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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

+ a- D- b4 s. d* k

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 /。


! I  D4 g( P" z9 g! ]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)。


4 e' q9 x, f3 S: |, 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。

$ F1 R: ^% F3 R2 J  b: z) [3 A
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。


. O9 B7 U  k. f+ [+ d
' w0 o: }; w# X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:
    , F" @5 |8 H/ z6 H# S
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):- y1 l: A- r2 ]4 x6 J7 w2 s
  3.         self.block_size = block_size
    / _0 ~5 N6 T0 @# ^, m& Z: \
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)7 R) Q4 e# q0 O  e
  5. + N+ u$ ^+ e2 ~
  6.     def readblocks(self, block_num, buf):
    0 o+ J. T6 p  S' k. x6 S9 U
  7.         for i in range(len(buf)):
    3 o% v6 q0 R3 \. X4 S- u  U5 ~
  8.             buf[i] = self.data[block_num * self.block_size + i]. o, c8 g! z- q3 Y& [

  9. 6 ]; q' C6 R2 P4 _/ S3 c1 w
  10.     def writeblocks(self, block_num, buf):
    ) B# l$ I4 y* J' F& [
  11.         for i in range(len(buf)):6 t, J# ?1 ]" j) Q
  12.             self.data[block_num * self.block_size + i] = buf[i]
    ; P% l+ ?- h! @$ ], ]. ?6 i9 }, i
  13.   ?1 H  W% [  Q  ]( |
  14.     def ioctl(self, op, arg):
    # M8 {2 k' t  J5 d0 [+ L
  15.         if op == 4: # get number of blocks0 H1 q. \# {  I
  16.             return len(self.data) // self.block_size+ ~, R$ A, O# r  w. A3 R
  17.         if op == 5: # get block size
    . s( r+ `8 S* n8 P6 q! ?! e) R
  18.             return self.block_size
复制代码

% A  \4 K) w) a; u- C/ d' H; y2 Z; A
9 ^5 f" e; ^& _- Z* \7 q
: ?& j/ l4 t$ k* U  t- h

它可以按如下方式使用:

  1. import os
      N; t) _8 I$ b0 ]6 ]  U

  2. - j* A9 _  z# l2 g* E
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)  i* b4 B# @; i" D. q! s" v1 l
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)
    & y  ^! x6 v: g+ p5 U/ A
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码

# u4 O' u0 @4 H( l% p( Q" b
1 @8 I" z9 n$ z- W* i3 S1 w& C7 t4 E9 t4 y  u2 z, N- b- [) E% h

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:4 Q1 r  e/ y- |  E
  2.     def __init__(self, block_size, num_blocks):
    + o: M4 l2 ^" b
  3.         self.block_size = block_size9 N0 \$ _5 E) \1 V; i5 L
  4.         self.data = bytearray(block_size * num_blocks)
    ' r/ O4 z/ f/ [% @# G
  5. ) G' J6 W0 p& Y* F; S
  6.     def readblocks(self, block_num, buf, offset=0):, O  w& x8 X6 L0 C, G% e
  7.         addr = block_num * self.block_size + offset
    + x) g+ [9 M& \- ?8 u% y- r
  8.         for i in range(len(buf)):' [+ I+ t8 s2 ~/ V9 g9 b  u
  9.             buf[i] = self.data[addr + i]) B# v5 Q7 L8 A& o; B" }# C( l

  10. 4 \; E0 h9 X& q1 j" R
  11.     def writeblocks(self, block_num, buf, offset=None):
    0 `5 l8 C3 ^3 k  `2 h
  12.         if offset is None:
    9 p( |3 ^* A9 R0 N2 s
  13.             # do erase, then write5 j4 t5 G, N0 n* D  P, ?
  14.             for i in range(len(buf) // self.block_size):
    ! Z- E, x! ^7 U8 r% S3 ^
  15.                 self.ioctl(6, block_num + i)) h# @! d7 S% J4 O3 q) l0 ^  @5 Y
  16.             offset = 09 N4 S% Q( ?2 w8 T& J
  17.         addr = block_num * self.block_size + offset( l$ D# Q: \7 j4 v/ t4 y7 ~
  18.         for i in range(len(buf)):1 W% D: y1 I) k- x. }
  19.             self.data[addr + i] = buf[i]4 X2 v( L) z- l/ c
  20.   k4 H8 |; L1 c0 I. W$ J* |
  21.     def ioctl(self, op, arg):
    ! v& p- Y& F0 |1 Y7 V; V2 M
  22.         if op == 4: # block count
    9 w! K) d: A% E3 [. S# S9 K
  23.             return len(self.data) // self.block_size
    - g# w# _( G1 n
  24.         if op == 5: # block size% m. j  `& V; P2 J0 G! s
  25.             return self.block_size
    % z" h( K) m  U7 X* I
  26.         if op == 6: # block erase8 A: |8 Y: L9 C+ X
  27.             return 0
复制代码

* L" H& Z. ]  y1 }9 z( D1 a/ @( u/ R: N: B) t! X  X

- s2 v9 h" i8 s, M# ~9 }

由于它支持扩展接口,因此可以用于littlefs:

