RT-Thread v4.1.0中FAL介紹

在 V4.1.0 中，將 fal 軟件包重新定義為 RT-Thread 內(nèi)部組件。

在使用方式上和以前有這些區(qū)別：原本使用 fal 需要在 RT-Thread 的包管理器中選擇并進(jìn)行下載；現(xiàn)在只需要在組件中打開使用即可。以下做詳細(xì)介紹。

1、FAL介紹

FAL (Flash Abstraction Layer) Flash 抽象層，是對(duì) Flash 及基于 Flash 的分區(qū)進(jìn)行管理、操作的抽象層，對(duì)上層統(tǒng)一了 Flash 及 分區(qū)操作的 API (框架圖如下所示)，并具有以下特性：

• 支持靜態(tài)可配置的分區(qū)表，并可關(guān)聯(lián)多個(gè) Flash 設(shè)備；

• 分區(qū)表支持 自動(dòng)裝載 。避免在多固件項(xiàng)目，分區(qū)表被多次定義的問題；

• 代碼精簡，對(duì)操作系統(tǒng) 無依賴 ，可運(yùn)行于裸機(jī)平臺(tái)，比如對(duì)資源有一定要求的 Bootloader；

• 統(tǒng)一的操作接口。保證了文件系統(tǒng)、OTA、NVM（例如：EasyFlash） 等對(duì) Flash 有一定依賴的組件，底層 Flash 驅(qū)動(dòng)的可重用性；

• 自帶基于 Finsh/MSH 的測試命令，可以通過 Shell 按字節(jié)尋址的方式操作（讀寫擦） Flash 或分區(qū)，方便開發(fā)者進(jìn)行調(diào)試、測試；

1.1、打開 FAL

在組件中打開使用：

每個(gè)功能的配置說明如下：

• 開啟調(diào)試日志輸出（默認(rèn)開啟）；

• 分區(qū)表是否在 复制fal_cfg.h 中定義（默認(rèn)開啟）。如果關(guān)閉此選項(xiàng)，fal 將會(huì)自動(dòng)去指定 Flash 的指定位置去檢索并裝載分區(qū)表，具體配置詳見下面兩個(gè)選項(xiàng)；

• 存放分區(qū)表的 Flash 設(shè)備；

• 分區(qū)表的 結(jié)束地址 位于 Flash 設(shè)備上的偏移。fal 將從此地址開始往回進(jìn)行檢索分區(qū)表，直接讀取到 Flash 頂部。如果不確定分區(qū)表具體位置，這里也可以配置為 Flash 的結(jié)束地址，fal 將會(huì)檢索整個(gè) Flash，檢索時(shí)間可能會(huì)增加。

• 啟用 FAL 針對(duì) SFUD 的移植文件（默認(rèn)關(guān)閉）；

• 應(yīng)輸入調(diào)用 复制rt_sfud_flash_probe 函數(shù)時(shí)傳入的 FLASH 設(shè)備名稱（也可以通過 list_device 命令查看 Block Device 的名字獲?。?。該名稱與分區(qū)表中的 Flash 名稱對(duì)應(yīng)，只有正確設(shè)置設(shè)備名字，才能完成對(duì) FLASH 的讀寫操作。

1.2、FAL 目錄

1.3、FAL API

FAL 相關(guān)的 API 如圖所示，點(diǎn)擊此處查看 API 參數(shù)詳解。（以下鏈接請(qǐng)復(fù)制至外部瀏覽器打開）

https://github.com/RT-Thread/rt-thread/blob/master/components/fal/docs/fal_api.md

2、使用 FAL

使用 FAL 的基本步驟如下所示：

1、打開 FAL：從 Env 中打開 fal 組件。

2、FAL 移植：定義 flash 設(shè)備、定義 flash 設(shè)備表、定義 flash 分區(qū)表。以下主要對(duì)步驟 2 展開講解。

