《APM32芯得》系列内容为用户使用APM32系列产品的经验总结，均转载自21ic论坛极海半导体专区，全文未作任何修改，未经原文作者授权禁止转载。
# 01 前言
MCU 组成的系统在实际应用中，经常需要记录系统 LOG 信息，可以是系统不同任务执行情况的 LOG 信息，也可以是内核寄存器等便于维护调试的信息，或者是传感器的信息等。
上述的这些 LOG 信息，如果在能联网的系统中，那么直接传输回服务器即可，但如果是离线的系统，那么就需要一个存储设备来记录这些 LOG 信息。一般有以下几种方式：
- 记录到 Nor Flash 等板载存储器
- 记录到可移动的存储器，比如 U 盘等存储设备
本文提供后一种方式，即数据记录到 U 盘，这种方式方便进行现场维护，但实际应用中，可以结合 Nor Flash 加 U 盘的方式，避免读写 U 盘频率过快导致损坏。以下内容利用 APM32F407xx 的 OTG Host 和 Fatfs 文件系统，加上 RTC 功能来实现数据记录，包括以下功能。
- 按日期自动创建文件夹存放 `LOG.xls` 文件
- 按 1 秒的记录频率往 `LOG.xls` 文件写入带时间戳的数据
- 在 U 盘存储空间使用超过 90%时，删除日期最早的文件夹及 LOG 文件
# 02 外设和组件配置
下面简单介绍一下所用到的外设和组件的配置。
## OTG Host
OTG Host 的配置比较简单，配置为普通 FS 速度和 MSC Class 类即可。
void USB_HostInitalize(void)
{
/* USB host and class init */
USBH_Init(&gUsbHostFS, USBH_SPEED_FS, &USBH_MSC_CLASS, USB_HostUserHandler);
}
U 盘在枚举完成后，需要获取 `LUN` 的信息，以便后续对特定 `LUN` 进行命令和数据读写等操作。
有关 MSC Class 的处理在 `usbh_msc.c/h` 文件中的 `USBH_MSC_CLASS` 结构体句柄，其包含以下处理函数:
- `USBH_MSC_ClassInitHandler`：Class 初始化函数。
- `USBH_MSC_ClassDeInitHandler`：Class 解初始化函数。
- `USBH_MSC_ClassReqHandler`：Class 特定请求处理函数，用于处理 `MASS_STORAGE_RESET`、`GET_MAX_LUN` 等特定请求。
- `USBH_MSC_CoreHandler`：Class 内核处理函数，包括 BOT 命令、SCSI 命令的处理。
- `USBH_MSC_SOFHandler`：SOF 事件处理函数。
/* MSC class handler */
USBH_CLASS_T USBH_MSC_CLASS =
{
"Class MSC",
USBH_CLASS_MSC,
NULL,
USBH_MSC_ClassInitHandler,
USBH_MSC_ClassDeInitHandler,
USBH_MSC_ClassReqHandler,
USBH_MSC_CoreHandler,
USBH_MSC_SOFHandler,
};
下面的 `USBH_MSC_Handler` 状态机由 `USBH_MSC_CoreHandler` 函数调用，包含常见的 BOT 命令、SCSI 命令的处理。
/* USB host MSC state handler function */
USBH_MscStateHandler_T USBH_MSC_Handler[] =
{
USBH_MSC_InitHandler,
USBH_MSC_IdleHandler,
USBH_MSC_InquiryHandler,
USBH_MSC_TestUnitReadyHandler,
USBH_MSC_RequestSenseHandler,
USBH_MSC_ReadCapacityHandler,
USBH_MSC_ErrorUnrecoveredHandler,
USBH_MSC_ReadHandler,
USBH_MSC_WriteHandler,
USBH_MSC_RWRequestSenseHandler,
};
BOT SCSI 命令处理。
OTG Host 部分还需要了解以下 API 函数，因为后续需要应用到 FatFs 文件系统中。
- `USBH_MSC_ReadDevInfo()`：用于获取所枚举成功的 `MSC` 设备信息，比如 `LUN` 逻辑单元是否准备完毕、多媒体设备是否存在、扇区数、block 数等。
- `USBH_MSC_DevStatus()`：获取 `LUN` 是否准备就绪的状态。
- `USBH_MSC_ReadDevWP()`：获取 `LUN` 写保护状态。
- `USBH_MSC_DevRead()`：读取 `LUN` 数据。
- `USBH_MSC_DevWrite()`：往 `LUN` 写入数据。
USBH_STA_T USBH_MSC_ReadDevInfo(USBH_INFO_T* usbInfo, uint8_t lun, USBH_MSC_STORAGE_INFO_T* device);
uint8_t USBH_MSC_DevStatus(USBH_INFO_T* usbInfo, uint8_t lun);
uint8_t USBH_MSC_ReadDevWP(USBH_INFO_T* usbInfo, uint8_t lun);
USBH_STA_T USBH_MSC_DevRead(USBH_INFO_T* usbInfo, uint8_t lun, uint32_t address, \
uint8_t* buffer, uint16_t cnt);
USBH_STA_T USBH_MSC_DevWrite(USBH_INFO_T* usbInfo, uint8_t lun, uint32_t address, \
uint8_t* buffer, uint16_t cnt);
## RTC
APM32F4xx 的 RTC 是一个独立的 BCD 定时计数器，提供完整的日历时钟功能。不像 F1 系列的 RTC 只是个计数器，需要自行设定元年，然后换算日期和时间。RTC 的配置比较简单，配置时钟源为 LSE，24 小时制即可，然后利用 RTC 的备份寄存器来判断是否需要配置日历和时间。
