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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

. g9 D" L+ K. n  A; 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 /。

- F# j/ q4 z" D& H$ J0 D- Z( Q
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)。


  O  M* w0 z/ I/ O- z; a3 k5 QESP8266

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。


2 _% S* C  u6 h- x8 R+ G- qESP32

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。


1 o" |7 f9 j: ^. ^/ Y
* w! C2 v! G8 ~0 S1 r# c) O7 a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:) h- M6 e; b$ H
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):7 O5 \2 Q: a8 `' V  D* b4 a3 r* z
  3.         self.block_size = block_size+ B; w$ b: N8 h) t: `9 ?
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)( W6 u" D/ y- [* S+ U% l

  5. ) {; q  a6 |3 r2 r: i7 C
  6.     def readblocks(self, block_num, buf):
    4 ~) }4 p% ]0 P. N8 N* t3 ]' d
  7.         for i in range(len(buf)):' z: Q% @7 a; f# K" U; @( K
  8.             buf[i] = self.data[block_num * self.block_size + i]
    - u$ \+ Y5 C2 S! p5 P" L

  9. 7 M5 c& j5 L+ g9 M: {- H( ^3 S2 G& k
  10.     def writeblocks(self, block_num, buf):" K! b# A0 F+ H9 W
  11.         for i in range(len(buf)):
    9 f5 U* B, K& W$ L7 t( D
  12.             self.data[block_num * self.block_size + i] = buf[i]/ o. D; j5 h9 x) a/ b5 X: f' W+ B- Y
  13. ! y( }3 L) l3 x: Z! H# S3 f" E
  14.     def ioctl(self, op, arg):
    ' X, [, H. E+ A3 s
  15.         if op == 4: # get number of blocks1 |( S7 w6 V# j4 T* i+ Z. z' g
  16.             return len(self.data) // self.block_size3 Z0 @4 k) a. A. z- ?
  17.         if op == 5: # get block size
    ) t" ]- y- Z7 G7 D+ C
  18.             return self.block_size
复制代码
$ V7 k: e. J; \7 J! u, {. H

: P5 \, ~& S. S2 @
: Z) o! C) K' P% u

它可以按如下方式使用:

  1. import os
    4 y- {& x/ p* A* ?" V

  2. # [- K6 v* Y6 e" R
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)
      L  u( e' r& k0 L# L7 g
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)$ |2 f7 h) c  H9 o
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码
: G4 R0 S9 g" Z# q6 T
  ?4 o& e. }4 R+ V7 ^
$ ^8 a) W2 u7 v' j1 Y: h, f

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:6 E) l6 p* |) Q! X8 P* D
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):7 M+ C5 n: F- y6 l8 k: Y% P
  3.         self.block_size = block_size
    , I) m% N. e! `! H
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)& s+ y# b  p% x9 H3 F4 \  q
  5. 9 n5 x' Y& p! d
  6.     def readblocks(self, block_num, buf, offset=0):. \- [$ S" R! G" C& P4 s2 Q
  7.         addr = block_num * self.block_size + offset9 Z( K! h" \9 [- `  t
  8.         for i in range(len(buf)):
    ! O. Z+ H5 a0 ~' q% F- `8 o% d0 h+ J: M
  9.             buf[i] = self.data[addr + i]2 Z7 E6 y4 i9 z  D  r% Y& E

  10. 4 H' ?  C3 j" h$ s. n* t
  11.     def writeblocks(self, block_num, buf, offset=None):" {( J! K/ R+ g5 z0 `  }
  12.         if offset is None:
    * p; \6 _& w% d/ _+ [& c. V* V" a" R
  13.             # do erase, then write
    ) s; x1 G3 Y% H" i
  14.             for i in range(len(buf) // self.block_size):" p8 m" |/ c$ A* M7 L' \* l* L
  15.                 self.ioctl(6, block_num + i)
    , d1 t# V; r' }" y
  16.             offset = 08 P5 I( }7 A5 `. X9 b* x
  17.         addr = block_num * self.block_size + offset- W7 [: X# [# q& L9 G! q9 {
  18.         for i in range(len(buf)):
      H3 p) q$ h9 i8 r
  19.             self.data[addr + i] = buf[i]
    1 c( U7 z( \- e% Y& Q
  20. 1 B" S9 Z, @; M# ]( b
  21.     def ioctl(self, op, arg):
    & e) D- H. P- g" U5 F9 ~
  22.         if op == 4: # block count
    5 [" U! E' {: R8 H" H9 J
  23.             return len(self.data) // self.block_size
    , b/ F) B) u% x( ^
  24.         if op == 5: # block size! A1 T. @0 A$ S7 I
  25.             return self.block_size
    & u9 J) q  X% _) l+ T
  26.         if op == 6: # block erase7 E5 h5 t7 n" p  w! {  c
  27.             return 0
复制代码

7 L' n! A" _$ J* l& S" M# I3 ~; f
. y9 K6 c1 r. j6 p- E+ ~& j  t2 c/ e/ i

由于它支持扩展接口,因此可以用于littlefs:

