《ESP32-P4开发指南— V1.0》第七章分区表管理与使用

正点原子运营 · 发表于 4 天前

第七章分区表管理与使用

1）实验平台：正点原子DNESP32P4开发板

2）章节摘自【正点原子】ESP32-P4开发指南— V1.0

3）购买链接：https://detail.tmall.com/item.htm?id=873309579825

4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boards/esp32/ATK-DNESP32P4.html

5）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890

6）正点原子DNESP32S3开发板技术交流群：132780729

在ESP32中，分区表是定义Flash存储区域的关键组成部分。它决定了应用程序、数据存储和OTA更新等如何在芯片内部分配和管理，从而影响到整个应用的性能和功能。
本章将分为如下几个小节：
7.1 分区表概述
7.2 分区表API函数

7.1 分区表概述
在ESP32开发中，分区表（Partition Table）是一个关键的系统组件，用于定义芯片上Flash存储器的分配方式。通过分区表，可以指定Flash存储的不同区域分别用来存放应用程序、文件系统、OTA更新数据等。简单来讲，分区表用于告诉ESP32设备如何划分其内部的Flash存储区域。每个分区都有特定的用途，例如：
1）factory分区：存储应用程序固件。
2）ota分区：用于存储空中下载（OTA）更新的固件。
3）nvs分区：用于存储非易失性存的数据，常用于保存配置信息。
4）spiffs/fat分区：文件系统分区，用于存储用户数据。
5）phy_init分区：专门用于存储Wi-Fi和蓝牙物理层初始化数据的区域
6）自定义分区：用于存储用户的数据。
接下来，笔者将重点讲解分区表的格式及分区表条目结构。通过化整为零的方式，我们将逐步了解分区表的各个组成部分，深入剖析每个元素的作用和意义。

7.1.1 分区表的格式
ESP32的分区表通常使用两种格式来定义存储空间的布局：
1）csv格式：开发人员使用的格式，方便更改和配置各个分区的偏移地址和大小。它是易于阅读和修改的文本文件。
2）bin格式：用于烧录到设备的二进制文件。在编译过程中，系统会将CSV格式的分区表转换为bin格式，供烧录工具使用。
在编写程序时，开发人员可以通过修改 .csv 文件来定义各个子分区，如应用程序代码、OTA更新、SPIFFS文件系统等的存储区域。当项目编译时，CSV格式会自动转化为BIN文件，并在烧录设备时使用。下面我们来看一下本书籍提供的例程示例分区表，如下内容所示。

图7.1.1.1 书籍示例的分区表

上图中，分区的大小和偏移决定了每个分区在闪存中的位置和空间分配，以下是各个子分区的描述内容：
1，nvs分区：用于存储非易失性存储数据，通常用于保存设备的配置参数。它从地址0x9000开始，占用24KB的空间。这部分存储器为设备提供了一个可以在断电后仍然保存数据的区域。
2，phy_init分区：用于存储物理层初始化数据，主要用于Wi-Fi或蓝牙的硬件配置。该分区从地址0xF000开始，占用4KB的存储空间。
3，factory分区：是设备默认的应用程序存储区，它从地址0x10000开始，占用1MB的空间。设备上电后，会从这个分区加载并运行主要的程序代码。
4，vfs分区：用于FAT文件系统存储，适合用于文件操作或存储大容量数据。它从地址0x200000 开始，占用10MB的空间，通常用于挂载外部存储设备，如SD卡。
5，storage分区：用于SPIFFS文件系统，适合存储小型文件或嵌入式应用中的配置数据。该分区从地址0xC00000开始，占用4MB的空间。
为了帮助读者更好地理解分区表，以下将以图形化的形式进行描述，如下图所示。

图7.1.1.2 16MB Flash划分区域示意图

从上图可知。用户可根据需求调整分区的大小和偏移位置，但笔者建议尽量不要修改启动区域和分区表烧入区域，保持默认设置。这有助于避免潜在的启动问题和系统不兼容情况，从而确保系统的稳定性和正常运行。值得注意的是：Factory /OTA等程序存储分区视为加密分区，用户不可随意修改。
综上所述，分区表是用户为系统准备的Flash区域划分目录，系统从地址0x8000读取分区表信息，以了解区域的范围、大小及各自的功能和作用。

7.1.2 分区表条目结构
分区表中的每个条目都由以下几个部分组成：
1，Name：分区的名称，用于标识该分区的具体用途。
2，Type：分区的类型，主要分为 app（应用程序）和 data（数据）。
3，SubType：分区的子类型，用于进一步说明数据的用途，例如 nvs（非易失性存储）、phy（物理初始化数据）、fat（FAT文件系统）和 spiffs（SPIFFS文件系统）。
4，Offset：分区在闪存中的起始地址，通常以十六进制表示。
根据这些关键字段，系统能够精确定位每个分区并执行相应操作。例如，系统通过Name字段识别分区的用途；通过Type和SubType进一步明确数据的类型和处理方式；Offset则帮助系统找到分区在闪存中的起始位置和大小。这些信息使系统能够准确地进行读写、擦除等操作，从而确保分区操作的可靠性和有效性。
根据乐鑫ESP-IDF编程指南所示，分区表的长度为0xC00字节，最多可容纳95条分区表条目，也就是说每个条目占用32字节（3072 （0xC00十进制数值）÷ 95 = 32）。接下来，我们来看一下在ESP-IDF（SDK）程序中如何定义分区表结构体，以下是相关代码：