void RTC_CalendarConfig(void)
{
RTC_DateTypeDef Date_Structure;
RTC_TimeTypeDef Time_Structure;
/* Configure the Date */
Date_Structure.Year = 0x23;
Date_Structure.Month = RTC_MONTH_NOVEMBER;
Date_Structure.Date = 0x22;
Date_Structure.WeekDay = RTC_WEEKDAY_MONDAY;
if(DAL_RTC_SetDate(&hrtc,&Date_Structure,RTC_FORMAT_BCD) != DAL_OK)
{
DAL_ErrorHandler();
}
/* Configure the Time */
Time_Structure.Hours = 0x00;
Time_Structure.Minutes = 0x00;
Time_Structure.Seconds = 0x00;
Time_Structure.TimeFormat = RTC_HOURFORMAT12_AM;
Time_Structure.DayLightSaving = RTC_DAYLIGHTSAVING_NONE;
Time_Structure.StoreOperation = RTC_STOREOPERATION_RESET;
if(DAL_RTC_SetTime(&hrtc,&Time_Structure,RTC_FORMAT_BCD) != DAL_OK)
{
DAL_ErrorHandler();
}
DAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc,RTC_BKP_DR0, RTC_BKP_VALUE);
}
## TMR
APM32F4xx 系列的 RTC 没有秒中断，这里我们实现一秒记录一次数据到 U 盘，则开启一个定时为 1 秒的定时器中断来实现。
void DAL_TMR3_Config(void)
{
htmr3.Instance = TMR3;
htmr3.Init.Period = 10000 - 1;
htmr3.Init.Prescaler = 8400 - 1;
htmr3.Init.ClockDivision = 0;
htmr3.Init.CounterMode = TMR_COUNTERMODE_UP;
htmr3.Init.AutoReloadPreload = TMR_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
if(DAL_TMR_Base_Init(&htmr3) != DAL_OK)
{
DAL_ErrorHandler();
}
}
## FatFs
使用 FatFs 文件系统前，要重新实现 `diskio.c` 及配置 `ffconf.h` 文件。
其中在 `diskio.c` 文件中，要利用 OTG Host 章节最后提到的 `MSC Class` 的 API ，重新实现以下函数。
`DSTATUS disk_status()`
`DSTATUS disk_initialize()`
`DRESULT disk_read()`
`DRESULT disk_write()
`DRESULT disk_ioctl()`
另外，简单介绍下后面应用代码中用到的几个 API，详细的使用方法，大家可以参考 FatFs 官方文档。
### f_opendir
该 API 用于打开一个已存在的目录文件夹。
FRESULT f_opendir (
DIR* dp, /* [OUT] Pointer to the directory object structure */
const TCHAR* path /* [IN] Directory name */
);
### f_readdir
该 API 用于读取目录项，后续用于筛选所有的有效目录。
FRESULT f_readdir (
DIR* dp, /* [IN] Directory object */
FILINFO* fno /* [OUT] File information structure */
);
### f_mkdir
该 API 用于创建一个新的目录文件夹。
FRESULT f_mkdir (
const TCHAR* path /* [IN] Directory name */
);
### f_open
该 API 用于打开一个文件。要注意的是参数 `mode flags` 需要使用 `FA_OPEN_ALWAYS`，避免文件内容被覆盖。
FRESULT f_open (
FIL* fp, /* [OUT] Pointer to the file object structure */
const TCHAR* path, /* [IN] File name */
BYTE mode /* [IN] Mode flags */
);
### f_unlink
该 API 用于删除文件或子目录。
FRESULT f_unlink (
const TCHAR* path /* [IN] Object name */
);
### f_close
该 API 用于关闭一个文件。
FRESULT f_close (
FIL* fp /* [IN] Pointer to the file object */
);
### f_lseek
该 API 用于移动被打开的文件对象的文件读或写指针，后面应用时，需要用来将写指针移动到文件末，以添加新的 LOG 信息。
FRESULT f_lseek (
FIL* fp, /* [IN] File object */
FSIZE_t ofs /* [IN] Offset of file read/write pointer to be set */
);
### f_printf
该 API 用于将格式化的字符串写入文件。使用该 API，我们可以方便的将各种数据类型，转换为字符串，再写入文件中。
int f_printf (
FIL* fp, /* [IN] File object */
const TCHAR* fmt, /* [IN] Format stirng */
...
