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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


6 W/ `0 L& K7 [, y: W) 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 /。


( O1 D+ m: |- e/ y+ r6 W. R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)。

* ?+ V7 G9 I$ O1 P# C, y
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 o0 I" X) p% h( d1 |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。

, p+ s* Q. d  f/ v
4 w* n% A! G# }% K8 T- ~5 ^
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:  a2 Q% \) J. i9 @5 k4 ?
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):
    0 u# w( J6 o1 a- \
  3.         self.block_size = block_size$ a2 e7 J& a7 G" ~/ f9 M+ l
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)  v# @5 E' Z# Q$ _1 P9 I: H2 F

  5. 3 q# o2 U; P1 p0 H; P
  6.     def readblocks(self, block_num, buf):/ V, \. `* U: @; \
  7.         for i in range(len(buf)):
    " V. X$ n/ s1 D5 F
  8.             buf[i] = self.data[block_num * self.block_size + i]
    ! c' F4 {5 }3 X/ Y5 u
  9. : f; `! H; }% i$ y8 @; w  D
  10.     def writeblocks(self, block_num, buf):
    . H: A' M4 |+ X- w1 N5 S
  11.         for i in range(len(buf)):
    4 P- D% [; [* l4 C
  12.             self.data[block_num * self.block_size + i] = buf[i]
    ( [/ u7 }" p. F* D/ s. b- c  q
  13. ) `5 K* H5 l: e
  14.     def ioctl(self, op, arg):  R! J  k, p% N4 J& j/ [- Y7 Z
  15.         if op == 4: # get number of blocks
    - u- T3 \: l& P- b% C& b
  16.             return len(self.data) // self.block_size' y2 \( p2 q& A9 v( l  i; S
  17.         if op == 5: # get block size/ ^3 X) P! P5 w, f; |. t
  18.             return self.block_size
复制代码
# @" }4 S( Q$ j( Z, A

# B1 f, ~2 _- I! L- H& p( K0 O7 h1 W6 g# w, @5 |" n/ v5 |6 |

它可以按如下方式使用:

  1. import os2 Z- S- A. m! f8 z8 {/ W

  2. 2 E- {! A: @5 U
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)" z3 W6 c8 @; j" p& u7 d
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev): G1 l" U% U7 p/ P
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码

) m$ A# y  ?$ n, j$ d8 Q* `" j) Z8 @
2 ?+ N8 F3 c$ V% G3 N- I1 e& e1 c5 r$ W: l

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:) e: e! c" w) v' t  {, u
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):
    # a7 ~+ q" _9 ?; J
  3.         self.block_size = block_size# O8 d/ b+ y2 \$ r9 d: r
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)7 s) e8 j1 o( O4 ?4 K, B
  5. * j  u. i. J8 ]
  6.     def readblocks(self, block_num, buf, offset=0):
    ) d6 j% Y0 V' y8 K% ?
  7.         addr = block_num * self.block_size + offset, s% e, s" L7 S1 j( B& }6 _
  8.         for i in range(len(buf)):
    0 B- ~* I" @' n
  9.             buf[i] = self.data[addr + i]
    / L/ e, J. e& b  t/ k) X
  10. * x7 W  k# @) q) L2 t
  11.     def writeblocks(self, block_num, buf, offset=None):. L# S( v  Y% i  F, k6 S# f
  12.         if offset is None:) G- I2 j3 ?' k% _
  13.             # do erase, then write
    7 P8 c. c/ V# U5 S4 k3 v
  14.             for i in range(len(buf) // self.block_size):
    + b) @, P- E7 r! Z6 w2 R
  15.                 self.ioctl(6, block_num + i)
    6 B! C. l/ D2 u2 H5 M/ B
  16.             offset = 0" ]; q* \- L* B
  17.         addr = block_num * self.block_size + offset; E1 s  E4 w  e# F4 A
  18.         for i in range(len(buf)):
      i$ X3 a* j) o5 t
  19.             self.data[addr + i] = buf[i]5 B1 L* P0 e# k8 `6 _

  20. + ?4 v  [/ J, {. j8 j" h
  21.     def ioctl(self, op, arg):
    $ A8 U, x4 m( Q6 a5 p  I
  22.         if op == 4: # block count2 K9 \# e0 }% |
  23.             return len(self.data) // self.block_size
    3 ^; U8 m- e9 B
  24.         if op == 5: # block size3 y8 W$ V, O- u& i) p: V
  25.             return self.block_size
    3 n: b. \* R5 G
  26.         if op == 6: # block erase
    ) t/ |7 w0 V/ U3 D# v! @
  27.             return 0
复制代码

: i* I/ B0 Y1 V6 j) ^- s- [
) T' ?0 n& M3 H* o( P- \1 [( ^' n* v5 `, u8 ?" D

由于它支持扩展接口,因此可以用于littlefs:

  1. import os# W4 H) ]  t6 B! t

  2. 5 m, M* I' A- e" J% g5 ~" W
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)6 y2 R6 ?. L5 x
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)
    ' u6 k' P9 M7 X% L9 L8 @! J
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码
9 K" t: j7 b+ M# ?