3、調(diào)用 fal_init() 初始化該庫：移植完成后，可在應(yīng)用層調(diào)用，如在 main 函數(shù)中調(diào)用。

2.1、定義 flash 設(shè)備

在定義 Flash 設(shè)備表前，需要先定義 Flash 設(shè)備?？梢允瞧瑑?nèi) flash, 也可以是片外基于 SFUD 的 spi flash：

• 定義片內(nèi) flash 設(shè)備可以參考 fal_flash_stm32f2_port.c

• 定義片外 spi flash 設(shè)備可以參考 fal_flash_sfud_port.c

定義具體的 Flash 設(shè)備對(duì)象，用戶需要根據(jù)自己的 Flash 情況分別實(shí)現(xiàn) 复制init、 复制read、 复制write、 复制erase 這些操作函數(shù)：

• 复制static int init(void)：可選 的初始化操作。

• 复制static int read(long offset, uint8_t *buf, size_t size)：讀取操作。

• 复制static int write(long offset, const uint8_t *buf, size_t size) ：寫入操作。

• 复制static int erase(long offset, size_t size) ：擦除操作。

用戶需要根據(jù)自己的 Flash 情況分別實(shí)現(xiàn)這些操作函數(shù)。在文件最底部定義了具體的 Flash 設(shè)備對(duì)象 ，如下示例定義了 stm32f2 片上 flash：stm32f2_onchip_flash

复制1conststructfal_flash_devstm32f2_onchip_flash=
2{
3.name="stm32_onchip",
4.addr=0x08000000,
5.len=1024*1024,
6.blk_size=128*1024,
7.ops={init,read,write,erase},
8.write_gran=8
9};

• 复制"stm32_onchip" : Flash 設(shè)備的名字。

• 复制0x08000000: 對(duì) Flash 操作的起始地址。

• 复制1024*1024：Flash 的總大?。?MB）。

• 复制128*1024：Flash 塊/扇區(qū)大小（因?yàn)?STM32F2 各塊大小不均勻，所以擦除粒度為最大塊的大?。?28K）。

• 复制{init, read, write, erase} ：Flash 的操作函數(shù)。如果沒有 init 初始化過程，第一個(gè)操作函數(shù)位置可以置空。

• 复制8 : 設(shè)置寫粒度，單位 bit， 0 表示未生效（默認(rèn)值為 0 ），該成員是 fal 版本大于 0.4.0 的新增成員。各個(gè) flash 寫入粒度不盡相同，可通過該成員進(jìn)行設(shè)置，以下列舉幾種常見 Flash 寫粒度：

• nor flash: 1 bit

• stm32f2/f4: 8 bit

• stm32f1: 32 bit

• stm32l4: 64 bit

2.2、定義 flash 設(shè)備表

Flash 設(shè)備表定義在 复制fal_cfg.h 頭文件中，定義分區(qū)表前需 新建 复制fal_cfg.h 文件 ，請(qǐng)將該文件統(tǒng)一放在對(duì)應(yīng) BSP 或工程目錄的 port 文件夾下，并將該頭文件路徑加入到工程。fal_cfg.h 可以參考 示例文件 fal/samples/porting/fal_cfg.h 完成。

設(shè)備表示例：

复制 1/*=====================FlashdeviceConfiguration=========================*/
 2externconststructfal_flash_devstm32f2_onchip_flash;
 3externstructfal_flash_devnor_flash0;
 4
 5/*flashdevicetable*/
 6#defineFAL_FLASH_DEV_TABLE
 7{
 8&stm32f2_onchip_flash,
 9&nor_flash0,
10}

Flash 設(shè)備表中，有兩個(gè) Flash 對(duì)象，一個(gè)為 STM32F2 的片內(nèi) Flash ，一個(gè)為片外的 Nor Flash。

2.3、定義 flash 分區(qū)表

分區(qū)表也定義在 复制fal_cfg.h 頭文件中。Flash 分區(qū)基于 Flash 設(shè)備，每個(gè) Flash 設(shè)備又可以有 N 個(gè)分區(qū)，這些分區(qū)的集合就是分區(qū)表。在配置分區(qū)表前，務(wù)必保證已定義好 Flash 設(shè)備 及 設(shè)備表。fal_cfg.h 可以參考 示例文件 fal/samples/porting/fal_cfg.h 完成。

