LittleFSは、mbed osの一部としてのARMマイクロコントローラー用のコンパクトで経済的なファイルシステムです。 クイックスタート

2017年12月、ARMはARMマイクロコントローラ用の新しいバージョンのオペレーティングシステム「arm mbed os v.5.7」（2018年1月17日にリリースされたバージョン5.7.3）を導入し、「LittleFileSystem」と呼ばれる統合作成者のファイルシステムまたは単にLittleFS。 本日、この新製品についてお話しすることを提案します。

LittleFSファイルシステムの主な利点は次のとおりです。

• マイクロコントローラーのリソースに対する要求が低い。 コードは再帰呼び出しを使用せず、動的メモリ割り当てなしで動作します。 「LittleFS」では、ドライブに書き込まれるボリュームやドライブ自体のボリュームに関係なく、消費されるRAMの量は常に一定です。
• メディアブロックの再利用を最小限に抑えることができる、メディアの摩耗を平準化するソフトウェアツールの利用可能性（いわゆるウェアレベリング）。
• 停電に対する抵抗。 この機能は、メディアの電源障害に関する定期的な考慮事項であり、データが上書きされずに新しい場所に保存される「コピーオンライト（COW）」のメカニズムを使用します。

システムは、ファイルとディレクトリを操作するためのPOSIX関数のフルセットをサポートします。

ファイルシステムはarm mbed osオペレーティングシステムに統合されていることを思い出させてください。このオペレーティングシステムは、製造元によって積極的に開発およびサポートされています。 したがって、ここではmbed osに少し気を取られており、既にそれを使用したことがある人は次のいくつかの段落をスクロールできます。

オペレーティングシステムはC / C ++で書かれており、OSの主な利点とその主な欠点は、私の意見では（これは逆説的に聞こえても）ハードウェアからの非常に高い抽象化です。

STM32マイクロコントローラーを使用している場合（特に話している）、 HALおよびSPLライブラリーを使用している人（さらに、レジスターを手動で操作した人）は、構成のために作成する必要があるコードの行数を覚えています。ピンPA_5の立ち下がりエッジでの割り込み：ポートのクロッキングを有効にし、特定の出力の動作モードを設定し、実際の割り込みを設定し、割り込みを有効にします-その後、ハンドラーを記述します。

mbed osでは、すべてがはるかに簡単になります。

InterruptIn irq_button1(PA_5); irq_button1.fall(led_blink); 

最初に、割り込みを発生させたい状態を変更することで、割り込みに名前を付けて出力を示しました。 2行目では、ハンドラーに移動する必要があるサイン（信号の立ち下がり 、立ち下がりエッジ）を示し、割り込みハンドラー自体の名前（ led_blink ）を示しました。

高レベルの抽象化は便利ですが、初心者の初心者は現時点でマイクロコントローラーで何が起こっているのかまったく理解していないため、実際には1行のコードで数十の値が数十のレジスターに書き込まれます。 そしてもちろん、これはあまり良くありません。

mbed osを使い始める最も簡単な方法は、 mbed.comポータルにアクセスして開発者として登録することです（電子メールによる確認を伴う基本登録）。 これからは、オンラインコンパイラが利用できるようになります。これは最初に重要な役割を果たします。 要するに、私たちがやろうとしていること：開始として、そしてそれを簡単にするために、 os.mbed.comポータルのリポジトリからmbed osを含む例を取り上げ 、それをIDEのプロジェクトとしてインポートし、理想的には、マイクロコントローラー用。 ところで、OSはマーケティングツールでもあり、その使用のためにARMはいわゆる「 mbed対応 」デバッグボードを推奨しています。一見すると、サイトのカタログのボードのみがmbed osに適しているように見えるかもしれません。 しかし、これはもちろんそうではありません。


右上隅には、作業するデバッグボードを選択するためのボタンがあります（もちろん、カタログ内のボードの1つを購入したと仮定しています）。


ボタンをクリックすると、特定のボードを選択するためのウィンドウが表示されます。 そこには、ウィンドウに大きな緑色のボタンと「 プラットフォームを追加 」があります。


プラットフォームを選択するためのウィンドウが別のブラウザウィンドウで開きます。その中で「 STMicroelectronics 」を選択し、使用するマイクロコントローラと同じマイクロコントローラがインストールされているボードを選択します。 幸運なことに、自家製のデバッグボードにはSTM32F103RBT6マイクロコントローラーとNucleo-F103RBボードがあります。