);
### f_getfree
该 API 用于获取 volume 中的剩余空间。使用该 API，我们可以知道 U 盘剩余空间是多少，从而对老旧的 LOG 数据进行处理。
FRESULT f_getfree (
const TCHAR* path, /* [IN] Logical drive number */
DWORD* nclst, /* [OUT] Number of free clusters */
FATFS** fatfs /* [OUT] Corresponding filesystem object */
);
# 03 实现数据记录
## 定义参数结构体
定义 `rtcInfo` 和 `diskInfo` 来记录应用过程中的信息。
/* 记录 RTC 时间信息 */
typedef struct
{
uint16_t year;
uint8_t month;
uint8_t day;
uint8_t hour;
uint8_t minute;
uint8_t second;
} RTC_TIME_INFO_T;
/* 记录 U 盘和文件系统信息 */
typedef struct
{
char dirPath[512];
uint16_t dirNum;
uint32_t totSect;
uint32_t freSect;
double usedPercent;
} DISK_INFO_T;
RTC_TIME_INFO_T rtcInfo;
DISK_INFO_T diskInfo;
## 获取时间参数
在 TMR3 回调函数中获取 RTC 当前时间，并使能数据更新标志。
void RTC_Application(void)
{
char strBuf[50];
RTC_GetCalendar(&rtcInfo.year, &rtcInfo.month, &rtcInfo.day, &rtcInfo.hour, &rtcInfo.minute, &rtcInfo.second);
/* Display time */
sprintf(strBuf, "20%02d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d", rtcInfo.year, rtcInfo.month, rtcInfo.day, rtcInfo.hour, rtcInfo.minute, rtcInfo.second);
DAL_LOGI(tag, "%s", strBuf);
}
void DAL_TMR_PeriodElapsedCallback(TMR_HandleTypeDef *htmr)
{
if(htmr->Instance == TMR3)
{
RTC_Application();
dataUpdate = 1;
}
}
## 记录数据
### 提供日期和时间给 FatFs
FatFs 系统的文件和目录的日期、时间信息由 `get_fattime` 函数提供。该函数为 `__weak` 定义，我们在应用文件中重新实现即可，这里要注意 APM32F4xx 的 RTC 日历的起始年份和 FatFs 的不一致，做好偏移即可。
DWORD get_fattime(void)
{
return (DWORD)(rtcInfo.year + 20) << 25 |
(DWORD)rtcInfo.month << 21 |
(DWORD)rtcInfo.day << 16 |
(DWORD)rtcInfo.hour << 11 |
(DWORD)rtcInfo.minute << 5 |
(DWORD)rtcInfo.second >> 1;
}
### 创建和写数据到 Excel 文件
下面这个函数中，首先创建一个目录，然后创建或打开一个 `.xls` 文件，接着打开文件并用 `f_lseek` 函数移动写指针到文件末，最后用 ` f_printf ` 函数写入格式化后的字符串数据。
void FATFS_WriteXlsFile(FIL* file, const TCHAR *path, char *dir, char *fileName, char* logInfo, char* timeStamp)
{
FRESULT status;
char filePath[32];
char fileDir[20];
/* Write file */
sprintf(fileDir, "%s", dir);
status = f_mkdir(fileDir);
if (status == FR_OK)
{
DAL_LOGI(tag, ">>> Create direction success");
}
/* Open or create file */
sprintf(filePath, "%s%s%c%s.xls", path, fileDir, '/', fileName);
status = f_open(file, filePath, FA_OPEN_ALWAYS | FA_WRITE);
if (status == FR_OK)
{
DAL_LOGI(tag, ">>> Open or create %s %s file success", fileDir, fileName);
/* Move the file pointer to the end */
f_lseek(file, f_size(file));
f_printf(file, "%s + %s + %s\n", fileName, logInfo, timeStamp);
}
else
{
DAL_LOGE(tag, ">>> Open or create file fail, status is %d", status);
}
/* Close file */
f_close(file);
}
### 获取 U 盘剩余空间信息
Volume 的剩余空间，从之前 FatFs 章节中知道，可以用 `f_getfree` 函数来获取 U 盘剩余空间信息，并转换为使用率。
void MSC_Application(void)
{
...
res = f_getfree(USBHPath, &freClust, &fs);
diskInfo.totSect = (fs->n_fatent - 2) * fs->csize;
diskInfo.totSect /= 2;
diskInfo.freSect = freClust * fs->csize;
diskInfo.freSect /= 2;
diskInfo.usedPercent = (1.0 - (double)diskInfo.freSect / diskInfo.totSect) * 100.0;
...