  1. import os
    - ~. z* v" y# U

  2. 0 q9 S) j8 [3 F$ R1 p
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50), r) a- {! Q8 [" W( {4 a
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)
    7 G; l0 v. L$ R# e! K- E1 e2 n
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码
5 ~/ r! q# l/ Q0 b- N

) l# a& Q/ {! L% v/ T5 P  s, P/ V+ R

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:' W1 c* U1 r" d8 w: `, [5 x; X7 T
  2.     f.write('Hello world')' q0 u9 i! n4 S" g6 Q+ q
  3. print(open('/ramdisk/hello.txt').read())
复制代码

0 g; x* p* w9 o% c* e/ Q3 d' {2 W: B" O2 h  m& B
( n1 W1 l" g1 }& z) z: x% D  t1 K

. S0 x; @8 a! P2 ~

* z. B2 x0 z" i9 m. A! \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。


& }8 @* w: P5 z/ S( p$ AFAT

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' p2 J* ]$ r+ ]) n% v7 O
  2. import os
    7 q' C, v$ [& t, V7 D- X% I" X% Q1 k
  3. os.umount('/')
    6 f! f' @, I/ m6 w+ j3 Z
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)$ v: B: m5 K+ e8 y
  5. os.mount(bdev, '/'); G$ B: x( G. Z6 @
  6. " y; Z$ g9 g# }1 w
  7. # STM329 i$ |) H* O4 p7 x
  8. import os, pyb5 Z; i! [  j! y! y
  9. os.umount('/flash')
    ! f3 a4 v, Y+ |/ G7 r
  10. os.VfsFat.mkfs(pyb.Flash(start=0))6 z$ F9 Z( |4 S
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')0 X; A. N3 y$ L! I' w
  12. os.chdir('/flash')
复制代码
. Y4 |0 B% `3 _; M4 l
& u5 U- a3 F6 c8 h& t9 m* n

6 ~8 }7 p8 c1 @  ]3 R) o; x8 h, c3 ^8 Y  m9 z, ?0 x! v9 ?9 C! V( E% O1 V
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.


' T, t0 r1 O( q1 q- x8 F

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$ Q5 d& i4 U! W, r
  2. import os  D, z3 v' }, ~5 M6 t& C
  3. os.umount('/')
    5 i% o' n6 l* R; e
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)
    9 A* y7 b: A& P+ ^2 T/ |
  5. os.mount(bdev, '/')
    ' c( y/ p* S& X: k
  6. ; a1 c- Z3 @3 \' w0 }- ^& X6 f
  7. # STM32
    : `, f$ e9 y' o
  8. import os, pyb
    9 R& \) b  F7 b) Y! D1 T
  9. os.umount('/flash')
    5 g. Y5 O3 V  Z) P. C) {
  10. os.VfsLfs2.mkfs(pyb.Flash(start=0))
    ) e- A: f1 I7 _) S
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')6 t( M# r" p9 K. P% ~$ D" p
  12. os.chdir('/flash')
复制代码

$ u  s. b; W: w+ n2 y- m9 @8 q) T/ v: H# E

9 g1 r! ~7 E/ e: B( p. B; o& Z+ J3 Y- M  y2 Q% m
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
    3 Y$ |, H9 n0 W
  2. os.umount('/flash')/ n$ x$ m! U! U
  3. p1 = pyb.Flash(start=0, len=256*1024)
    ) q8 Q' N% y% W$ ?; y/ @
  4. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)7 s, z$ t* x8 V* m" C) B
  5. os.VfsFat.mkfs(p1)3 ^9 S8 I  s  O% `% f0 I
  6. os.VfsLfs2.mkfs(p2)
    : _  a0 m: l- F* \- c1 F
  7. os.mount(p1, '/flash')0 v  V& ^1 J, P% j
  8. os.mount(p2, '/data'), i$ K, {! ^' s: K! H# T
  9. os.chdir('/flash')
复制代码
$ B8 [' C. U# Y7 ]# X, |

7 _5 W1 `" H) W, G" P8 g  b9 h
% U& U% Y5 s# p4 y% s) @6 k; w

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
    6 q: g  ]8 p  q+ o
  2. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)9 s& ]+ F( ~! H9 d" ^+ l: C
  3. os.mount(p2, '/data')
复制代码

2 e* w1 r) B$ b* ^; H! h
! F: ?2 Z  e# v# T' R3 x& w) T. l9 m4 A+ _. ^2 }9 c+ A

来 boot.py挂载数据分区。


" ?$ s' d* X7 w, Y2 j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- `" c( _* V6 k0 l' ?/ r" h7 R
  2. p = esp32.Partition.find(esp32.Partition.TYPE_DATA, label='foo')
    + l6 X; y4 E  e4 [. e
  3. os.mount(p, '/foo')
复制代码

% Q2 H" a( Z/ L+ x8 K- {% F. Q% _  M+ c( K* h9 t1 _$ @

! E; i, J$ k5 b- d1 ]
% |3 f- m+ e! J0 _( l8 s- `8 ~

8 ]" ?* j: `- g+ J; e. V# k8 e& G5 e, i: o( O( {" u! M( m

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