【esp32】分区表及组件
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esp32,嵌入式
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2696 字
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42 分钟
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1. 分区表

  • ESP32 的 Flash 采用 分区表（Partition Table） 来管理存储空间。
  • 分区表记录了各个 固件、数据存储区、文件系统 的起始地址、大小和类型。
  • ESP32 启动时，会根据分区表找到 合适的固件和数据 进行加载。

1.1 几种默认的分区表类型及组成

选项说明推荐设置
CONFIG_PARTITION_TABLE_SINGLE_APP适用于单应用模式适合不需要 OTA 的应用
CONFIG_PARTITION_TABLE_TWO_OTA适用于 OTA 升级（默认）适合需要 OTA 的应用
CONFIG_PARTITION_TABLE_CUSTOM自定义分区表适合需要特定分区布局的应用
CONFIG_PARTITION_TABLE_OFFSET分区表起始地址（通常 0x8000）默认即可，不建议修改

分区表是一个 CSV 文件，包含如下字段：

# Name,   Type, SubType, Offset,  Size, Flags
nvs,      data, nvs,     0x9000,  0x5000,
otadata,  data, ota,     0xe000,  0x2000,
phy_init, data, phy,     0xf000,  0x1000,
factory,  app,  factory, 0x10000, 1M,
ota_0,    app,  ota_0,   0x110000, 1M,
ota_1,    app,  ota_1,   0x210000, 1M,
spiffs,   data, spiffs,  0x290000, 512K,

主要字段说明：

  • Name（名称）：该分区的名称 CSV
  • Type（类型）：app（固件）、data（数据存储）
  • SubType（子类型）：例如 factory、ota_0、nvs
  • Offset（起始地址）：该分区在 Flash 中的起始位置
  • Size（大小）：该分区的大小（例如 1M）
  • Flags（标志位）：通常为空

1.2 分区表的重要特点

  1. 固件启动机制

ESP32 启动时，会从分区表中查找 otadata，并从 Factory 或 OTA 分区启动固件。

  1. OTA 机制
    • otadata 记录 当前激活的 OTA 分区
    • OTA 更新后，ESP32 重新启动时，会 切换到新的 OTA 分区
  2. NVS 数据存储
    • NVS 分区用于存储 Wi-Fi 配置、设备参数等
    • 使用 esp_partition_read() 可以读取 NVS 分区数据
  3. 文件系统支持
    • ESP32 支持 SPIFFS 和 FAT 文件系统，数据存储在 data 类型的分区中
    • 例如 spiffs 分区用于存储日志或用户数据
  4. 自定义分区
    • 用户可以修改 partitions.csv 文件，自定义分区
    • 例如添加 用户数据 分区，存储私有数据

1.3 如何查找和修改分区表

1.3.1 查看 ESP32 设备的分区表

使用 esptool.py 读取分区表：

esptool.py --chip esp32 read_flash 0x8000 0xC00 partition-table.bin

然后用 hexdump 查看：

hexdump -C partition-table.bin

或者

idf.py partition-table
 
Partition table binary generated. Contents:
*******************************************************************************
# ESP-IDF Partition Table
# Name, Type, SubType, Offset, Size, Flags
nvs,data,nvs,0x9000,24K,
phy_init,data,phy,0xf000,4K,
factory,app,factory,0x10000,1M,
*******************************************************************************
image-20250315203132809

1.3.2 修改 ESP32 分区表

  1. 修改 partitions.csv 文件
  2. 重新编译 ESP-IDF 工程：
idf.py menuconfig
  1. 选择 Partition Table → Custom CSV
  2. 运行：
idf.py flash

不知道为什么，我在 idf.py flash 时无法访问，修改失败……

image-20250315204017625

1.3.3 使用 esp-idf 推荐的分区表

使用 menuconfig，见 2.1.3

1.4 分区表 API 介绍

ESP-IDF 提供了一系列 API 来操作分区表：

API 函数作用
esp_partition_find_first()查找分区
esp_partition_get()获取分区信息
esp_partition_read()读取数据
esp_partition_write()写入数据
esp_partition_erase_range()擦除数据
esp_partition_mmap()映射 Flash 分区到 RAM

