RT-Thread v4.1.0中FAL介绍

在 V4.1.0 中，将 fal 软件包重新定义为 RT-Thread 内部组件。

在使用方式上和以前有这些区别：原本使用 fal 需要在 RT-Thread 的包管理器中选择并进行下载；现在只需要在组件中打开使用即可。以下做详细介绍。

1、FAL介绍

FAL (Flash Abstraction Layer) Flash 抽象层，是对 Flash 及基于 Flash 的分区进行管理、操作的抽象层，对上层统一了 Flash 及 分区操作的 API (框架图如下所示)，并具有以下特性：

• 支持静态可配置的分区表，并可关联多个 Flash 设备；

• 分区表支持 自动装载 。避免在多固件项目，分区表被多次定义的问题；

• 代码精简，对操作系统 无依赖 ，可运行于裸机平台，比如对资源有一定要求的 Bootloader；

• 统一的操作接口。保证了文件系统、OTA、NVM（例如：EasyFlash） 等对 Flash 有一定依赖的组件，底层 Flash 驱动的可重用性；

• 自带基于 Finsh/MSH 的测试命令，可以通过 Shell 按字节寻址的方式操作（读写擦） Flash 或分区，方便开发者进行调试、测试；

1.1、打开 FAL

在组件中打开使用：

每个功能的配置说明如下：

• 开启调试日志输出（默认开启）；

• 分区表是否在 fal_cfg.h 中定义（默认开启）。如果关闭此选项，fal 将会自动去指定 Flash 的指定位置去检索并装载分区表，具体配置详见下面两个选项；

• 存放分区表的 Flash 设备；

• 分区表的 结束地址 位于 Flash 设备上的偏移。fal 将从此地址开始往回进行检索分区表，直接读取到 Flash 顶部。如果不确定分区表具体位置，这里也可以配置为 Flash 的结束地址，fal 将会检索整个 Flash，检索时间可能会增加。

• 启用 FAL 针对 SFUD 的移植文件（默认关闭）；

• 应输入调用 rt_sfud_flash_probe 函数时传入的 FLASH 设备名称（也可以通过 list_device 命令查看 Block Device 的名字获取）。该名称与分区表中的 Flash 名称对应，只有正确设置设备名字，才能完成对 FLASH 的读写操作。

1.2、FAL 目录

1.3、FAL API

FAL 相关的 API 如图所示，点击此处查看 API 参数详解。（以下链接请复制至外部浏览器打开）

https://github.com/RT-Thread/rt-thread/blob/master/components/fal/docs/fal_api.md

2、使用 FAL

使用 FAL 的基本步骤如下所示：

1、打开 FAL：从 Env 中打开 fal 组件。

2、FAL 移植：定义 flash 设备、定义 flash 设备表、定义 flash 分区表。以下主要对步骤 2 展开讲解。

3、调用 fal_init() 初始化该库：移植完成后，可在应用层调用，如在 main 函数中调用。

2.1、定义 flash 设备

在定义 Flash 设备表前，需要先定义 Flash 设备。可以是片内 flash, 也可以是片外基于 SFUD 的 spi flash：

• 定义片内 flash 设备可以参考 fal_flash_stm32f2_port.c

• 定义片外 spi flash 设备可以参考 fal_flash_sfud_port.c

定义具体的 Flash 设备对象，用户需要根据自己的 Flash 情况分别实现 init、 read、 write、 erase 这些操作函数：

• static int init(void)：可选 的初始化操作。

• static int read(long offset, uint8_t *buf, size_t size)：读取操作。

• static int write(long offset, const uint8_t *buf, size_t size) ：写入操作。

• static int erase(long offset, size_t size) ：擦除操作。

用户需要根据自己的 Flash 情况分别实现这些操作函数。在文件最底部定义了具体的 Flash 设备对象 ，如下示例定义了 stm32f2 片上 flash：stm32f2_onchip_flash

1conststructfal_flash_devstm32f2_onchip_flash=
2{
3.name="stm32_onchip",
4.addr=0x08000000,
5.len=1024*1024,
6.blk_size=128*1024,
7.ops={init,read,write,erase},
8.write_gran=8
9};

