ESP8266學習筆記（2）——Flash讀寫
一、儲存晶片W25Q系列
w25q 系列生產的加工的商家很多，但是裡面的分佈和命名規則都是一樣的。比如華邦的w25q64，spi通訊介面，64就是指 64Mbit 也就是 8M 的容量。而我們平時的8266-12f的 32Mbit 就是 4M 容量。
以 w25q32 為例，裡面的儲存分佈。w25q32把4M容量分為了 64 塊，每一塊又分為 16 個扇區，而每個扇區佔 4K 大小。
由此可計算到，w25q32有 32Mbit / 8 * 1024 / 16 / 4 = 64 塊 ，有 64 * 16 = 1024 個扇區。
注：1B=8 Bit ，1KB＝1024B ，1MB＝1024KB
二、ESP8266記憶體分佈
• 程式區：程式碼編譯生成的 bin 檔案，燒錄到 Flash 佔用的區域，請勿改寫；
• 系統引數區： esp_iot_sdk 中底層用於存放系統引數的區域，請勿改寫；
• 使用者引數區：上層應用程式儲存使用者引數的區域。開發者請根據實際使用的 Flash size 設定，可以參考文件“2A-ESP8266__IOT_SDK_User_Manual” 中的 “Flash Map” 文章。
2.1 Non-FOTA
2.2 FOTA
更多圖檢視：
三、Flash讀寫介面
3.1 spi_flash_erase_sector
3.2 spi_flash_write
注意：
• Flash 請先擦再寫。
• Flash 讀寫必須 4 位元組對齊。
示例程式碼：
#define N 0x7C
uint32 data[M];
spi_flash_erase_sector (N);
spi_flash_write (N*4*1024, data, M*4);3.3 spi_flash_read
3.4 system_param_save_with_protect
3.5 system_param_load
四、Flash讀防寫
4.1 Espressif Flash讀防寫示例
4.1.1 實現原理
Espressif Flash 讀防寫示例，使用三個 sector（扇區）實現（每 sector 4KB），提供 4KB 的可 靠儲存空間。 將 sector 1 和 sector 2 作為資料 sector，輪流讀寫，始終分別存放“本次”資料和“前一次”資料， 確保了至少有一份資料儲存安全； sector 3 作為 flag sector，標誌最新的資料儲存 sector。
保護機制如下：
1. 初始上電時，資料儲存在 sector 2 中，從 sector 2 中將資料讀到 RAM。
2. 第一次寫資料時，將資料寫入 sector 1。 此時若突然掉電， sector 1寫入失敗， sector 2 & 3資料未改變；重新上電時，仍是從 sector 2 中 讀取資料，不影響使用。
3. 改寫 sector 3，將標誌置為 0，表示資料存於 sector 1。 此時若突然掉電， sector 3 寫入失敗， sector 1 & 2 均存有一份完整資料；重新上電時，因 sector 3 無有效 flag，預設從 sector 2 中讀取資料，則仍能正常使用，只是未能包含掉電前對 sector 1 寫入的資料。
4. 再一次寫資料時，先從 sector 3 讀取 flag，若 flag 為0，則上次資料存於 sector 1，此次應將資料寫入 sector 2；若 flag 為非 0，則認為上次資料存於 sector 2，此次應將資料寫入 sector 1。 此時若寫資料出錯，請參考步驟 2、 3的說明，同理。
5. 寫入 sector 1（或 sector 2）完成後，才會寫 sector 3，重置 flag。
注意： 只有資料扇區（sector 1或 sector 2）寫完之後，才會寫 flag sector（sector 3），這樣即使 flag sector 寫入出錯，兩個資料扇區都已存有完整資料內容，目前預設會讀取 sector 2。
4.1.2 軟體示例
在 IOT_Demo 中，使用 0x3C000 開始的 4 個 sector（每 sector 4KB），作為使用者引數儲存區。 其中 0x3D000、 0x3E000、 0x3F000 這 3 個 sector 實現了讀防寫的功能，並存儲了應用級引數 esp_platform_saved_param。
圖中“有讀防寫的儲存區”， IOT_Demo 中建議呼叫 system_param_load 和 system_param_save_with_protect 進行讀寫。
system_param_load - 讀 Flash 使用者引數區資料
system_param_save_with_protect - 寫 Flash 使用者引數區資料
引數 struct esp_platform_saved_param 定義了目前樂鑫儲存於 Flash 的使用者應用級資料，使用者只需將自己要儲存的資料新增到結構體 struct esp_platform_saved_param 後面，呼叫上述兩個函 數進行 Flash 讀寫即可。
4.2 Flash讀防寫參考一
用法： “輪流寫入”+“首部記數”+“尾部校驗”
佔用空間： 2 個 sector，共計 8KB；提供 4KB 的帶資料保護儲存空間。
原理：
仍然採用兩個資料 sector 輪流寫入來做備份資料保護，只是不再專門設立 flag sector。 記一個 counter，寫入資料 sector 的首部，每次寫入時計數加一，用記數比較來判別下一次應寫入哪個 sector；在資料尾部加入校驗碼（CRC、 checksum 等任一種校驗方式），用以驗證資料的完整性。
(1) 假設初次上電，資料儲存在 sector A， sector A 的記數為初始值 0xFF，從 sector A 將資料讀入 RAM。
(2) 第一次資料寫入 sector B，則在 sector B 首部資訊中記錄 counter 為 1，尾部加入校驗碼。
(3) 再次寫入資料時，先分別讀取 sector A/B 的 counter 值進行比較，此次應當將資料寫入 sector A， sector A 首部記錄 counter 為 2，尾部加入校驗碼。
(4) 若發生突然掉電，當前正在寫入的 sector 資料丟失，重新上電時，先比較 sector A/B 的 counter 值，讀取 counter 值較⼤的完整 sector，根據 sector 尾部的校驗碼進行校驗，當前 sector 資料是否可靠，若校驗通過，則繼續執行；若校驗失敗，則讀取另一個 sector 的資料，校驗，並執行。
4.2 Flash讀防寫參考二
用法： “備份扇區”+“尾部校驗”
佔用空間： 2 個 sector，共計 8KB；提供 4KB 的帶資料保護儲存空間。
原理：
始終往 sector A 讀寫資料，每次寫入時，同樣寫一遍 sector B 作為 sector A 的備份扇區，每個 sector 尾部均加入校驗碼（CRC、 checksum等任一種校驗方式）。
(1) 從 sector A 讀取資料，並進行校驗。
(2) 資料寫入 sector A，尾部為校驗碼。
(3) sector A 寫入完成後，同樣的資料也寫入 sector B 進行備份。
(4) 若發生突然掉電，當前正在寫入的 sector 資料丟失，重新上電時，先從 sector A 讀取資料，根 據尾部的校驗碼進行校驗， sector A 資料是否可靠，若校驗通過，則繼續執行；若校驗失敗，則讀取 sector B 的資料，校驗，並執行。
• 由 Leung 寫於 2018 年 9 月 14 日
• 參考：《ESP8266 Flash 讀寫說明》《ESP8266 Non-OS SDK IoT_Demo 指南》《ESP8266 Non-OS SDK API 參考》