1.4.1 查找分区

用于根据类型、子类型或名称查找 Flash 分区。

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

参数说明：

  • type：分区类型（ESP_PARTITION_TYPE_APP 或 ESP_PARTITION_TYPE_DATA）
  • subtype：分区子类型（如 ESP_PARTITION_SUBTYPE_DATA_NVS）
  • label：分区名称（NULL 表示忽略）

返回值：

  • 成功：返回 esp_partition_t 结构体指针
  • 失败：返回 NULL

示例：查找 nvs 分区

const esp_partition_t *nvs_partition = esp_partition_find_first(ESP_PARTITION_TYPE_DATA, ESP_PARTITION_SUBTYPE_DATA_NVS, NULL);
if (nvs_partition) {
    printf("找到 NVS 分区，大小：%d bytes\n", nvs_partition->size);
}

1.4.2 获取所有匹配的分区

esp_partition_iterator_t esp_partition_find(esp_partition_type_t type, esp_partition_subtype_t subtype, const char *label);

作用：

  • 获取多个匹配的分区，需要使用 esp_partition_get 遍历

示例：获取所有 OTA 分区

esp_partition_iterator_t it = esp_partition_find(ESP_PARTITION_TYPE_APP, ESP_PARTITION_SUBTYPE_APP_OTA_MIN, NULL);
while (it != NULL) {
    const esp_partition_t *part = esp_partition_get(it);
    printf("找到 OTA 分区：%s，大小：%d bytes\n", part->label, part->size);
    it = esp_partition_next(it);
}
esp_partition_iterator_release(it);

1.4.3 读取分区数据

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

参数：

  • partition：目标分区
  • src_offset：读取的偏移地址
  • dst：目标缓冲区
  • size：读取数据的大小

示例：读取 NVS 分区前 16 字节

uint8_t buffer[16];
esp_partition_read(nvs_partition, 0, buffer, sizeof(buffer));
printf("读取数据: ");
for (int i = 0; i < sizeof(buffer); i++) {
    printf("%02X ", buffer[i]);
}
printf("\n");

1.4.4 写入分区数据

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

示例：写入数据到 NVS 分区

uint8_t data[16] = {0xA5, 0x5A, 0x3C, 0xC3};  // 示例数据
esp_partition_write(nvs_partition, 0, data, sizeof(data));c
printf("数据已写入 NVS 分区。\n");

注意：

  • Flash 写入前必须擦除，否则写入可能失败。

1.4.5 擦除分区数据

esp_err_t esp_partition_erase_range(const esp_partition_t *partition, size_t start_addr, size_t size);

示例：擦除整个 NVS 分区

esp_partition_erase_range(nvs_partition, 0, nvs_partition->size);
printf("NVS 分区已擦除。\n");

1.4.6 映射分区到 RAM

用于 提高读取效率，将 Flash 映射到 RAM。

esp_err_t esp_partition_mmap(const esp_partition_t *partition, size_t offset, size_t size, spi_flash_mmap_memory_t memory, const void **out_ptr, spi_flash_mmap_handle_t *out_handle);

示例：映射 OTA_0 分区

const esp_partition_t *ota_partition = esp_partition_find_first(ESP_PARTITION_TYPE_APP, ESP_PARTITION_SUBTYPE_APP_OTA_0, NULL);
const void *mapped_addr;
spi_flash_mmap_handle_t handle;
esp_partition_mmap(ota_partition, 0, ota_partition->size, SPI_FLASH_MMAP_DATA, &mapped_addr, &handle);
printf("分区映射到 RAM 地址：%p\n", mapped_addr);

注意：

  • 只能 读取 映射到 RAM 的数据，无法直接写入。
  • 需要调用 spi_flash_munmap(handle); 释放映射。

1.4.7 代码示例：完整分区操作

#include <stdio.h>
#include "esp_system.h"
#include "esp_spi_flash.h"
#include "esp_partition.h"
 
void app_main() {
    // 查找 NVS 分区
    const esp_partition_t *nvs_partition = esp_partition_find_first(ESP_PARTITION_TYPE_DATA, ESP_PARTITION_SUBTYPE_DATA_NVS, NULL);
    if (nvs_partition == NULL) {
        printf("未找到 NVS 分区！\n");
        return;
    }
    printf("找到 NVS 分区，大小：%d bytes\n", nvs_partition->size);
 
