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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


$ p2 K1 c1 q9 t( w4 I

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 /。


4 H1 I/ A( |( {  h6 I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)。


6 a1 y9 ~) ^4 RESP8266

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。

( G. x! [( ^1 T$ F8 R: H
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。


/ N- }& I, M+ u5 j
2 X. \7 w) P4 F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:. H9 d% @- w6 N) c2 W0 u, R
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):
    * g: w. m5 v. m
  3.         self.block_size = block_size
    7 ?- ^, p. N4 Z) A' k4 n
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)7 e) c9 ~; J- l, t7 H
  5. $ O. U" `. ~2 R. u7 |" A/ ~
  6.     def readblocks(self, block_num, buf):
    * Y) |6 [% K6 w6 ]( l$ w3 A
  7.         for i in range(len(buf)):9 C/ v% |( b0 K3 G* L) m) E: V& |$ J
  8.             buf[i] = self.data[block_num * self.block_size + i]  q. U. D3 Y' @9 [: T+ J

  9. % w+ ]  f0 F' p9 s
  10.     def writeblocks(self, block_num, buf):: x2 s* @5 q2 L. z
  11.         for i in range(len(buf)):
    6 C1 {9 d% w9 L% a  Q4 C
  12.             self.data[block_num * self.block_size + i] = buf[i]0 U6 u9 t* z( n

  13. & F  `# u! Q. c$ ^! _
  14.     def ioctl(self, op, arg):
    . t) e7 N. x7 x' j( I' Z( q" j
  15.         if op == 4: # get number of blocks8 T* Z/ b% I9 c: A7 J3 R- t
  16.             return len(self.data) // self.block_size! K% C1 n9 t% `8 I* m
  17.         if op == 5: # get block size* z" `" W6 o3 I+ Y2 S  B" T7 q
  18.             return self.block_size
复制代码
0 R6 t# {4 p, W! T4 P

- K: f* _/ e  U4 Q: C" u7 {( N( z) Z" Z" y' v" S" g& }9 z

它可以按如下方式使用:

  1. import os( x, X" u9 Z& \6 a$ V

  2. $ r' P1 ~% W6 i0 I
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50). f3 @2 q; |) w, C
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)
    ; W# q' w" a. j8 k# s% O: y
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码

4 v+ Z4 q; x8 |+ h: |5 B+ G7 N) _; {3 x( a

+ {$ V4 D4 j$ E! S6 I5 B$ [

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:* j# b6 y, _% z! n: j6 e
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):  ^$ ^$ t" q  Y# P
  3.         self.block_size = block_size- g' Q$ i& e. x  ?( v( c4 Y7 ~9 x
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)/ V: [& O7 w- n/ m' s% H  T

  5. . D# _" O4 A* d5 P  i
  6.     def readblocks(self, block_num, buf, offset=0):$ q& \5 }, n. M1 R& \# a6 p' h( H1 I
  7.         addr = block_num * self.block_size + offset4 x. B3 R3 n" X* g8 F- }
  8.         for i in range(len(buf)):
    9 F: R$ K  j1 d5 ^8 U( S8 Z( g
  9.             buf[i] = self.data[addr + i]# y( |# ^$ Y# c4 Z0 R9 D

  10. + U$ @0 ^0 a6 s4 ?
  11.     def writeblocks(self, block_num, buf, offset=None):
    & L$ y: q' p5 w% y  |  E% r, X
  12.         if offset is None:6 Y1 v& W0 |1 y  J* b) ?2 q$ K
  13.             # do erase, then write6 e. ~$ {. S/ w+ {) o% l
  14.             for i in range(len(buf) // self.block_size):+ Q8 N. d9 u7 y" j- [  P8 T
  15.                 self.ioctl(6, block_num + i): y" z: [) F+ z8 }3 T3 W% P
  16.             offset = 0
    # c, s0 S* v( q$ y
  17.         addr = block_num * self.block_size + offset% X( e0 ?3 [: g$ Y4 a
  18.         for i in range(len(buf)):
    4 a# V) Q! f# r
  19.             self.data[addr + i] = buf[i]
    & c  u# N# S- G2 _# z; J" s
  20. ; X7 |0 T# U1 }
  21.     def ioctl(self, op, arg):
    & Z. _. c) a, |; V# I! Z: e
  22.         if op == 4: # block count
    - H9 a9 t& v. \% S4 I$ z
  23.             return len(self.data) // self.block_size8 p# k4 Z2 @4 N) R
  24.         if op == 5: # block size' `( b  v1 C7 |9 E
  25.             return self.block_size4 Y% r% g4 |6 `% g' q
  26.         if op == 6: # block erase
    : e) U( d) V$ {; u) T3 {9 M. U
  27.             return 0
复制代码
  X; r9 w+ |/ f5 k

0 ?2 \7 P- D7 z, J
  B% O6 n' C2 H5 o: I

由于它支持扩展接口,因此可以用于littlefs:

