别让文件系统毁了你项目！5款轻量级单片机文件系统，第3个国产方案亮了

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在嵌入式的开发中，单片机常因内存和处理器资源有限而面临存储管理的挑战。

尤其在裸机编程（无操作系统支持）场景下，选择适合的文件系统至关重要。下面来介绍5种适用于单片机的轻量级文件系统，相信很多小伙伴多多少少有接触过。

1、为何单片机需要文件系统？

在数据采集、日志记录或配置存储等场景中，直接操作Flash或EEPROM虽可行，但面临碎片管理、掉电保护、读写效率低等问题。文件系统通过结构化存储，提供文件名管理、空间分配、错误恢复等机制，可以显著提升开发效率和系统可靠性。

2、裸机环境如何选型？

1. RAM和ROM开销需极小
2. 独立于操作系统，仅需底层驱动
3. 防止写入过程中断电导致数据损坏
4. 支持常见存储介质（如SPI Flash、SD卡）

3 五款文件系统项目

1. FatFs

项目地址：http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html

• 特点：支持FAT12/16/32/exFAT格式，代码高度可移植，仅需实现底层磁盘I/O接口。
• 优势：
• 线程安全，适合RTOS集成（但裸机也可独立使用）。
• 提供长文件名、多分区支持。
• 资源占用：完整版约10-20KB ROM，Petit FatFs精简版仅需2KB Flash和几十字节RAM。
• 适用场景：SD卡存储、历史数据记录。

2. LittleFS

项目地址：https://github.com/littlefs-project/littlefs

• 特点：由ARM开发，内置磨损均衡和掉电保护机制，防止数据丢失。
• 优势：
• 动态元数据存储，减少写入次数。
• 目录结构支持，适合复杂文件组织。
• 资源占用：约5-10KB ROM，适合Nor Flash等介质。
• 适用场景：IoT设备固件存储、频繁更新的配置参数。

3. znFAT

项目地址：https://gitee.com/dbembed/znfat

• 特点：专为8/16位单片机设计，高度兼容FAT32。
• 优势：
• 极致精简：RAM占用最低仅800字节，Flash需求约3KB。
• 写入保护机制，避免异常断电数据损坏。
• 适用场景：51、AVR等资源紧缺型MCU，值得学习。

4. SPIFFS

• 特点：基于键值对存储，无传统目录结构，但支持动态文件创建。
• 优势：
• 内存占用低（约1KB RAM），适合小文件频繁读写。
• 自带垃圾回收，减少碎片。
• 局限：文件名长度受限（通常≤32字节）。
• 适用场景：传感器数据缓存、临时日志存储。

5. Petit FatFs

项目地址：http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_p.html

• 特点：FatFs的极简分支，仅保留核心读写功能。
• 优势：
• 代码量极小（约2KB Flash），适合Bootloader等极简场景。
• 支持基础文件操作（创建、读写、删除）。
• 局限：不支持长文件名和多级目录。
• 适用场景：固件升级包管理、单文件配置存储。

4、选型建议

1. 根据MCU的Flash/RAM大小选择，比如STM32F103可选FatFs
2. 存储介质：

• SPI Flash：优先LittleFS（均衡磨损）。
• SD卡：首选FatFs（兼容PC直接读写）。

• 关键数据采用“写入副本+原子替换”策略。
• 启用文件系统的日志功能（如LittleFS）。

• 调整簇大小（如FAT32的4KB对齐），减少碎片。
• 避免频繁小文件写入，采用缓冲区批量操作。