近い将来、任意のMKに対してarm mbed osを使用してプロジェクトを実装する方法に関する資料を作成する予定です。

セレクターで選択したボードの説明があるページの右側で、「 Mbed Compilerに追加 」ボタンをクリックします。


すぐ下に、例があります。 最小で最も単純な「 Nucleo_blink_led 」を選択します。


開いたウィンドウの右上で、「 コンパイラーにインポート 」ボタンをクリックします。


オンラインコンパイラが開き、プロジェクトのインポートを確認するように求められます。 確認後、左側のプロジェクトツリーにプロジェクトが表示されます。


残っているのは、プロジェクトをデスクトップIDEにインポートすることだけです。 オンラインコンパイラは、 ARM用IAR 、 KEIL uVision 、 CooCox CoIDE 、および他の多くの環境を含む多くのIDEをサポートしています。 「 IAR for ARM v.8.20.1 」 環境を使用していますが 、 mbed osを使用するARMは、7.5以上のIARバージョンを推奨しています。

右側の「プログラムの詳細」ブロックで、「 エクスポート 」ボタンをクリックします。


ポップアップウィンドウの[プログラムのエクスポート]で、コンピューターにインストールされているプラ​​ットフォームと開発環境を選択します。


「 エクスポート 」ボタンをクリックすると、オンラインコンパイラは少し考えて、プロジェクトのアーカイブがブラウザでダウンロードを開始します。 都合の良い場所にパッケージを展開し、開発環境を開き、プロジェクトを開き、メインファイル「main.cpp」で不要なものをすべて削除して、作業を開始します。

ちなみに、プロジェクトをエクスポートする前に、同じ「 プログラムの詳細 」ブロック内のすべてが、ターゲットコントローラーの内蔵フラッシュとRAMのプロジェクト負荷の程度を評価できます。 [ ビルド ]タブを開きます。


これについては、おそらく長引く遠足を終了して、 mbed osのクイックスタートに移り、LittleFSに関する会話に戻ります。

ファイルシステムを正しく機能させるには、ヘッダーファイル“ LittleFileSystem.h ”と、必然的にプロジェクトのメディアのヘッダーファイルを含める必要があります。 私はSDカードで作業することを想定しているので、プロジェクトにファイル「 SDBlockDevice.h 」を含めます。 他のデバイスの中でも、 MBRBlockDevice 、 HeapBlockDevice （物理メディアの存在を必要としないため、トレーニングに非常に便利です）、および他のタイプのデバイスが利用可能です。

 // Block device #include "SDBlockDevice.h" // File system #include "LittleFileSystem.h" 

そのため、 LittleFSと連携するためのスタートアッププロジェクトを構築する際に、一連のアクションを検討することを提案します。 まず、デバイスオブジェクトを作成（およびその出力を初期化）し、ファイルシステムを作成する必要があります。 次に、ファイルシステムをマウントし、メディア上にいくつかのファイルを作成し、ルートディレクトリを開いて、そこに含まれるファイルのリストを読み取ります。

mbed osで実装されたストリームを操作するためのクラス継承ツリーに注目しましょう。


ご覧のとおり、ファイルを操作するために、クラス「 File 」全体を実装しました。 ディレクトリを操作するために、クラス「 Dir 」があります。 それらの説明は、 ファイルとディレクトリのページにあります。

しかし、実際には、1つの興味深いニュアンスが現れました。
クラス「 File 」のオブジェクトを宣言し、 ファイルを作成するように設計されたFileメソッド（FileSystem * fs、const char * path、int flags = O_RDONLY）を使用しようとすると、コンパイラはオブジェクトの認識を拒否しました。


また、ストリームを操作する標準的な方法（ " stdio.h "）を使用してファイルを作成し、 " File "クラスのメソッド（ 読み取りや書き込みなど）を使用してさらに操作しようとすると、オペレーティングシステムはmbed_dieで楽しかった（） 、回復不能なシステムエラーのプロセッサ。

したがって、現時点では、 ARMサポートに手紙を書くことに限定し、 stdioツールを使用してファイルを操作します 。 stdio機能の詳細な説明は、たとえばこのサイトにあります。