分區(qū)表示例：

复制 1#defineNOR_FLASH_DEV_NAME"norflash0"
 2/*======================PartitionConfiguration==========================*/
 3#ifdefFAL_PART_HAS_TABLE_CFG
 4/*partitiontable*/
 5#defineFAL_PART_TABLE
 6{
 7{FAL_PART_MAGIC_WORD,"bl","stm32_onchip",0,64*1024,0},
 8{FAL_PART_MAGIC_WORD,"app","stm32_onchip",64*1024,704*1024,0},
 9{FAL_PART_MAGIC_WORD,"easyflash",NOR_FLASH_DEV_NAME,0,1024*1024,0},
10{FAL_PART_MAGIC_WORD,"download",NOR_FLASH_DEV_NAME,1024*1024,1024*1024,0},
11}
12#endif/*FAL_PART_HAS_TABLE_CFG*/

上面這個(gè)分區(qū)表詳細(xì)描述信息如下：

用戶需要修改的分區(qū)參數(shù)包括：分區(qū)名稱、關(guān)聯(lián)的 Flash 設(shè)備名、偏移地址（相對(duì) Flash 設(shè)備內(nèi)部）、大小，需要注意以下幾點(diǎn)：

• 分區(qū)名保證 不能重復(fù)；

• 關(guān)聯(lián)的 Flash 設(shè)備 務(wù)必已經(jīng)在 Flash 設(shè)備表中定義好 ，并且 名稱一致 ，否則會(huì)出現(xiàn)無法找到 Flash 設(shè)備的錯(cuò)誤；

• 分區(qū)的起始地址和大小 不能超過 Flash 設(shè)備的地址范圍 ，否則會(huì)導(dǎo)致包初始化錯(cuò)誤；

注意：每個(gè)分區(qū)定義時(shí)，除了填寫上面介紹的參數(shù)屬性外，需在前面增加 复制FAL_PART_MAGIC_WORD 屬性，末尾增加 复制0 （目前用于保留功能）

3、Finsh/MSH 測試命令

fal 提供了豐富的測試命令，項(xiàng)目只要在 RT-Thread 上開啟 Finsh/MSH 功能即可。在做一些基于 Flash 的應(yīng)用開發(fā)、調(diào)試時(shí)，這些命令會(huì)非常實(shí)用。它可以準(zhǔn)確的寫入或者讀取指定位置的原始 Flash 數(shù)據(jù)，快速的驗(yàn)證 Flash 驅(qū)動(dòng)的完整性，甚至可以對(duì) Flash 進(jìn)行性能測試。

具體功能如下：輸入 fal 可以看到完整的命令列表

复制1msh/>fal
2Usage:
3falprobe[dev_name|part_name]-probeflashdeviceorpartitionbygivenname
4falreadaddrsize-read'size'bytesstartingat'addr'
5falwriteaddrdata1...dataN-writesomebytes'data'startingat'addr'
6faleraseaddrsize-erase'size'bytesstartingat'addr'
7falbench-benchmarktestwithperblocksize
8
9msh/>

3.1、指定待操作的 Flash 設(shè)備或 Flash 分區(qū)

當(dāng)?shù)谝淮问褂?fal 命令時(shí)，直接輸入 复制fal probe 將會(huì)顯示分區(qū)表信息?？梢灾付ù僮鞯膶?duì)象為分區(qū)表里的某個(gè)分區(qū)，或者某個(gè) Flash 設(shè)備。

