#import "../PageTemplate.typ": i, jb

ซีพียู โดย ESP32 เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์แบบ System-on-a-Chip (SoC)
ที่มีการรวมส่วนประกอบทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการประมวลผลและการสื่อสารไร้สายไว้ในชิปเดียว
ที่มีคุณสมบัติเด่นด้านการเชื่อมต่อ Wi-Fi และ Bluetooth ในตัว เป็นชิปไมโครคอนโทรลเลอร์แบบ 32 บิต
ที่มีความสามารถสูง พัฒนาและผลิตโดย บริษัท Espressif Systems จากประเทศจีน
ส่วนประกอบหลักของบอร์ด ESP32

#i ESP32 คือ ไมโครคอนโทรลเลอร์ราคาประหยัดและประหยัดพลังงานที่ผสานรวมความสามารถทั้ง Wi-Fi
และ Bluetooth ชิปเหล่านี้มีตัวเลือกการประมวลผลที่หลากหลาย รวมถึง ไมโครโปรเซสเซอร์#jb
Tensilica Xtensa LX6 ที่มีทั้งแบบดูอัลคอร์และแบบซิงเกิลคอร์ โปรเซสเซอร์ดูอัลคอร์ Xtensa LX7 หรือ
ไมโครโปรเซสเซอร์ RISC-V แบบซิงเกิลคอร์ นอกจากนี้ ESP32
ยังมีส่วนประกอบที่จำเป็นสำหรับการสื่อสารข้อมูลไร้สาย เช่น สวิตช์เสาอากาศในตัว บาลัน RF
เครื่องขยายสัญญาณ ตัวรับสัญญาณเสียงรบกวนต่ำ ตัวกรอง และโมดูลจัดการพลังงาน

#i โดยทั่วไป ESP32 จะถูกฝังอยู่บนแผงวงจรพิมพ์เฉพาะอุปกรณ์ หรือนำเสนอเป็นส่วนหนึ่งของชุดพัฒนาที่มี
พินและขั้วต่อ GPIO หลากหลายรูป แบบ โดยมีการกำหนดค่าแตกต่างกันไปตามรุ่นและผู้ผลิต ESP32
ออกแบบโดย Espressif Systems และผลิตโดย TSMC โดยใช้กระบวนการ 40
นาโนเมตรเป็นรุ่นต่อยอดจากไมโครคอนโทรลเลอร์ ESP8266

#i นับตั้งแต่เปิดตัว ESP32 รุ่นดั้งเดิม มีการเปิดตัวและประกาศรุ่นต่างๆ มากมาย
พวกมันรวมกันเป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล ESP32 ชิปเหล่านี้มี CPU และความสามารถที่แตกต่างกัน
แต่ทั้งหมดใช้ SDK เดียวกันและส่วนใหญ่เข้ากันได้กับโค้ด นอกจากนี้ ESP32 รุ่นดั้งเดิมยังได้รับการปรับปรุง
และส่วนประกอบหลักของบอร์ด ESP32 คือ ไมโครโปรเซสเซอร์ LX6 32 บิตแบบคอร์เดี่ยว/คู่ Xtensa
รองรับหน่วยจุดลอยตัวความแม่นยำเดี่ยว (FPU) ไวไฟ: 802.11b/g/n บลูทูธ: v4.2 BR/EDR และ BLE
(แชร์วิทยุกับ Wi-Fi) GPIO จำนวน 34 ตัว ADC SAR #math.equation(
  $2 times 12$,
  alt: "2 คูณ 12",
) บิต สูงสุด 18 ช่องและ #math.equation($2 times 8$, alt: "2 คูณ 8") บิต DAC

== ตารางพาร์ทิชัน (Partition Table)

#i ตารางพาร์ทิชันคือสิ่งที่กำหนดการจัดการรูปแบบหน่วยความจำแฟลชและข้อมูลต่าง ๆ
จะถูกเก็บไว้ในแต่ละพาร์ทิชัน
โดยผู้พัฒนาสามารถใช้รูปแบบตารางพาร์ทิชันที่ถูกกำหนดมาไว้แล้วหรือสามารถกำหนดรูปแบบตารางพาร์ทิชันเองก็ได้

#i โดยตารางพาร์ทัชันที่ถูกใช้ในโครงงานนี้มีรูปแบบดังนี้

#let partition-table = csv("PartitionTable.csv")

#table(
  columns: 6,
  table.header([Name], [Type], [SubType], [Offset], [Size], [Flags]),
  ..partition-table.flatten().slice(6),
)

ซึ่งคือตารางค่าเริ่มต้นของ ESP32 ใน Arduino platform
อย่างไรก็ตามมีการเปลี่ยนแปลงระบบเก็บไฟล์จาก SPIFFS เป็น LittleFS โดยที่:

