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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

, ~9 f. F5 ]7 s1 }1 b, b* 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 /。


, e7 @, }3 |( \' U: 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)。


* t0 ?* e+ d( C& r7 H/ XESP8266

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。

- j* x: K1 q. Z, d
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。


7 d4 |  O3 R8 L! P/ H+ Q0 b6 A" R
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:
    4 R. t; O5 {# I: z
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):1 i/ Z1 Y9 _, R$ x
  3.         self.block_size = block_size% T* Y) L. U2 r
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)
    7 V* |5 v3 I5 i0 ?2 }

  5. ; ]; Y3 Z( q3 R7 \- x6 b% f% ^
  6.     def readblocks(self, block_num, buf):
    * r# F" e: _3 y
  7.         for i in range(len(buf)):
    $ Z# N# r! `8 ^( a0 p% |3 E# g
  8.             buf[i] = self.data[block_num * self.block_size + i]( t. X. p% ]% r

  9. , \4 R/ Z: Y  U
  10.     def writeblocks(self, block_num, buf):6 @3 E4 d* {1 z# c/ P
  11.         for i in range(len(buf)):
    : ~# T6 n, M* C2 v1 ]- |: s. ^
  12.             self.data[block_num * self.block_size + i] = buf[i]
    1 y# w2 Z4 D, P+ u

  13. # ?1 I0 I( Z$ d' C$ h7 H
  14.     def ioctl(self, op, arg):
    ! g3 w5 B2 @. Y! I& {
  15.         if op == 4: # get number of blocks
    . f& `3 Q2 d- p  f5 A& M2 L+ g4 S
  16.             return len(self.data) // self.block_size6 [! g) D% d2 X5 f# j
  17.         if op == 5: # get block size$ t0 [: f6 S% V
  18.             return self.block_size
复制代码

* J$ E2 @- ^5 D
  K' O) E  I0 `* O) M; w
* |6 B2 v! l' t3 X

它可以按如下方式使用:

  1. import os; J1 u. d% I( r9 j) A! x2 x
  2. ) L0 i2 N, p, N7 g* I
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)+ T8 _* V1 a# }2 D, Y
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)$ J% z0 {. c1 W& ?
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码
$ {8 f! a2 g' j1 i& x
% F9 l( }# [) I" z
! u, d& ?2 `. F* ?  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:/ p% O* }8 \) u( U0 a
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):' k/ S4 j# j  G% K6 _
  3.         self.block_size = block_size- @* E: s4 }& }1 s6 F. u
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)
    + U/ H' o5 Z8 m  \

  5. ! K: a! q- g; Q; y1 e8 x0 U* W
  6.     def readblocks(self, block_num, buf, offset=0):" A; @2 B5 j; {5 S! I& a. w
  7.         addr = block_num * self.block_size + offset
    . G8 q1 ?% f# ?
  8.         for i in range(len(buf)):
    8 G- @% L+ f6 \" e6 ?
  9.             buf[i] = self.data[addr + i]
    ' z( h9 }( f$ g3 l# t
  10. / ]. `) c" F$ l3 [6 i
  11.     def writeblocks(self, block_num, buf, offset=None):
    6 i4 B/ r/ d$ L" T/ S* x
  12.         if offset is None:
    ' Z8 x# n) n9 |
  13.             # do erase, then write9 P; s1 E, p7 U9 t
  14.             for i in range(len(buf) // self.block_size):
    . w: P5 v' y+ f" C3 `/ @
  15.                 self.ioctl(6, block_num + i)5 \: v( p; u; m4 Q9 a+ b1 r+ a+ f8 p
  16.             offset = 0
    8 N( t% }9 x1 [( {
  17.         addr = block_num * self.block_size + offset
    ) |! x' z! e) J; Y$ Y
  18.         for i in range(len(buf)):8 x* j% f9 o& ]- s; w8 G7 b5 n3 o; P
  19.             self.data[addr + i] = buf[i]. _& J% I/ _. q# X) V- Z6 J! N

  20. & n5 d# c: l; W: w
  21.     def ioctl(self, op, arg):
    8 g& Z/ z% d5 w! d
  22.         if op == 4: # block count# b- Q! _9 B( |4 M* }
  23.             return len(self.data) // self.block_size
    : Z( {7 d' K% h( `0 v! J) V$ y- r
  24.         if op == 5: # block size4 C5 a8 f) J) p: X
  25.             return self.block_size6 ?- V/ ]) P& {* O& p
  26.         if op == 6: # block erase4 m6 c: j$ U- H. E
  27.             return 0
复制代码

, ~: `( @' T1 y: r5 x5 e2 H% u; y! p+ L1 G

7 s" v$ O  q1 f( C( l

由于它支持扩展接口,因此可以用于littlefs:

  1. import os
      A% ^7 ]) s3 @! r& b- C1 b- L
  2. 2 t# r% {* j& H9 S' S# Q+ I# x
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)* w+ {9 T7 [% u7 p
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)
    7 x8 a- A! E) j( @3 c
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码
8 w8 N' i5 M% m6 O