  1. import os
    & X" h" w) U. I9 c

  2. ) C# I6 f  r5 E: G- \& E6 \
  3. bdev = RAMBlockDev(512, 50)
    * c9 X( K, b9 C/ F8 u
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)( B9 E, M: N( h; B3 o+ n
  5. os.mount(bdev, '/ramdisk')
复制代码

' N" H6 P/ ?5 W; ~% l- ?4 p0 k/ v3 a! e% Z7 G" \' F) z5 N5 C

/ g7 R  G& s* @7 k

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:
    7 U0 R1 d- e$ F* I( N
  2.     f.write('Hello world')
    4 `5 J1 M& q4 F4 W& o
  3. print(open('/ramdisk/hello.txt').read())
复制代码
: ]! h5 S0 F0 N. K* Y7 R

; \/ T$ y  o; A2 {+ E* @, I+ c2 y$ @/ ~- v. j4 T# T

; x! H7 f; A6 Q5 X4 J% D. a3 I
. E7 d& a* n, ~7 \4 w( I) f' Y
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。

' b) D* D5 L" L  v( y) x
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- {# l$ N* ^5 I0 Z
  2. import os8 H' J  A0 B8 `; _, I% L7 l6 L8 {
  3. os.umount('/')9 H1 ^3 z- R5 P9 \6 M0 _
  4. os.VfsFat.mkfs(bdev)) w3 Y$ L# n; t- Q* x/ O
  5. os.mount(bdev, '/')
    8 G; B0 R$ {& j* f' e
  6. 6 p/ E, q: `( ?8 S- g& r
  7. # STM32/ u4 f9 E* p* r0 C
  8. import os, pyb( \. x  d5 @" [5 G
  9. os.umount('/flash')
    * m6 }% E6 j& f
  10. os.VfsFat.mkfs(pyb.Flash(start=0))% K$ C/ Q4 b% O  J0 F# {- l; J
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')
    8 L/ y% {8 \2 ?% d7 b1 I
  12. os.chdir('/flash')
复制代码
- N  P+ T& z9 s

* i9 ]1 o6 [- _; T1 u. f9 g% Y& s% s; F5 u

9 q' s  b) I" xLittlefs

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.

) f% A% g8 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: y4 }3 ]8 v3 X$ }8 E) G
  2. import os7 m. V! K3 W& \8 T) t& A
  3. os.umount('/')& F7 @4 h/ ~9 X$ x; y& S# H
  4. os.VfsLfs2.mkfs(bdev)
    . F* ?( P3 e6 b, q0 S& l( \& c2 H
  5. os.mount(bdev, '/')
    # v7 ?$ l+ B$ ~6 R1 L

  6. 7 ^& R8 e- s5 e  m' X) B
  7. # STM32& {' _% z! a- `1 h2 o2 s9 ]
  8. import os, pyb
    # d( {3 o' R- R0 j  B  [
  9. os.umount('/flash'); @% x$ q) M, }, A9 A5 P0 q( E
  10. os.VfsLfs2.mkfs(pyb.Flash(start=0))3 ?* @! F! c7 o& l
  11. os.mount(pyb.Flash(start=0), '/flash')0 o( E+ }* [' |0 i
  12. os.chdir('/flash')
复制代码
) f5 H. p/ l8 a
! s6 a9 T5 n' |7 i8 k4 U( ^. b
% R8 ~  n/ e3 I/ x' x8 G4 H% \

+ z1 b, \4 o1 U' m+ L( r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
    ) K' W# A9 H. n- a' C
  2. os.umount('/flash')- ?5 Z' S$ x" s* q& g4 z! D% {
  3. p1 = pyb.Flash(start=0, len=256*1024)# y& W4 g7 X; H" d
  4. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)
    / p* e4 W2 r$ x) y
  5. os.VfsFat.mkfs(p1)# A9 G, r; i3 K7 l
  6. os.VfsLfs2.mkfs(p2)' g* Q, [2 \9 a' j
  7. os.mount(p1, '/flash'); l1 v0 g8 x2 \, d$ e
  8. os.mount(p2, '/data')8 i# q, M  I% U" F9 C
  9. os.chdir('/flash')
复制代码

$ G* {4 M5 V/ K7 b6 v
" P, c0 ]# n/ W9 b/ E9 o- E* V9 T. f- e* n+ x$ k5 K- v' l. f

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  ~0 |7 h% G  ~
  2. p2 = pyb.Flash(start=256*1024)% k* x; ^9 \& x
  3. os.mount(p2, '/data')
复制代码

3 {, I, j( P4 S1 ~# F1 h7 r" K: f1 T, s& V& Y- t3 K4 d

( H# w* v5 [% q( M9 x7 B

来 boot.py挂载数据分区。

1 J( N8 v1 |- \; f: H
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
    4 P1 E: H( ~& K7 T2 X
  2. p = esp32.Partition.find(esp32.Partition.TYPE_DATA, label='foo')
    5 q, z8 S' m8 m. N: j# T  W; c' g6 Z
  3. os.mount(p, '/foo')
复制代码
/ G5 W0 H. ^9 V% ]1 c9 x
% a7 b/ W1 `* K' f$ ?
& m# C; x  d9 w8 k
5 [4 E! A9 |7 P5 T- p' O- `

8 F7 W+ s6 o0 I2 T3 i- X9 b# `
8 Y3 s+ _5 e  Q" z

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