だからコード：

 #include "mbed.h" #include <stdio.h> #include <errno.h> // Block device #include "SDBlockDevice.h" // File systems #include "LittleFileSystem.h" SDBlockDevice bdsd(PB_15, PB_14, PB_13, PB_12); // mosi, miso, sclk, cs LittleFileSystem fs("fs"); /******************************************************************************/ // main() runs in its own thread in the OS int main() { printf("--- Mbed OS filesystem example ---\n"); // Try to mount the filesystem printf("Mounting the filesystem... "); fflush(stdout); int err = fs.mount(&bdsd); printf("%s\n", (err ? "Fail :(" : "OK")); if (err) { // Reformat if we can't mount the filesystem // this should only happen on the first boot printf("No filesystem found, formatting... "); fflush(stdout); err = fs.reformat(&bdsd); printf("%s\n", (err ? "Fail :(" : "OK")); if (err) { error("error: %s (%d)\n", strerror(-err), err); } } // Open the LittleFS.txt file FILE *f = fopen("/fs/LittleFS.txt", "r+"); printf("%s\n", (!f ? "Fail :(" : "OK")); if (!f) { // Create the LittleFS file if it doesn't exist printf("No file found, creating a new file... "); fflush(stdout); f = fopen("/fs/LittleFS.txt", "w+"); printf("%s\n", (!f ? "Fail :(" : "OK")); if (!f) { error("error: %s (%d)\n", strerror(errno), -errno); } } printf("\r Closing \"/fs/LittleFS.txt\"... "); fflush(stdout); err = fclose(f); printf("%s\n", (err < 0 ? "Fail :(" : "OK")); if (err < 0) { error("error: %s (%d)\n", strerror(errno), -errno); } // Open the Habrahabr.txt file f = fopen("/fs/Habrahabr.txt", "r+"); printf("%s\n", (!f ? "Fail :(" : "OK")); if (!f) { // Create the LittleFS file if it doesn't exist printf("No file found, creating a new file... "); fflush(stdout); f = fopen("/fs/Habrahabr.txt", "w+"); printf("%s\n", (!f ? "Fail :(" : "OK")); if (!f) { error("error: %s (%d)\n", strerror(errno), -errno); } } printf("\r Closing \"/fs/Habrahabr.txt\"... "); fflush(stdout); err = fclose(f); printf("%s\n", (err < 0 ? "Fail :(" : "OK")); if (err < 0) { error("error: %s (%d)\n", strerror(errno), -errno); } // Display the root directory printf("Opening the root directory... "); fflush(stdout); DIR *d = opendir("/fs/"); printf("%s\n", (!d ? "Fail :(" : "OK")); if (!d) { error("error: %s (%d)\n", strerror(errno), -errno); } printf("root directory:\n"); while (true) { struct dirent *e = readdir(d); if (!e) { break; } printf(" %s\n", e->d_name); } printf("Closing the root directory... "); fflush(stdout); err = closedir(d); printf("%s\n", (err < 0 ? "Fail :(" : "OK")); if (err < 0) { error("error: %s (%d)\n", strerror(errno), -errno); } // Unmounting printf("Unmounting... "); fflush(stdout); err = fs.unmount(); printf("%s\n", (err < 0 ? "Fail :(" : "OK")); if (err < 0) { error("error: %s (%d)\n", strerror(-err), err); } printf("LittleFS tested successfully!\n"); } 

まず、 SDBlockDeviceクラスのオブジェクトを作成します（そして、目的に応じて出力の名前を厳密な順序で渡すことにより、オブジェクトを初期化します： mosi 、 miso 、 sclk 、 cs ）およびLittleFileSystem（fs） 。
次に、すでに「 main 」機能で、ファイルシステムのマウントを試みます（もちろん、新しいSDカードを使用する場合は機能しません）。 メディアをフォーマットし、ファイルシステムを再度マウントします。

次に、ファイル「 LittleFS.txt 」と「 Habrahabr.txt 」を1つずつ開き、それらを見つけずに作成します。 ファイルを開いたら、閉じる必要があります。

ファイルの操作が成功した後、ルートディレクトリの内容を読み取り、入力/出力ターミナルにファイル名を表示します。 ディレクトリを閉じます。

ファイルシステムを解体し、ファイルシステムの検証が成功したことを端末に報告します。

そして、これはデバッガー端末のメッセージのスクリーンショットです。


それで、今日、私たちは「 LittleFileSystem 」と呼ばれるマイクロコントローラ用の非常に近代的なファイルシステムについて、私が思うに有望なことについて話しました。

ファイルとディレクトリを操作する「ネイティブ」手段を使用して（ FileクラスとDirクラスを使用して）問題が解決されたら、この記事の更新をお約束します。
ご清聴ありがとうございました。