    // 擦除分区
    esp_partition_erase_range(nvs_partition, 0, nvs_partition->size);
    printf("NVS 分区已擦除。\n");
 
    // 写入数据
    uint8_t write_data[16] = {0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD};
    esp_partition_write(nvs_partition, 0, write_data, sizeof(write_data));
    printf("数据已写入。\n");
 
    // 读取数据
    uint8_t read_data[16];
    esp_partition_read(nvs_partition, 0, read_data, sizeof(read_data));
 
    printf("读取数据: ");
    for (int i = 0; i < sizeof(read_data); i++) {
        printf("%02X ", read_data[i]);
    }
    printf("\n");
}

2. 组件

对于 ESP32 的个性化组件，它的核心思想就是 模块化封装已经完成的功能，让代码更加清晰、可复用，并方便不同项目使用。

📌 组件化的关键点

1. 逻辑上独立：一个组件通常是一个完整的功能模块，例如 LED 控制、MQTT 通信、传感器驱动 等。 2. 代码组织良好：一个组件通常包含 头文件（.h）、实现文件（.c）、CMakeLists.txt 和可选的 Kconfig。 3. 易于移植：封装好后，只需要 在不同项目里添加组件目录，就能直接使用，而无需修改主程序。 4. 可扩展：可以在 menuconfig 里提供个性化配置，例如 GPIO 引脚、调试选项、通信参数 等。

📌 什么是组件？

  • 源代码（.c / .cpp 文件）
  • 头文件（.h 文件）
  • 组件配置（Kconfig 文件）
  • 组件的 CMake 构建脚本（CMakeLists.txt）

一个 ESP32 工程是由多个组件组成的，组件可以是官方 ESP-IDF 提供的，也可以是自定义的。

📌组件的基本目录结构：

├── my_project/           # 工程根目录
│   ├── CMakeLists.txt    # 工程的 CMake 配置
│   ├── sdkconfig         # 配置文件
│   ├── main/             # 主程序
│   │   ├── CMakeLists.txt
│   │   ├── Kconfig       # 组件的 Kconfig 配置（如果需要）
│   │   ├── main.c
│   ├── components/       # 组件目录
│   │   ├── my_component/ # 自定义组件
│   │   │   ├── CMakeLists.txt
│   │   │   ├── Kconfig
│   │   │   ├── include/  # 头文件
│   │   │   │   ├── my_component.h
│   │   │   ├── my_component.c
│   │   │   ├── README.md
  • components/ 目录用于存放自定义组件，每个组件都是一个独立的模块。
  • include/ 目录存放组件的对外头文件，其他组件可以 #include 这些头文件。
  • src/ 目录存放 C/C++ 源文件。
  • CMakeLists.txt 用于注册组件，使 ESP-IDF 识别并构建组件。
  • Kconfig 文件（可选），用于在 menuconfig 中提供组件的可配置选项。

2.1 自定义组件

2.1.1 创建新组件

idf.py create-component <component name>

此命令将创建一个新的组件，包含构建所需的最基本文件集。使用 -C 选项可指定组件创建目录。

idf.py -C components create-component BlinkLED
image-20250319011013238

2.1.2 组件的文件架构

├── my_project/
│   ├── components/       # 组件目录
│   │   ├── BlinkLED/ # 自定义组件
│   │   │   ├── CMakeLists.txt
│   │   │   ├── Kconfig
│   │   │   ├── include/  # 头文件
│   │   │   │   ├── BlinkLED.h
│   │   │   ├── BlinkLED.c
│   │   │   ├── README.md

其中：

  • led_blink.c：LED 闪烁的具体实现
  • led_blink.h：LED 组件的头文件
  • CMakeLists.txt：组件的 CMake 配置
  • Kconfig：组件的 Kconfig 配置（可选）
  • README.md：组件的 readme 文件（可选）

2.1.3 文件编辑

2.1.3.1 头文件 BlinkLED.h

#ifndef BLINKLED_H
#define BLINKLED_H
 
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
 
#include <stdint.h>
#include "driver/gpio.h"
 