分區(qū)或者 Flash 被成功選中后，還將會(huì)顯示它的一些屬性情況。大致效果如下：

复制 1msh/>falprobe
 2Noflashdeviceorpartitionwasprobed.
 3Usage:falprobe[dev_name|part_name]-probeflashdeviceorpartitionbygivenname.
 4[I/FAL]====================FALpartitiontable====================
 5[I/FAL]|name|flash_dev|offset|length|
 6[I/FAL]-------------------------------------------------------------
 7[I/FAL]|bl|stm32_onchip|0x00000000|0x00010000|
 8[I/FAL]|app|stm32_onchip|0x00010000|0x000b0000|
 9[I/FAL]|ef|norflash0|0x00000000|0x00100000|
10[I/FAL]|download|norflash0|0x00100000|0x00100000|
11[I/FAL]=============================================================
12msh/>
13msh/>falprobedownload
14Probedaflashpartition|download|flash_dev:norflash0|offset:1048576|len:1048576|.
15msh/>
16

3.2、擦除數(shù)據(jù)

先輸入 复制fal erase ，后面跟著待擦除數(shù)據(jù)的起始地址以及長度。以下命令為：從 0 地址（相對(duì) Flash 或分區(qū)）開始擦除 4096 字節(jié)數(shù)據(jù)

注意：根據(jù) Flash 特性，擦除動(dòng)作將按扇區(qū)對(duì)齊進(jìn)行處理。所以，如果擦除操作地址或長度未按照 Flash 的扇區(qū)對(duì)齊，將會(huì)擦除掉與其關(guān)聯(lián)的整個(gè)扇區(qū)數(shù)據(jù)。

复制1msh/>falerase04096
2Erasedatasuccess.Startfrom0x00000000,sizeis4096.
3msh/>

3.3、寫入數(shù)據(jù)

先輸入 复制fal write ，后面跟著 N 個(gè)待寫入的數(shù)據(jù)，并以空格隔開。以下命令為：從地址 8 的位置依次開始寫入 1、2、3、4 、 5 這 5 個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)

复制1msh/>falwrite812345
2Writedatasuccess.Startfrom0x00000008,sizeis5.
3Writedata:12345.
4msh/>

3.4、讀取數(shù)據(jù)

先輸入 复制fal read ，后面跟著待讀取數(shù)據(jù)的起始地址以及長度。以下命令為：從 0 地址開始讀取 64 字節(jié)數(shù)據(jù)

复制1msh/>falread064
2Readdatasuccess.Startfrom0x00000000,sizeis64.Thedatais:
3Offset(h)000102030405060708090A0B0C0D0E0F
4[00000000]FFFFFFFFFFFFFFFF0102030405FFFFFF
5[00000010]FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
6[00000020]FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
7[00000030]FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
8
9msh/>

3.5、性能測試

性能測試將會(huì)測試 Flash 的擦除、寫入及讀取速度，同時(shí)將會(huì)測試寫入及讀取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，保證整個(gè) Flash 或整個(gè)分區(qū)的 寫入與讀取 數(shù)據(jù)的一致性。

先輸入 复制fal bench ，后面跟著待測試 Flash 的扇區(qū)大小（請(qǐng)查看對(duì)應(yīng)的 Flash 手冊(cè)，SPI Nor Flash 一般為 4096）。由于性能測試將會(huì)讓整個(gè) Flash 或者整個(gè)分區(qū)的數(shù)據(jù)丟失，所以命令最后必須跟 复制yes 。

复制1msh/>falbench4096yes
2Erasing1048576bytesdata,waiting...
3Erasebenchmarksuccess,totaltime:2.674S.
4Writing1048576bytesdata,waiting...
5Writebenchmarksuccess,totaltime:7.107S.
6Reading1048576bytesdata,waiting...
7Readbenchmarksuccess,totaltime:2.716S.
8msh/>

4、常見應(yīng)用

• 基于 FAL 分區(qū)的 fatfs 文件系統(tǒng)例程

https://github.com/RT-Thread/IoT_Board/tree/master/examples/15_component_fs_flash

• 基于 FAL 分區(qū)的 littlefs 文件系統(tǒng)應(yīng)用筆記

https://www.rt-thread.org/document/site/application-note/components/dfs/an0027-littlefs/

• 基于 FAL 分區(qū)的 EasyFlash 移植說明

https://github.com/armink-rtt-pkgs/EasyFlash/tree/master/ports