更新

マテリアルには、私が思いついたように、事前の調整を行う時間がありませんでした-Fileクラスのメソッドを誤って使用しようとしました。 ファイルを作成（または既存のファイルを開く）するには、 openメソッド（FileSystem * fs、const char * path、int flags = O_RDONLY）を使用する必要があります。 。
その結果、ファイルとディレクトリを操作するためのFileクラスとDirクラスの新しいオブジェクトでコードが補完されます。たとえば、

 File fhandle; Dir dhandle; 

そのため、 mbed os OSに統合されたファイルとディレクトリの助けを借りて作業する全体の例は、いくらか変換されます。 また、ファイルを作成および/または開くという事実に加えて、そこに何かを書いて数えましょう。 これらの目的のために、2つのバッファーを作成します。1つからはファイルに行が書き込まれ、2つ目はファイルの内容を考慮します。

 #define BLOCK_SIZE 16 char block[BLOCK_SIZE] = "tasty cake"; char rblock[BLOCK_SIZE]; 

そのため、SDカードの内容を操作するためのコード（一方、ファイルシステムをマウントおよび分解する方法）。

 /******************************************************************************/ err = fhandle.open(&fs,"testing.txt", (O_RDWR|O_TRUNC)); if (err<0){ printf("No file found, creating a new file...\n"); fflush(stdout); err = fhandle.open(&fs,"testing.txt", (O_RDWR|O_CREAT));} err = fhandle.write(block,10); if (err<0) printf("Writing error!\n"); printf("Written bytes (%d) ones\n", err); fhandle.rewind(); //go to the file beginning err = fhandle.read(rblock,10); if (err<0) printf("Reading error!\n"); printf("Read bytes (%d) ones\n", err); printf("Read from file: %s\n", rblock); err = fhandle.size(); printf("File size (%d) bytes\n", err); printf("Closing file..."); err = fhandle.close(); if (err<0) printf("Closing file failure!\n"); else printf("...OK\n"); /******************************************************************************/ // Display the root directory printf("Opening the root directory... "); fflush(stdout); err = dhandle.open(&fs,"/"); if (err<0) printf("Opening directory error\n"); else printf("OK\n"); printf("root directory:\n"); struct dirent *e = dhandle.readdir(); //Get the directory entry while (true) { err = dhandle.read(e); //Read while != 0 (end) if (!err) { break; } printf(" %s\n", e->d_name); } printf("Closing the root directory... "); fflush(stdout); err = dhandle.close(); if (err<0) printf("Closing directory error\n"); else printf("OK\n"); /******************************************************************************/ 

最初は、 testing.txtファイルを読み取り/書き込み用に開こうとします。 メインパラメータ（ファイルシステムとファイル名）に加えて、「or」ビット操作を使用して結合されたO_RDWRフラグとO_TRUNCフラグを渡すことに注意してください。これは、OSを操作するための規則です。 最初の方法は、書き込み/読み取り用にファイルを作成または開くことを意味し、2番目の方法は、ファイルが存在していても完全に上書きされ、情報で満たされていることを意味します。 フラグの完全なリストは、ヘッダーファイル「 mbed_retarget.h 」で提供されます。

 #define O_RDONLY 0 ///< Open for reading #define O_WRONLY 1 ///< Open for writing #define O_RDWR 2 ///< Open for reading and writing #define O_CREAT 0x0200 ///< Create file if it does not exist #define O_TRUNC 0x0400 ///< Truncate file to zero length #define O_EXCL 0x0800 ///< Fail if file exists #define O_APPEND 0x0008 ///< Set file offset to end of file prior to each write #define O_BINARY 0x8000 ///< Open file in binary mode 

ファイルが正常に開かれた（作成された）場合、 ブロックバッファーに含まれるもの、または最初の10バイトが書き込まれます。 操作の結果は、正常な記録中に書き込まれたバイト数になり、デバッグ中にこの値を端末に表示します。
ファイルからデータを正常に読み取るには、ファイルの先頭に戻る必要があります。これにはfhandle.rewind（）を使用します。 また、読み取られたバイト数をカウントし、その数とファイルサイズ（ fhandle.size（） ）を端末に出力します。
デバッグのプロセスでは、ファイルから1行を読み取るrblockバッファーを調べます。 すべてがOKです：

ファイルに夢中になったので、ファイルシステムのルートディレクトリにあるものを見てみましょう。 ディレクトリを開き、ディレクトリ内のエントリの番号を取得します： dhandle.readdir（） 。 ここで、 dhandle.read（e）が「0」を返すまで、すべてのファイルの名前を読み取ります。ディレクトリにエントリはもうありません。 ファイルの名前を表示し、ディレクトリを閉じます。

デバッグ端末の行に感心します。
みんなに感謝します。