// 通过 Kconfig 选择 LED 端口和闪烁时间
#define GPIO_OUTPUT_PIN  CONFIG_LED_BLINK_GPIO
#define LED_DELAY_MS     CONFIG_LED_BLINK_INTERVAL
 
void setup_gpio(void);
void gpio_LED_level(int led_state);
 
#ifdef __cplusplus
}
#endif
 
#endif // BLINKLED_H

2.1.3.2 源文件 BlinkLED.c

#include <stdio.h>
#include "esp_log.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "BlinkLED.h"
 
// 日志标签
static const char* TAG = "LED_CONTROL";
 
void setup_gpio() {
    // 定义 GPIO 配置结构体
    gpio_config_t io_conf = {
        .pin_bit_mask = (1ULL << GPIO_OUTPUT_PIN), // 选择 GPIO 端口
        .mode = GPIO_MODE_OUTPUT,                  // 设置为输出模式
        .pull_up_en = GPIO_PULLUP_DISABLE,         // 禁用内部上拉电阻
        .pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE,     // 禁用内部下拉电阻
        .intr_type = GPIO_INTR_DISABLE             // 禁用中断
    };
 
    // 应用 GPIO 配置
    gpio_config(&io_conf);
}
 
void gpio_LED_level(int led_state) {
    gpio_set_level(GPIO_OUTPUT_PIN, led_state); // 设置 GPIO 端口的电平
 
    // 记录 LED 状态
    ESP_LOGI(TAG, "LED is %s", led_state ? "ON" : "OFF");
}

2.1.3.3 组件 CMakeLists.txt

在 components/BlinkLED/CMakeLists.txt 中注册组件：

idf_component_register(SRCS "BlinkLED.c"
                    INCLUDE_DIRS "include"
					REQUIRES "driver")

在 idf_component_register 里，REQUIRES 的作用是 声明当前组件的依赖关系，确保编译时会正确引入相关的 ESP-IDF 组件。

解释 REQUIRES "driver"

这表示 当前组件依赖于 driver 组件，也就是说：

  • 在 编译时，ESP-IDF 会自动引入 driver 组件及其头文件和库文件。
  • 在 链接时，ESP-IDF 会确保 driver 组件的代码正确链接进可执行文件。
  • 这样，可以在 BlinkLED.c 里 直接使用 driver 组件的 API，比如 gpio_set_level()、gpio_config() 等，而无需手动指定 driver 组件的路径。

2.1.3.4 组件 Kconfig（可选）

需要 menuconfig 配置 LED 引脚和闪烁间隔，可以在 components/BlinkLED/Kconfig 中添加：

menu "LED Blink Configuration"
 
    config LED_BLINK_ENABLED
        bool "Enable LED Auto Blink"
        default y
        help
            Select whether to enable the LED auto-blinking feature.
 
    config LED_BLINK_GPIO
        int "LED GPIO Pin Number"
        range 0 40
        default 2
        help
            Configure the GPIO pin number where the LED is connected (ESP32 supports 0~40).
 
    config LED_BLINK_INTERVAL
        int "LED Blink Interval (ms)"
        range 100 5000
        default 1000
        help
            Configure the LED blinking interval in milliseconds.
 
endmenu

2.1.3.5 配置 main/CMakeLists.txt

idf_component_register(SRCS "main.c"
                       INCLUDE_DIRS "."
                       REQUIRES BlinkLED)

2.1.3.6 主程序调用 LED 组件

#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "esp_log.h"
#include "BlinkLED.h"
 
void app_main(void) {
    // 调用函数配置 GPIO17 为输出模式
    setup_gpio();
 
    int led_state = 0;  // LED 初始状态（0：灭，1：亮）
 
    // 主循环
    while (1) {
        // 反转 LED 状态
        led_state = !led_state;  // 取反状态
 
		gpio_LED_level(led_state);
 
        // 延时 5 秒
        vTaskDelay(LED_DELAY_MS / portTICK_PERIOD_MS);
    }
}

2.2 组件管理器

  • 安装和更新：可以从 Espressif 组件仓库（components.espressif.com）或 GitHub 下载开源组件。
  • 管理依赖：组件的 idf_component.yml 文件定义了 所需依赖，ESP-IDF 会自动下载它们。
  • 复用代码：减少重复开发，提高代码模块化程度。