• "stm32_onchip" : Flash 设备的名字。

• 0x08000000: 对 Flash 操作的起始地址。

• 1024*1024：Flash 的总大小（1MB）。

• 128*1024：Flash 块/扇区大小（因为 STM32F2 各块大小不均匀，所以擦除粒度为最大块的大小：128K）。

• {init, read, write, erase} ：Flash 的操作函数。如果没有 init 初始化过程，第一个操作函数位置可以置空。

• 8 : 设置写粒度，单位 bit， 0 表示未生效（默认值为 0 ），该成员是 fal 版本大于 0.4.0 的新增成员。各个 flash 写入粒度不尽相同，可通过该成员进行设置，以下列举几种常见 Flash 写粒度：

• nor flash: 1 bit

• stm32f2/f4: 8 bit

• stm32f1: 32 bit

• stm32l4: 64 bit

2.2、定义 flash 设备表

Flash 设备表定义在 fal_cfg.h 头文件中，定义分区表前需 新建 fal_cfg.h 文件 ，请将该文件统一放在对应 BSP 或工程目录的 port 文件夹下，并将该头文件路径加入到工程。fal_cfg.h 可以参考 示例文件 fal/samples/porting/fal_cfg.h 完成。

设备表示例：

 1/*=====================FlashdeviceConfiguration=========================*/
 2externconststructfal_flash_devstm32f2_onchip_flash;
 3externstructfal_flash_devnor_flash0;
 4
 5/*flashdevicetable*/
 6#defineFAL_FLASH_DEV_TABLE
 7{
 8&stm32f2_onchip_flash,
 9&nor_flash0,
10}

Flash 设备表中，有两个 Flash 对象，一个为 STM32F2 的片内 Flash ，一个为片外的 Nor Flash。

2.3、定义 flash 分区表

分区表也定义在 fal_cfg.h 头文件中。Flash 分区基于 Flash 设备，每个 Flash 设备又可以有 N 个分区，这些分区的集合就是分区表。在配置分区表前，务必保证已定义好 Flash 设备 及 设备表。fal_cfg.h 可以参考 示例文件 fal/samples/porting/fal_cfg.h 完成。

分区表示例：

 1#defineNOR_FLASH_DEV_NAME"norflash0"
 2/*======================PartitionConfiguration==========================*/
 3#ifdefFAL_PART_HAS_TABLE_CFG
 4/*partitiontable*/
 5#defineFAL_PART_TABLE
 6{
 7{FAL_PART_MAGIC_WORD,"bl","stm32_onchip",0,64*1024,0},
 8{FAL_PART_MAGIC_WORD,"app","stm32_onchip",64*1024,704*1024,0},
 9{FAL_PART_MAGIC_WORD,"easyflash",NOR_FLASH_DEV_NAME,0,1024*1024,0},
10{FAL_PART_MAGIC_WORD,"download",NOR_FLASH_DEV_NAME,1024*1024,1024*1024,0},
11}
12#endif/*FAL_PART_HAS_TABLE_CFG*/

上面这个分区表详细描述信息如下：

用户需要修改的分区参数包括：分区名称、关联的 Flash 设备名、偏移地址（相对 Flash 设备内部）、大小，需要注意以下几点：

• 分区名保证 不能重复；

• 关联的 Flash 设备 务必已经在 Flash 设备表中定义好 ，并且 名称一致 ，否则会出现无法找到 Flash 设备的错误；

• 分区的起始地址和大小 不能超过 Flash 设备的地址范围 ，否则会导致包初始化错误；

注意：每个分区定义时，除了填写上面介绍的参数属性外，需在前面增加 FAL_PART_MAGIC_WORD 属性，末尾增加 0 （目前用于保留功能）

3、Finsh/MSH 测试命令

fal 提供了丰富的测试命令，项目只要在 RT-Thread 上开启 Finsh/MSH 功能即可。在做一些基于 Flash 的应用开发、调试时，这些命令会非常实用。它可以准确的写入或者读取指定位置的原始 Flash 数据，快速的验证 Flash 驱动的完整性，甚至可以对 Flash 进行性能测试。

具体功能如下：输入 fal 可以看到完整的命令列表

1msh/>fal
2Usage:
3falprobe[dev_name|part_name]-probeflashdeviceorpartitionbygivenname
4falreadaddrsize-read'size'bytesstartingat'addr'
5falwriteaddrdata1...dataN-writesomebytes'data'startingat'addr'
6faleraseaddrsize-erase'size'bytesstartingat'addr'
7falbench-benchmarktestwithperblocksize
8
9msh/>