}
### 删除旧文件夹
以下代码，使用 `FATFS_ViewRootDir()` 函数获取目录文件夹信息，并按日期进行排序输出。最后由 `sscanf()` 来找到第一个目录，然后删除目录和文件。
void MSC_Application(void)
{
...
/* Get dir information */
DAL_LOGI(tag, "------> Get dir information");
FATFS_ViewRootDir(&USBHFatFS, USBHPath, diskInfo.dirPath, &diskInfo.dirNum);
DAL_LOGI(tag, ">>> dir path :%s", diskInfo.dirPath);
DAL_LOGI(tag, ">>> dir number :%d", diskInfo.dirNum);
/* Used percent > 90% and dir number > 1 */
if((diskInfo.usedPercent - DISK_SPACE_MAX_PERCENT) > EPS && (diskInfo.dirNum > 1))
{
DAL_LOGW(tag, "<<< Disk space is not enough");
/* Delete first dir */
sscanf(diskInfo.dirPath, "/%8[^/]", delectDirName);
FATFS_DelectDir(USBHPath, delectDirName);
}
...
}
# 04 下载验证
经过之前几节的组件的配置，实现数据记录的 API 函数后，最后下载到 APM32F4xx 开发板看下应用的过程。
从下面 LOG 信息可以看到，插入 U 盘后，从 UART1 输出了 `MSC device is ready` 的 LOG 信息，这表明开发板已完成 U 盘的枚举识别。
同时可以看到 LOG 中带有时间戳信息，证明 RTC 已经开发工作，并按每秒打印一次的频率输出时间戳 LOG 信息。
...
[main] 2023-11-22 00:00:37
[main] 2023-11-22 00:00:38
[main] 2023-11-22 00:00:39
[main] 2023-11-22 00:00:40
USB Device Reset Completed
USB device speed is FS
PID: 0x1234
VID: 0x048D
Endpoint 0 max packet size if 64
USB device address: 1
Manufacturer: USB
Product: Disk 2.0k
SerialNumber: 9207156342331724518
USB device enumration ok
This is a Mass Storage device
Use 2 endpoint:
Endpoint 0x01: max packet size is 64 bytes
Endpoint 0x82: max packet size is 64 bytes
USB device has only one configuration
Set to default configuration
Inquiry Revision :2.00
Inquiry Product :ProductCode
Inquiry Vendor :VendorCo
MSC device is ready
MSC device capacity : 1006390784 bytes
MSC device block number : 1965607
MSC device block size : 512
Class is ready
紧接着，就会进行 LOG 信息的记录，从下面 LOG 可以看到，FatFs 的操作过程。首先在 U 盘加载文件系统，然后创建或打开以 `20231122` 日期命名的文件夹并写入数据。接着获取 U 盘剩余空间，获取目录信息，最后卸载文件系统。
[main] 2023-11-22 00:01:12
[main] ------> Update information
[main] ------> Mount U disk file system
[main] ------> Write xls file
[fatfs] >>> Open or create 20231122 LOG file success
[main] ------> Get volume information
[main] >>> (964657 / 966404) KiB Used 0.18 %
[main] ------> Get dir information
[fatfs] >>> View Directory
[fatfs] >>> 20231122, (0x10)
[fatfs] >>> 20231031, (0x10)
[fatfs] >>> 20231030, (0x10)
[fatfs] >>> 20231101, (0x10)
[fatfs] >>> Sort Directory
[main] >>> dir path :/20231030/20231031/20231101/20231122
[main] >>> dir number :4
[main] ------> Unmount U disk file system
[main] >>> U disk file system unmounted ok
我们打开 U 盘可以看到已经在设定的文件夹中创建了一个命名为 `LOG.xls` 的 Excel 文件。
以 LOG + RTC 时间戳为内容写入到 Excel 文件中。实际应用时记录的信息可以是系统不同任务执行情况，也可以是内核寄存器等便于维护调试的信息，或者是传感器的信息等。
以上，就是用 U 盘记录系统 LOG 信息的一些简单步骤和方法，实际应用中还要考虑更多情况，附件是源码，供大家参考。
# 参考资料
http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html
注：文章作者在原帖中提供了工程文件，有需要请至原文21ic论坛下载
原文地址：https://bbs.21ic.com/icview-3342856-1-1.html
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