2.2.1 组件的安装

2.2.1.1 命令行安装

以 espressif/button 为例：https://components.espressif.com/components/espressif/button

image-20250320012903629
  1. 运行下列指令，将组件添加到工程中。
idf.py add-dependency "espressif/button^4.1.1"
image-20250320013046618
image-20250320013249464
  1. 此时点击构建工程则会自动联网获取组件内容：
image-20250320013912949

2.2.1.2 手动安装

可以从下面两个途径下载组件文件

Espressif 组件仓库 👉 components.espressif.com

  • 这里有 Espressif 官方和社区维护的开源组件。

GitHub 搜索 👉 GitHub

  • 搜索 esp32 component，可以找到大量 ESP32 相关的开源组件。
  1. 直接将 button 文件夹复制到工程组件文件夹中
image-20250320015013328
  1. 在 main/CMakeLists.txt 中注册对应组件（或许不是必须）
idf_component_register(SRCS "main.c"
                       INCLUDE_DIRS "."
                       REQUIRES BlinkLED
                       REQUIRES button)

一般组件名为文件夹名，除非 button/CMakeLists.txt 中有重命名的操作

idf_component_register(SRCS "BlinkLED.c"
                       INCLUDE_DIRS "include"
                       COMPONENT_NAME "led_driver")

2.2.2 联网组件的优点和不足

使用 idf.py add-dependency 可以快速下载并集成组件到工程中，避免手动管理依赖的繁琐操作。然而，该方式依赖网络，必须联网才能下载或更新，在离线环境下可能带来不便。此外，组件无法直接进行个性化修改，一旦文件发生变动，编译时会自动下载官方原版进行覆盖，影响自定义调整。

将联网组件更改为本地组件：

  1. 将文件移动到 component 文件夹中
image-20250320020858322
  1. 修改依赖文件 image-20250320020955612

2.3 组件使用

2.3.1 如何使用组件

  1. 对于 Espressif 组件仓库，查看在线文档或者示例
image-20250321013115617
image-20250321011533938
image-20250321011622771
  1. GitHub 下载开源组件，查看 examples 或者 Readme.md
image-20250321011833288

2.3.2 组件示例

实现 按键控制 LED 的功能，即当用户 按下按键 时，LED 切换开关状态（亮 / 灭）。

#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "esp_log.h"
#include "BlinkLED.h"
#include "iot_button.h"
#include <stdio.h>
#include "esp_pm.h"
#include "esp_sleep.h"
#include "esp_idf_version.h"
#include "button_gpio.h"
 
#define BUTTON_GPIO 0  // 按键 GPIO 号
#define BUTTON_ACTIVE_LEVEL 0
#define LED_DELAY_MS 5000  // LED 状态检查间隔
 
static void button_event_cb(void *arg, void *data) {
    static int led_state = 0;  // LED 初始状态（0：灭，1：亮）
    iot_button_print_event((button_handle_t)arg);
    led_state = !led_state;  // 取反状态
    gpio_LED_level(led_state);
}
 
void app_main(void) {
    // 调用函数配置 GPIO17 为输出模式
    setup_gpio();
 
    // 创建一个按键对象
    button_config_t btn_cfg = {0};
    button_gpio_config_t gpio_cfg = {
        .gpio_num = BUTTON_GPIO,
        .active_level = BUTTON_ACTIVE_LEVEL,
        .enable_power_save = true,
    };
    button_handle_t btn;
    esp_err_t ret = iot_button_new_gpio_device(&btn_cfg, &gpio_cfg, &btn);
    
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE("BUTTON", "Failed to create button device: %s", esp_err_to_name(ret));
        return;
    }
 
    ret = iot_button_register_cb(btn, BUTTON_SINGLE_CLICK, btn, button_event_cb, NULL);
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE("BUTTON", "Failed to register button callback: %s", esp_err_to_name(ret));
        return;
    }
 
    // 主循环（如果不需要轮询，可以去掉）
    while (1) {
        vTaskDelay(LED_DELAY_MS / portTICK_PERIOD_MS);
    }
}
esp32
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