/**
* @brief ESP32 分区结构体
*/
typedef struct
{
esp_flash_t* flash_chip; /* 指向所使用的 Flash 芯片的指针 */
esp_partition_type_t type; /* 分区的类型 */
esp_partition_subtype_t subtype; /* 分区的子类型 */
uint32_t address; /* 分区在闪存中的起始地址 */
uint32_t size; /* 分区的大小 */
uint32_t erase_size; /* 分区的擦除大小 */
char label[17]; /* 分区的标签，最多可包含16个字符（末尾包含终止符）*/
bool encrypted; /* 是否启用加密 */
bool readonly; /* 是否为只读分区 */
} esp_partition_t;

复制代码

很多人认为，通过调用sizeof(esp_partition_t)可以获取分区表条目的大小，其实并不完全正确。因为每个分区表条目由Name、Type、SubType和Offset组成，上述结构体成员变量仅部分描述了这一结构。下面笔者将基于分区表条目的组成，对esp_partition_t结构体进行一次缩减，代码如下：

/**
* @brief ESP32 分区结构体
*/
typedef struct
{
esp_partition_type_t type; /* 分区的类型 */
esp_partition_subtype_t subtype; /* 分区的子类型 */
uint32_t address; /* 分区在闪存中的起始地址 */
char label[17]; /* 分区的标签，最多可包含16个字符（末尾包含终止符） */
} esp_partition_t;

复制代码

这样我们就可以得到描述每个条目的结构体，然后使用sizeof(reduced_esp_partition_t)来获取分区表条目的大小。经过系统计算，最终得出的大小接近32字节。这确认了每个条目的存储结构符合预期。
注意：为确保分区表的完整性，系统在分区表末尾附加了MD5校验和（根据分区表内容计算，可在设备启动阶段用于验证分区表的完整性），以便在运行时进行验证。整个分区表占据一个完整的Flash扇区，大小为0x1000（4KB）。因此，紧随分区表之后的任何分区，其起始地址必须位于默认偏移地址 + 0x1000处，以避免与分区表区域重叠。这种设计确保了分区表与其他数据区域的安全隔离，并有助于系统在启动时正确加载各个分区。
若读者想关闭MD5校验和操作，则可以在Menuconfig菜单配置下失能MDK5校验和，如下图所示。

图7.1.2.1 Menuconfig菜单下失能MDK5校验和

在上图中，取消勾选红色框中的选项即可关闭MD5校验和。

7.2 分区表API函数
esp_partition组件是ESP-IDF中用于管理ESP32及其系列芯片上Flash分区的关键组件。它提供了一组高层次的API函数，允许开发者方便地访问和操作定义在分区表中的各个分区。这些高层次的API函数为开发者提供了简洁易用的接口，以进行读取、写入、擦除分区内容等操作。这些分区表API函数可以在components/esp_partition/include/esp_partition.h路径下找到。

1，根据一个或多个参数查找第一个分区esp_partition_find_first
该函数是用于根据一个或多个参数查找第一个分区，该函数原型如下所示：

const esp_partition_t *esp_partition_find_first(esp_partition_type_t type,
esp_partition_subtype_t subtype,
const char *label)

复制代码

函数形参：

表7.2.1 esp_partition_find函数函数描述

返回值：
句柄：指向 esp_partition_t 结构体的指针。
NULL：未找到分区。

2，从分区中读取数据esp_partition_read
该函数是用于从分区中读取数据，该函数原型如下所示：

esp_err_t esp_partition_read( const esp_partition_t* partition,
size_t src_offset, void* dst, size_t size)

复制代码

函数形参：

表7.2.2 esp_partition_read函数函数描述

返回值：
ESP_OK：读取成功。
ESP_ERR_INVALID_ARG：超过分区大小。
ESP_ERR_INVALID_SIZE：读取会超出分区边界。

3，将数据写入分区esp_partition_write
该函数是用于将数据写入分区，该函数原型如下所示：

esp_err_t esp_partition_write( const esp_partition_t* partition,
size_t dst_offset, void* src, size_t size)

复制代码

函数形参：

表7.2.3 esp_partition_write函数函数描述

返回值：
ESP_OK：如果数据写入成功。
ESP_ERR_INVALID_ARG：如果 dst_offset 超出了分区大小。
ESP_ERR_INVALID_SIZE：如果写入范围超出了分区边界。
ESP_ERR_NOT_ALLOWED：如果分区为只读。

4，擦除分区的一部分区域esp_partition_erase_range
该函数是用于擦除分区的一部分，该函数原型如下所示：

esp_err_t esp_partition_erase_range(const esp_partition_t *partition,
size_t offset, size_t size)

复制代码

函数形参：

表7.2.4 esp_partition_erase_range函数函数描述

返回值：
ESP_OK：如果范围擦除成功。
ESP_ERR_INVALID_ARG：如果传入的参数无效（如 iterator 或 dst 为 NULL）。
ESP_ERR_INVALID_SIZE：如果擦除范围超出了分区边界。
ESP_ERR_NOT_ALLOWED：如果分区为只读。
上述列举的函数是访问和操作分区表时常用的API函数。若需进一步了解或学习其他剩余的分区表API函数，可查阅esp_partition.h头文件。如果读者想了解这些函数的使用方法，可以查看本书提供的示例28_chinese_display下的fonts.c文件，笔者使用这些函数将GBK字库更新至storage分区，并完成了汉字显示实验。

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