data[addr + i]
    8 W0 {8 K8 ^, {

  10. + E5 T; @7 x: \3 W
  11.     def writeblocks(self, block_num, buf, offset=None):
    * W. ^# K! D1 A+ a1 _' U* C; t  K5 x
  12.         if offset is None:
    3 E/ ~; F3 o3 k
  13.             # do erase, then write: L/ F; P7 H3 X, M, p, `/ c# m! l
  14.             for i in range(len(buf) // self.block_size):
    $ a# O* K. k8 a/ ?
  15.                 self.ioctl(6, block_num + i)
    ; P; A* b1 V4 e  E& l; o
  16.             offset = 0
    / {) ~+ e# |1 ?' h/ n5 |
  17.         addr = block_num * self.block_size + offset
      ~) _* F. {9 [8 {; j: z' t
  18.         for i in range(len(buf)):
    4 W0 D  }! H1 p) Q4 T
  19.             self.data[addr + i] = buf[i]
    ) c# A# H6 J2 B/ C% c, O/ `
  20. 3 ?) G+ |! }; x$ ?. F7 b
  21.     def ioctl(self, op, arg):6 x0 i4 k& W* l" ^3 ^" H
  22.         if op == 4: # block count  X, d" x4 O& C& p: i( ^0 _
  23.             return len(self.data) // self.block_size
    " y& m3 y5 s( [
  24.         if op == 5: # block size
    3 f2 |' x8 {3 f" f
  25.             return self.block_size' g9 k' n+ V! q' R
  26.         if op == 6: # block erase5 h; Y. q0 ^% I. X* S. {% v( d
  27.             return 0
复制代码
5 K1 h& s  Q9 C) K( \! B
% {$ @' o) Q, N. B$ `
  R' u0 Z* g. [6 Z' n' E

由于它支持扩展接口,因此可以用于littlefs:

  1. import os
    " o4 D# [+ d  \3 X
  2. / i7 C: v2 n/ ~0 V$ l4 z
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)" ^8 n1 y, p. @4 k
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)
    ) V5 s9 T7 y5 n' p' n$ e1 n
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码
5 S0 R1 E& T. o6 @) h! y

/ s0 {  ]4 N- q0 O8 b* M5 ~9 B2 w: o4 i, O

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:
    . }( y, w0 q" m9 C' N5 e" [, L
  2.     f.write('Hello world')
    ( h) C; a& c$ f4 R
  3. print(open('/ramdisk/hello.txt').read())
复制代码

/ E5 R* A1 s8 V0 C
3 O6 y  K# ]5 d7 [" S! E7 k, T. n5 u. `+ ?& v

& l+ }$ p4 F. t& z6 k

$ I5 x2 I' R2 {0 x. ~. m9 t9 q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。


6 F0 }* a+ T0 D( q0 v5 r  q1 R5 VFAT

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
    - d6 T+ A  r6 Q( E- z5 Y5 Y2 r. ^; E
  2. import os
    " N/ J6 H& ]) ?
  3. os.umount('/')
    ; X% N8 y) X1 U3 u
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev): o1 N4 N/ W1 F7 |( a+ j& u
  5. os.mount(bdev, '/')
    ) q9 ~, |1 W: [  x, G  T
  6. & Z3 i6 _% n1 @) d: w( {0 H
  7. # STM32
    0 _/ v; }9 b! {0 x2 F$ ~. p0 N
  8. import os, pyb4 Q. n% i, d, d6 r% @6 w
  9. os.umount('/flash')
    ! v# N* s6 Z% k# c4 k
  10. os.VfsFat.mkfs(pyb.Flash(start=0))! ?$ m% n- R! p' S0 N% g
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')
    ' P  C. S3 U5 i) f* z
  12. os.chdir('/flash')
复制代码

% k6 I0 H1 z7 \: l& e/ B
' i+ [8 G) h" f3 [# A6 H
- T6 S( I3 ^4 T4 E3 T
: k! f  l# C1 b, Q% `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.

0 q5 F! J2 i( S5 S0 j. Z! a4 o; ?( J) V7 L

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
    . ?/ M2 P" d7 f( I! X5 R, x
  2. import os
    2 A" H, M& ]8 [6 m1 O" H
  3. os.umount('/')& i  _- v& U+ f6 o) t
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)
    8 n( j" N$ e% g1 N; e8 F( }5 Z
  5. os.mount(bdev, '/')2 ~, c; V9 T* e" c8 z

  6. 4 Z3 B1 v$ z2 s
  7. # STM32
    1 z% |0 _+ A8 t
  8. import os, pyb
    0 H( T9 `6 r( {2 J* s
  9. os.umount('/flash')+ Z. ]+ `4 |9 Y4 Z* C: W. ?0 ^
  10. os.VfsLfs2.mkfs(pyb.Flash(start=0))/ K, G8 q5 N  w, t# z* d; M  |
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')
    & V1 b: \7 \- |$ c4 y/ c
  12. os.chdir('/flash')
复制代码
4 \* E5 T. b  {# S; |) {( w# P, E
& }: v- \6 w6 a

* m: `9 F' V8 s) ?% |! _' O  U9 [2 N/ o7 x6 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, pyb0 b( n* p2 O! w4 P/ V" x( _
  2. os.umount('/flash')
    0 P; j7 w+ h; o% K. [, [' f8 [, x5 O& b( N
  3. p1 = pyb.Flash(start=0, len=256*1024)
      H9 N4 M( W  m( l; O4 r: J
  4. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)3 u) ~. P: Z4 {6 T
  5. os.VfsFat.mkfs(p1)
    , Q0 U6 L  e* a) f
  6. os.VfsLfs2.mkfs(p2)) }# o$ j! g* x' X
  7. os.mount(p1, '/flash')
    0 i: V) |$ d5 J; M" j
  8. os.mount(p2, '/data'): C5 X: r% _! q# u
  9. os.chdir('/flash')
复制代码
) k- K) A  D& b) G7 Y

: S; V3 b+ U# F( l7 z' m3 T. n; S5 D4 [* y$ g. e

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
    # r, E) z- X) U
  2. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)
    $ C! |1 X; G2 |7 g
  3. os.mount(p2, '/data')
复制代码

9 W1 a/ q" H' o3 n/ d: A
  a/ @  H9 D, D
, E, @1 O3 U% I

来 boot.py挂载数据分区。


+ g. ~, Y; P- S: E0 P0 h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
    9 [! w, l0 w7 ^
  2. p = esp32.Partition.find(esp32.Partition.TYPE_DATA, label='foo')7 r/ ]* h: _7 k4 C# G& E
  3. os.mount(p, '/foo')
复制代码

5 ]& |( w3 \3 |8 z# z5 T* x" _/ O9 }# q& I$ u. }1 g

5 x% ]4 }# V( B4 ]/ r' d5 E7 S. B# j7 o; d

0 v0 b, C6 n# m( ^) L/ |! Y) n3 d2 P$ Q' J

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