/ A2 s9 }- @. M/ f, M% s+ k% ~- r/ o$ G6 x! b

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; B2 ~* B" d* f' q
  2.     f.write('Hello world')
    7 l( e, w/ Q' j, U
  3. print(open('/ramdisk/hello.txt').read())
复制代码
8 p# I* D) L$ {# T5 s: H
2 K' i# x4 V5 ~+ Q

. }+ Z5 q6 }5 o2 ]- x6 Y+ ]3 y7 M- A8 {9 N7 b( E

- Y; g9 \1 F0 _1 `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。


$ t( ?8 x, m# YFAT

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
    2 y( ^% V" C1 ?; T. J, B
  2. import os
    . f2 R, @' D/ a, z. |# s( J( B6 \
  3. os.umount('/')% T0 @% N0 T# S" v
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)" p- T" {) D7 M
  5. os.mount(bdev, '/')
    ! N: H' M5 _/ Q& z. E
  6. ; r' p1 ^# N* s. L
  7. # STM329 t" S0 }5 v2 b8 \
  8. import os, pyb6 u0 `1 i3 ~2 s! I& v, W$ N, _0 z
  9. os.umount('/flash')
    " r+ p) c2 y# I& L/ k' ?
  10. os.VfsFat.mkfs(pyb.Flash(start=0))
    8 }) P4 c5 z8 M" J8 z4 s
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')
    9 e1 I0 n/ Y  i+ ^
  12. os.chdir('/flash')
复制代码
8 [2 C( V7 _! T9 u4 @; M
3 v1 }8 r  u8 s; l0 \0 J1 \

" r! v, ]/ Q. h, v9 `) R! _. f. a  `* E4 b9 b8 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.


" }, Q4 r$ s# i3 S& p

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
    , U& e& ^" S. t3 Y% c% L
  2. import os5 g  ]3 I& ^$ Y* T4 g5 B, G! a" a
  3. os.umount('/')+ I0 T% B6 q2 ?  o  E( B
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)
    ( B; L8 a0 c! A/ Z. }' L
  5. os.mount(bdev, '/')
    5 {% f' O. y- X7 H6 y( l: q8 U$ _/ j
  6. : g3 y# d3 `+ @* n8 x4 w
  7. # STM32
    ( [, C6 \& v' n. m
  8. import os, pyb1 m+ C3 g0 f4 |- P1 x
  9. os.umount('/flash')7 n. f$ d6 M) W
  10. os.VfsLfs2.mkfs(pyb.Flash(start=0))4 u( W9 B( S3 m- G4 t
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')
    & r" R* z* g% m( H
  12. os.chdir('/flash')
复制代码

' S* K1 n) Y# b: {1 f* P& C# b4 G
+ ^! Y! g* n0 W4 [& E5 a
, }* z% s! J% B8 |2 d6 A  S& N1 Q# a# E" B1 E
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
    + @- r. E# K& n+ _7 \5 V
  2. os.umount('/flash')  I9 [# O% @/ j
  3. p1 = pyb.Flash(start=0, len=256*1024)2 _8 V% K3 U" f$ G- Q
  4. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)
    & f: e( j# S2 N2 l- |
  5. os.VfsFat.mkfs(p1)
    " \/ _; x: H1 a5 c9 ~, z
  6. os.VfsLfs2.mkfs(p2)
    2 i  {; ?5 x$ b9 l& n
  7. os.mount(p1, '/flash')% W1 D0 j8 K7 @9 C$ _# ?( w
  8. os.mount(p2, '/data')
    9 G! X1 i4 ?7 y) E8 S9 v
  9. os.chdir('/flash')
复制代码

; i+ o/ Q& j4 G0 e3 D# i' U' }  {2 _9 z; R

  E& M7 Y% G4 V2 q! I! G

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
    % U/ U" O9 @  P# q' t0 i( a
  2. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)$ _  h3 H7 D" R7 P  f9 S2 N, h
  3. os.mount(p2, '/data')
复制代码

0 r7 b) }9 D% `8 d
! r* g* O' _9 S9 A2 z3 ]1 T  B3 A4 ]% J9 f6 O, m$ c; _; z4 K

来 boot.py挂载数据分区。

4 e2 t1 R5 D( d9 c& q$ L6 E0 Y
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- _0 Y* {) L1 k+ [" U
  2. p = esp32.Partition.find(esp32.Partition.TYPE_DATA, label='foo')  r" \7 O  H3 t) ~- K, l- D: m
  3. os.mount(p, '/foo')
复制代码
1 t, i6 g& L! J
, ^% A1 y/ p, S# x$ N, I" w
; v! W/ _+ `# \$ @
0 q5 O% W, `8 _1 {3 D

1 B4 \! l+ m4 g- U' T! g
6 F- s. l* \" R# O! V

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