) _2 ]% n+ [3 e  C0 U; _/ T8 M6 v/ ?! u9 t1 H

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:
    1 n1 z2 H4 L/ @- V( z' V
  2.     f.write('Hello world')
    - O. `- Z" v9 O2 B  S8 H
  3. print(open('/ramdisk/hello.txt').read())
复制代码

! I& W) u8 ]3 ]/ E5 t) M4 E5 j6 _  V1 L4 x  b" }/ A

8 d1 E/ G+ |& `% f/ _
6 j7 }5 @: ]6 K
7 S. s' z1 L$ Z! C- _$ {+ H9 n* ~" [
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。


: y; T& k- u1 |  Q  K! @+ c% EFAT

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, D* P, n3 U7 I% w7 l' y
  2. import os; k9 |" Q3 s9 `9 {. V$ K
  3. os.umount('/')
    % I: A( @5 N! z" R
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)& u& ^+ m6 a; b7 p2 k
  5. os.mount(bdev, '/'), K! H7 N- I" m' g% e  ]

  6. 4 b! G* J- P% u! D' z% Q8 |
  7. # STM32& I$ l9 R' `9 f$ g
  8. import os, pyb) N# T" k& t$ E/ ]0 q
  9. os.umount('/flash')% `/ W" e9 {9 r& ]
  10. os.VfsFat.mkfs(pyb.Flash(start=0))
    ' O8 Z6 c! `- L2 p4 ?, w' K8 v9 ?
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')
    ; Z8 v4 x, t# J  Y/ O8 Q. F( X7 g
  12. os.chdir('/flash')
复制代码

& R6 w1 O: c+ d% O; W
- Y4 Y0 a2 S3 X' S2 o0 N% Z2 Z

6 n& `1 o+ N* A6 v6 w, ]8 RLittlefs

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.


, B8 ^' h* S- u, Z3 A$ B

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 ESP324 r+ q7 M- ~# I* A  W
  2. import os
    " Q- P2 F  \7 X. I" _
  3. os.umount('/')
    / L. P" b- z1 l7 m! Q9 l
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)
    9 W, b! M; R% Y- i
  5. os.mount(bdev, '/')
    , n" F% t: M0 F7 f# u* M1 O" s1 Q
  6. ; q' u/ d: b: q8 z* O  H/ ?
  7. # STM32
    1 `( e+ M# k* ^8 B, M# R2 C
  8. import os, pyb9 Z% i. u6 X: {# d4 o
  9. os.umount('/flash')
    ' N0 C6 F7 a$ L: u- [6 {
  10. os.VfsLfs2.mkfs(pyb.Flash(start=0))
    / c2 h, W" [' M" |/ Y* K; t
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')2 S) Z8 ~$ t1 h) [! B
  12. os.chdir('/flash')
复制代码

5 H7 P* U1 M& H7 X! [
' ~% R! Y3 O* h/ D* c* j/ B0 O5 c3 q
4 K  z# h5 \; t! }# @% h  ~  V/ N
( Q+ p, J& q/ H. i1 Y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: P8 N3 n5 p' l
  2. os.umount('/flash')% h9 r4 g; V' U5 K3 s" T
  3. p1 = pyb.Flash(start=0, len=256*1024)
    & z5 d, Q* Q% h, z2 y
  4. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)
    + \& [8 d, }6 x+ h. C1 J
  5. os.VfsFat.mkfs(p1)
    : j* [; |: Y( b; D. h
  6. os.VfsLfs2.mkfs(p2)
    * K  x9 p6 t$ B4 e
  7. os.mount(p1, '/flash')2 g% e+ L0 z1 c5 S) i+ a
  8. os.mount(p2, '/data')
    7 Z3 h0 ~- V2 a9 Y+ `% Q. W. y
  9. os.chdir('/flash')
复制代码

. ~8 B( z) {; G  O4 R9 x/ f4 i; n) v6 `* K2 k, x: W: G

, s6 ]/ ^$ {- c' 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, pyb9 V7 G/ _% I( L# v
  2. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)
    * O$ x3 u. Q( ^2 H4 \) m4 U- K
  3. os.mount(p2, '/data')
复制代码

+ D  p2 T8 f% ?: S# A1 F7 `9 L1 w* i' B& e7 I
) ^, _' G/ J0 g- F

来 boot.py挂载数据分区。


5 M( X" S2 b! y* Y6 P. u  M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
    ! W1 l; A9 G6 y7 L
  2. p = esp32.Partition.find(esp32.Partition.TYPE_DATA, label='foo')
    ; W0 [$ I1 l+ P+ W: L% |: G2 j$ I
  3. os.mount(p, '/foo')
复制代码

$ M' P  ~! l0 ~3 X  U5 U  S) r6 X0 v6 y5 l' ]
* }& }" I9 X% J* g' \3 e1 i
4 f7 E$ K8 ^: S8 \8 b9 T* s

, X1 Z3 f" }+ ?0 a" W/ N6 ]) `' l, w2 y) @

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