【Zephyr开发实践系列】09_LittleFs文件系统操作

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前言

编写目的

 本文档旨在为开发者介绍Littlef’s文件系统相关配置使用指南。通过本文档，开发者可以了解系统支持的文件系统类型、文件系统的挂载与使用方法、文件操作接口以及文件系统相关的配置选项，帮助开发者在嵌入式环境中高效、安全地使用文件系统功能，实现数据的持久化存储和管理。

术语和缩写词

术语和缩写词	解释
文件系统	用于组织和存储数据的方法，管理文件的创建、读取、写入、删除等操作，提供数据持久化存储能力
littlefs	为闪存设计的轻量级文件系统，具有掉电保护和磨损均衡功能，适用于资源受限的嵌入式设备
fatfs	一种广泛使用的文件系统格式，兼容性好，支持长文件名，适用于SD卡、U盘等可移动存储设备

方案选择

 Zephyr 操作系统支持 fatfs 和 littlefs，因为 SPINAND 存在坏块，而 littlefs 支持坏块管理，所以选择 littlefs 作为外部NAND-Flash文件系统。

一、Littlefs介绍

请参考优秀博客：
Little介绍
单片机移植操作

二、Littlefs搭建步骤

Littlefs系统原函数文件路径：zephyr/subsys/fs/littlefs_fs.c
该文件作用说明：

• LittleFS 文件系统驱动原函数实现
• 双存储后端支持
• 设备树驱动的自动挂载（若设备树启动：autonount属性）
• 内存管理和线程安全
• 通过 SYS_INIT 在系统启动时自动初始化（注册文件系统框架）

1.设备树构建

/ {fstab {compatible = "zephyr,fstab";lfs1: lfs1 {compatible = "zephyr,fstab,littlefs"; //标识符read-size = <1>; // 数据块读取的最小大小，所有读取都将是此值的倍数prog-size = <16>; // 数据块写入的最小大小，所有写入都将是此值的倍数cache-size = <256>; //缓存的大小，必须是 flash page size 的倍数lookahead-size = <32>; //lookahead 缓冲区大小,必须是8的倍数block-cycles = <512>; //用于动态磨损均衡，将数据移动到另一个块之前的擦除次数partition = <&lfs1_partition>; //挂载分区mount-point = "/lfs1"; //挂载点automount; //启用自动挂载（自动：littlefs_fs.c挂载。手动：fs_mount函数挂载）};};
};&flash0 {partitions {compatible = "fixed-partitions";#address-cells = <1>;#size-cells = <1>;/* Use second half of flash for the filesystem. */lfs1_partition: partition@100000 {label = "storage";reg = <0x100000 DT_SIZE_K(1024)>;};};
};

易错点：若重复挂载会返回错误
可使用**fs_statvfs()**检查后再挂载。

2.自动挂载流程（二选一）

2.1设备树启用自动挂载

fstab {compatible = "zephyr,fstab";lfs1: lfs1 {.......automount;  // 启用自动挂载.......};
};

2.2 在 littlefs_fs.c 中，设备树宏会被展开

//匹配设备树：
#define DT_DRV_COMPAT zephyr_fstab_littlefs
// DT_INST_FOREACH_STATUS_OKAY(DEFINE_FS) 展开为：
#define DEFINE_FS(inst) \
static struct fs_littlefs fs_data_0 = { \.cfg = { \.read_size = 1, \.prog_size = 16, \.cache_size = 256, \.lookahead_size = 32, \.read_buffer = read_buffer_0, \.prog_buffer = prog_buffer_0, \.lookahead_buffer = lookahead_buffer_0, \}, \
}; \
struct fs_mount_t z_fsmp_lfs1 = { \.type = FS_LITTLEFS, \.mnt_point = "/lfs1", \.fs_data = &fs_data_0, \.storage_dev = (void *)0, \.flags = FS_MOUNT_FLAG_AUTOMOUNT, \
};

2.3 模块注册初始化

// 文件系统初始化优先级：CONFIG_FILE_SYSTEM_INIT_PRIORITY
// littlefs_fs.c 中的 SYS_INIT 宏
SYS_INIT(littlefs_init, POST_KERNEL, CONFIG_FILE_SYSTEM_INIT_PRIORITY);// 系统启动时自动调用 littlefs_init()