  1. import os# Y) v6 I3 U/ o. r$ ^# o. q. G
  2. : M8 c, b. H$ e) D0 _! f
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)
    7 X* x+ Z' [+ k: [9 \
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)  @) c6 Q3 T& S6 A! D# q
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码

& s, k. v5 z! |/ @0 I! w) ^& W. p' B# V) V) v: n

, a- c. @0 q2 ?6 ^8 \8 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:. f$ ?* V; l2 F' X7 Q
  2.     f.write('Hello world')9 |4 M0 D+ [+ M- L9 m7 L- @2 F
  3. print(open('/ramdisk/hello.txt').read())
复制代码

6 S- j) s3 |# ?7 Y, ]3 g- M3 E' |1 X1 c/ _5 l9 S. N
7 C- I% a8 ^0 C. @

  l4 Y% d3 i3 u- `

3 k* k9 a* R. d- L/ d: d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。

( X; H+ n$ u; ^1 f: w3 |3 b
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
    1 j' A: n( e* g: w2 u
  2. import os
    ) t9 e0 y- T: B5 p' d# t
  3. os.umount('/')
    % u* n) _/ O) R# }/ w9 ?
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)9 i! ?1 M( i2 O) u
  5. os.mount(bdev, '/')
    ' g. [1 a" ^' t+ t) X6 h
  6. 9 r9 l7 ~$ I4 Q$ W
  7. # STM32
    1 M9 f7 D# g0 o" T- ~* |4 l
  8. import os, pyb4 B8 v5 H# q6 J
  9. os.umount('/flash')
    / R" b' B7 Q: ?, S+ _* x
  10. os.VfsFat.mkfs(pyb.Flash(start=0))
    5 W7 h( }" I2 Q8 b
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')
    7 i+ w( A) H" p7 {3 t
  12. os.chdir('/flash')
复制代码
) w  T4 |' N5 K7 _# X" E  i( ~
; L) K$ d) @# l0 |) g! y6 j8 I4 P

/ t7 K; `  \( g8 u* N( J) C% v+ C% z! p3 Q  l( T  w. d8 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.


) E0 n/ H- C* D% u8 D

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
      _6 k4 d4 m; \3 d+ x5 x' g
  2. import os
    % j& `/ |& z3 j: p! r
  3. os.umount('/')& a' S! h; J4 t$ {
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)0 k9 Q' L# J+ I3 L9 r/ B
  5. os.mount(bdev, '/')
    & y( T  g2 z( Q
  6. ' E+ `8 X9 }! D5 u& M; G+ H
  7. # STM32
    9 v$ Q: B0 }. e. S# ?
  8. import os, pyb7 d- m, {1 B( B& y3 t
  9. os.umount('/flash')7 L9 ^" ~' x- `) ~" W  ~
  10. os.VfsLfs2.mkfs(pyb.Flash(start=0))
    + Y6 t: `) l- S5 D5 O# J- T6 |  g- ^
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')
    6 X1 K! C, S, I. ?; v
  12. os.chdir('/flash')
复制代码
' ]3 X0 l' @( K* d% E# j

# p! n5 ^& Z2 t' i; R) E" v* O; o- ]. K  H5 A

, y0 ?. P9 E2 |2 R# L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
    $ M4 [: m! |' M) q* `
  2. os.umount('/flash')
    1 K8 c$ e" q* }/ ]9 q* h
  3. p1 = pyb.Flash(start=0, len=256*1024)
    4 C" u" i; F3 P
  4. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)
    / E, f. z2 Q/ Y
  5. os.VfsFat.mkfs(p1)
    3 Q; K; s! p. y' \
  6. os.VfsLfs2.mkfs(p2)
    , ~# \( i( L+ f) S
  7. os.mount(p1, '/flash')9 e) |% ^$ M  N2 o+ n' g1 W  f0 H
  8. os.mount(p2, '/data')1 u* E. v( K5 b- e, l7 B
  9. os.chdir('/flash')
复制代码

8 V4 \& A8 g9 r, C+ y3 j% B2 x. H0 w1 O) g' ?

; ?$ P; @' g$ L8 l

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  ]# x/ f9 ]0 J4 n
  2. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)6 Q; F0 n$ e  v0 H, E/ @( l
  3. os.mount(p2, '/data')
复制代码

; m: K# U: [. W; M/ M! L4 l
. w& F; R8 P  q. @+ L% j
7 Q( a4 o" d* c) [8 r

来 boot.py挂载数据分区。


: u# Q4 m5 {( a% `& ]/ u: S1 R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, D8 v  [+ T* `) `3 ~
  2. p = esp32.Partition.find(esp32.Partition.TYPE_DATA, label='foo')
    : s  I! Y$ }% A5 W/ c1 f% I
  3. os.mount(p, '/foo')
复制代码

& S, g2 X, R1 ~  [5 ?- u7 V* O# N$ y0 m) U

1 ]9 N0 r3 i+ w: [" l/ C# \
8 C5 H' C5 v" m9 g5 L, ]1 x3 g

0 l/ _0 g2 u* Q+ ?' l9 a7 ?% C3 g
5 k4 ^5 I7 T: @. |9 a% b

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