3.1、指定待操作的 Flash 设备或 Flash 分区

当第一次使用 fal 命令时，直接输入 fal probe 将会显示分区表信息。可以指定待操作的对象为分区表里的某个分区，或者某个 Flash 设备。

分区或者 Flash 被成功选中后，还将会显示它的一些属性情况。大致效果如下：

 1msh/>falprobe
 2Noflashdeviceorpartitionwasprobed.
 3Usage:falprobe[dev_name|part_name]-probeflashdeviceorpartitionbygivenname.
 4[I/FAL]====================FALpartitiontable====================
 5[I/FAL]|name|flash_dev|offset|length|
 6[I/FAL]-------------------------------------------------------------
 7[I/FAL]|bl|stm32_onchip|0x00000000|0x00010000|
 8[I/FAL]|app|stm32_onchip|0x00010000|0x000b0000|
 9[I/FAL]|ef|norflash0|0x00000000|0x00100000|
10[I/FAL]|download|norflash0|0x00100000|0x00100000|
11[I/FAL]=============================================================
12msh/>
13msh/>falprobedownload
14Probedaflashpartition|download|flash_dev:norflash0|offset:1048576|len:1048576|.
15msh/>
16

3.2、擦除数据

先输入 fal erase ，后面跟着待擦除数据的起始地址以及长度。以下命令为：从 0 地址（相对 Flash 或分区）开始擦除 4096 字节数据

注意：根据 Flash 特性，擦除动作将按扇区对齐进行处理。所以，如果擦除操作地址或长度未按照 Flash 的扇区对齐，将会擦除掉与其关联的整个扇区数据。

1msh/>falerase04096
2Erasedatasuccess.Startfrom0x00000000,sizeis4096.
3msh/>

3.3、写入数据

先输入 fal write ，后面跟着 N 个待写入的数据，并以空格隔开。以下命令为：从地址 8 的位置依次开始写入 1、2、3、4 、 5 这 5 个字节数据

1msh/>falwrite812345
2Writedatasuccess.Startfrom0x00000008,sizeis5.
3Writedata:12345.
4msh/>

3.4、读取数据

先输入 fal read ，后面跟着待读取数据的起始地址以及长度。以下命令为：从 0 地址开始读取 64 字节数据

1msh/>falread064
2Readdatasuccess.Startfrom0x00000000,sizeis64.Thedatais:
3Offset(h)000102030405060708090A0B0C0D0E0F
4[00000000]FFFFFFFFFFFFFFFF0102030405FFFFFF
5[00000010]FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
6[00000020]FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
7[00000030]FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
8
9msh/>

3.5、性能测试

性能测试将会测试 Flash 的擦除、写入及读取速度，同时将会测试写入及读取数据的准确性，保证整个 Flash 或整个分区的 写入与读取 数据的一致性。

先输入 fal bench ，后面跟着待测试 Flash 的扇区大小（请查看对应的 Flash 手册，SPI Nor Flash 一般为 4096）。由于性能测试将会让整个 Flash 或者整个分区的数据丢失，所以命令最后必须跟 yes 。

1msh/>falbench4096yes
2Erasing1048576bytesdata,waiting...
3Erasebenchmarksuccess,totaltime:2.674S.
4Writing1048576bytesdata,waiting...
5Writebenchmarksuccess,totaltime:7.107S.
6Reading1048576bytesdata,waiting...
7Readbenchmarksuccess,totaltime:2.716S.
8msh/>

4、常见应用

• 基于 FAL 分区的 fatfs 文件系统例程

https://github.com/RT-Thread/IoT_Board/tree/master/examples/15_component_fs_flash

• 基于 FAL 分区的 littlefs 文件系统应用笔记

https://www.rt-thread.org/document/site/application-note/components/dfs/an0027-littlefs/

• 基于 FAL 分区的 EasyFlash 移植说明

https://github.com/armink-rtt-pkgs/EasyFlash/tree/master/ports

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原文标题：RT-Thread v4.1.0 特性解析之 FAL 探秘

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审核编辑：汤梓红