基于FatFS的水动力试验数据存储系统设计丁力，宋志平，徐萌萌，陶灿辉（中国船舶重工集团第七O二研究所，江苏无锡214082）摘要:针对在水动力实验研究中数据量集中、数量多的需求，提出了一种基于FatFS文件系统的SD卡存储系统设计。该系统以ST公司的STM32F103为核心，通过SDIO接口实现大量数据文件存储。详细讲解了系统的USB模块、RTC模块等硬件设计之后，探讨了在系统上移植FatFS文件系统的要点，并在SD卡上实现了FAT文件的读写功能。该系统传输速度块，可靠性强，具有广阔的应用价值。关键词：STM32F103；数据存储；SD卡；FatFS中图分类号：TP316DesignofDataStorageModuleBasedonFatFSSystemforHydrodynamicExperimentsDINGLi,SONGZhiping,XUMengmeng,TAOCanhui(Institute702ofChinaShipIndustryCorporation,Wuxi214082,China)Abstract:AnewdesignofSDmemorysystembasedonFatFSFilesystembasedontheapplicationbackgroundandrequirementofthemassandhugequantityexperimentsdatainwaterdynamicresearch.ThedatastoragesystemchoosesSTM32F103ascorecontrolchipfromSTCorporationandrecordsmassdatafileviaSDIOinterface.ItisintroducedthehardwaredesignincludingUSBmodule,RTCmoduleindetail.ThemainpointofproperlytransplantingFatFSfilesystemispresented.Atlast,itisrealizedFatFSFileSysteminSDmemorysystem.Thememorymodulehasahightransmissionspeedandreliability,soithasalargevalueofapplication.Key:STM32F103;DataStorage;SDCard;FatFS引言在水动力的实验中，通过改变模型外形设计、迎水角度、水流速度等参数观察空化现象对模型的影响。参数变化对应记录一组实验数据，而整个实验过程，共有几十组实验数据需要分别采集、记录；同时，实验中空化产生到溃灭过程最好都能记录下来以供后续研究。因此，对实验中采用的数据采集系统提出了数据量短时集中、文件数量多的要求。本文采用了以SD卡为存储体，采用FAT文件系统记录数据的架构来处理数据[1]。SD卡的核心是NANDFlash，由于体积小、功耗低的优点被广泛应用于各类电子产品中。采用文件系统能够对大容量存储媒介进行高效的管理，并且适合于主流的Windows操作系统。文件系统采用开源的FatFS，实现了使用FAT文件系统的数据存储系统[2]。FatFs是专门为嵌入式系统设计的FAT文件系统模块，它是免费开源的，完全用标准C语言编写，具有良好的硬件平台独立性，可以移植到多种嵌入式处理器上。1系统结构数据存储系统框架如图1所示。该数据存储系统以ST公司的STM32F103为核心控制芯片，与上位机通过串行通信接口发送数据，或者USB接口直接写数据，控制芯片以FAT文件的形式存储在SD卡中。其自带的RTC单元将存储的数据文件以实时的系统时间命名，并在文件内容中也加入时间戳等信息，方便多个文件后期处理[3]。由于实现了文件系统，用户利用USB接口时，该系统被识别为U盘，可以用PC机进行任意的文件读写操作。STM32F103ZETUSB接口RS232接口MicroSDRTC电池图1大容量数据存储系统结构图2硬件结构2.1微控制处理器STM32是意法半导体推出的基于Coretex-M3内核的32位ARM芯片系列，本系统选用了STM32F103ZET6作为主控MCU，这个芯片属于STM32F103系列的高容量芯片，片内Flash容量为512KB，片内SRAM容量为64KB，LQFP144封装，72M主频。具备完整的FSMC总线，26位地址线和16位数据宽度，即支持各种类型的SD接口。2.2SD模块STM32F103ZET6处理器的SDIO单元在AHB外设总线和SD卡设备间提供了操作接口，支持不同的数据总线模式。SD规范协议中定义了对SD卡的两种访问模式：SD模式和SPI模式。SD卡模式允许4线的高速数据传输。SPI模式允许简单的通过SPI接口来和SD卡通信，这种模式同SD卡模式相比就是丧失了速度。在本系统中，采用了SDIO接口来访问SD卡，即SD卡模式。PC10PC11PD2+3.3VPC12GNDPC8PC910kR910kR1010kR710kR8PC10PC11PC8PC9+3.3VDATA21DATA32CMD3VCC4CLK5GND6DATA07DATA18NC9NC10P1MicroSD10kR510kR6PD2PC12+3.3VGNDPC10/SDIO_D2111PC11/SDIO_D3112PD2/SDIO_CMD116PC12/SDIO_CK113PC8/SDIO_D098PC9/SDIO_D199STM32F103_SDIOU2图2MCU和MicroS...