2.4 初始化阶段

2.4.1注册Littlefs文件系统到总文件系统

    // 注册 LittleFS 文件系统驱动int rc = fs_register(FS_LITTLEFS, &littlefs_fs);if (rc != 0) {LOG_ERR("Failed to register LittleFS driver: %d", rc);return rc;}

2.4.2 检查自动挂载标志

if ((mp->flags & FS_MOUNT_FLAG_AUTOMOUNT) != 0) {// 执行自动挂载int rc = fs_mount(mp);if (rc < 0) {LOG_ERR("Automount %s failed: %d", mp->mnt_point, rc);} else {LOG_INF("Automount %s succeeded", mp->mnt_point);}}// 如果没有 automount 标志，直接返回，不执行挂载

2.5 挂载函数调用

int fs_mount(struct fs_mount_t *mp)
{......// 检查是否已经挂载if (mp->fs != NULL) {return -EBUSY;  // 已经挂载}// 调用文件系统特定的挂载函数int rc = fs->mount(mp);if (rc == 0) {// 5. 挂载成功，更新挂载点信息mp->fs = fs;mp->mountp_len = strlen(mp->mnt_point);}.......
}

3.手动挂载流程（二选一）

3.1设备树注释自动挂载

fstab {compatible = "zephyr,fstab";lfs1: lfs1 {.......//automount;  //注释关闭掉.......};
};

3.2 外部声明挂载结构

// 在应用程序中声明外部挂载结构
FS_FSTAB_DECLARE_ENTRY(FS_PARTITION_NODE);
// 展开为：extern struct fs_mount_t z_fsmp_lfs1;

3.3 基础方式挂载

#include <zephyr/fs/fs.h>
#include <zephyr/fs/littlefs.h>void basic_mount_example(void)
{// 1. 获取挂载结构指针struct fs_mount_t *mp = &FS_FSTAB_ENTRY(FS_PARTITION_NODE);// 2. 执行挂载int rc = fs_mount(mp);if (rc < 0) {printk("Mount failed: %d\n", rc);return;}printk("Mount succeeded at %s\n", mp->mnt_point);
}

4. 基础应用

简化版Demo：

/** 最简 LittleFS 测试*/#include <stdio.h>
#include <zephyr/kernel.h>
#include <zephyr/fs/fs.h>
#include <zephyr/fs/littlefs.h>int main(void)
{struct fs_file_t file;char buffer[64];int res;printk("Simple LittleFS Test\n");// 挂载文件系统FS_LITTLEFS_DECLARE_DEFAULT_CONFIG(storage);static struct fs_mount_t lfs_mount = {.type = FS_LITTLEFS,.fs_data = &storage,.storage_dev = (void *)FIXED_PARTITION_ID(storage_partition),.mnt_point = "/lfs",};res = fs_mount(&lfs_mount);if (res != 0) {printk("Mount failed: %d\n", res);return 0;}printk("Mounted successfully\n");// 写入文件fs_file_t_init(&file);res = fs_open(&file, "/lfs/hello.txt", FS_O_CREATE | FS_O_WRITE);if (res == 0) {fs_write(&file, "Hello LittleFS!", 15);fs_close(&file);printk("File written\n");}// 读取文件res = fs_open(&file, "/lfs/hello.txt", FS_O_READ);if (res == 0) {res = fs_read(&file, buffer, sizeof(buffer) - 1);if (res > 0) {buffer[res] = '\0';printk("Read: %s\n", buffer);}fs_close(&file);}// 卸载fs_unmount(&lfs_mount);printk("Test completed\n");return 0;
}

更完善Demo请参考官方Littlefs例程：Littlefs_demo

总结

无论使用自动挂载还是使用手动挂载，Littlefs_Moudle都会在启动阶段进行初始化。手动挂载具有搭配（条件挂载、错误处理、状态检测、性能监控的优势），提供了更大的灵活性和控制力，具体可通过Shell进行测试与体验。