+ *Name:* ชื่อของพาร์ทิชัน ห้ามซ้ำกัน ชื่อนั้นไม่สำคัญต่อระบบและต้องขนาดไม่เกิน 16 ตัวอักษร
  (ไม่มีอักขระพิเศษ)
+ *Type:* ประเภทของพาร์ทัชัน สามารถเป็น `data` หรือ `app` ได้
  - `app` คือพาร์ทิชันที่ใช้ในการเก็บแอพลิเคชัน
  - `data` คือพาร์ทิชันที่ใช้ในการเก็บข้อมูลทั่วไป
+ *SubType:* ประเภทย่อย ระบุการใช้งานของพาร์ทิชัน `app` และ `data`
  - `data`
    - `ota`: พาร์ทัชันเก็บข้อมูล OTA (สำหรับการอัพเดททางอากาศ, Over-the-air update)
      โดยหากไม่ใช้งาน OTA สามารถนำออกได้ โดยขนาดของพาร์ทิชันนี้ควรจะมีขนาดที่แน่นอนอยู่ที่ 8 KiB
      (0x2000 ไบต์)
    - `nvs`: พาร์ทิชันเก็บข้อมูลทั่วไปเช่น ข้อมูล Wi-Fi, ข้อมูลการสอบเทียบ PHY ของอุปกรณ์,
      และข้อมูลอื่น ๆ ที่ต้องถูกเก็บบนหน่วยความจำถาวร (Non-volatile memory)
      โดยพาร์ทิชันประเภทนี้เหมาะสมสำหรับการเก็บข้อมูลการตั้งค่าเล็กน้อย ใบรองรับคลาวด์ ฯลฯ
      และการใช้งาน NVS อีกอย่างคือการเก็บข้อมูลที่ละเอียดอ่อน เนื่องจาก NVS รองรับการเข้ารหัส
      และเป็นสิ่งที่แนะนำอย่างมากที่จะมีพาร์ทิชัน NVS ขนาดขั้นต่ำ 12 KiB (0x3000 ไบต์)
      และหากจำเป็น คุณสามารถขยายขนาดเพิ่มได้ โดยขนาดที่แนะนำนั้นอยู่ระหว่าง 12 KiB และ 64
      KiB ถึงแม้ว่าคุณจะสามารถขยายให้มันใหญ่กว่านี้ได้ การใช้งานระบบไฟล์เช่น FAT หรือ SPIFFS
      นั้นจะเหมาะสมสำหรับข้อมูลที่ใหญ่กว่า
    - `coredump`: ประเภทพาร์ทิชันย่อยนี้มีหน้าที่ในการเก็บข้อมูล core dump บนหน่วยความจำแฟลช
      โดย core dump
      นั้นคือข้อมูลที่ถูกใช้งานสำหรับการตรวจสอบข้อผิด-พลาดร้ายแรงเช่นการแครชและแพนิค
      โดยฟังก์ชันนี้จะต้องถูกเปิดในการตั้งค่าโปรเจกต์และตั้งที่หมายในการแฟลช
      และพาร์ทิชันนี้มีขนาดที่แนะนำอยู่ที่ 64 KiB (0x10000)
    - `nvs_keys`: พาร์ทิชันที่เป็นประเภทย่อยนี้เก็บคีย์การเข้ารหัสของพาร์ทัชัน NVS
      เมื่อการเข้ารหัสถูกใช้งาน โดยมีขนาดอยู่ที่ 4 KiB (0x1000)
    - `fat`: กำหนดพาร์ทิชันสำหรับระบบไฟล์ FAT โดยที่จะเหมาะสมสำหรับข้อมูลใหญ่ ๆ
      และหากข้อมูลนั้นถูกเปลี่ยนแปลงบ่อย โดยระบบไฟล์ FAT สามารถใช้ฟีเจอร์ wear leveling
      และการเข้ารหัสได้
    - `spiffs`: กำหนดพาร์ทิชันสำหรับระบบไฟล์ SPIFFS เหมาะสำหรับไฟล์ใหญ่เช่นกันและรองรับ
      wear leveling อย่างไรก็ตาม ระบบไฟล์นี้ไม่รองรับการเข้ารหัส
  - `app`
    - `factory`: พาร์ทิชันเก็บแอพลิเคชันเริ่มต้น
      โปรแกรมบูตโหลดเดอร์จะเลือกพาร์ทิชันนี้เป็นแอพลิเคชันเริ่มต้นหากไม่มีพาร์ทิชัน OTA หรือพาร์ทิชัน
      OTA นั้นว่างเปล่า หากมีการใช้พาร์ทิชัน OTA พาร์ทิชัน `ota_0`
      สามารถถูกใช้เป็นแอพลิเคชันเริ่มต้นได้และพาร์ทิชัน `factory` สามารถถูกนำออกได้
    - `ota_0` ถึง `ota_15`: พาร์ทิชัน ota_x นั้นถูกใช้สำหรับอัพเดท OTA โดยฟีเจอร์ OTA
      นั้นจำเป็นต้องใช้พาร์ทิชัน OTA อย่างน้อย 2 พาร์ทิชัน (โดยปกติคือ ota_0 และ ota_1)
      และจำเป็นต้องใช้พาร์ทิชัน ota ด้วยเช่นกันในการเก็บข้อมูลเกี่ยวกับ OTA โดยสามารถมีพาร์ทิชัน
      OTA ได้สูงสุด 16 พาร์ทิชัน แต่ 2 พาร์ทิชันคือจำนวนขั้นต่ำที่ต้องใช้สำหรับฟีเจอร์ OTA แบบเบสิค
    - `test`: ใช้สำหรับการทดสอบในโรงงาน
+ *Offset:* กำหนดพื้นที่ที่พาร์ทิชันนั้น ๆ เริ่มต้น โดย Offset นั้นถูกกำหนดโดยการรวมค่า Offset
  และขนาดของพาร์ทิชันก่อนหน้า \
  *หมายเหตุ:* Offset จะต้องเป็นทวีคูณของ 4 KiB (0x1000)
  และพาร์ทิชันแอพจะต้องจัดตำแหน่งให้มีขนาด 64 KiB (0x10000) โดยหากปล่อยให้ว่าง ค่า Offset
  จะถูกคำนวนโดยอัตโนมัติตามตำแหน่งท้ายของพาร์ทิชันก่อนหน้า รวมถึงการจัดตำแหน่งใด ๆ ที่จำเป็น
  อย่างไรก็ตาม Offset ของพาร์ทิชันแรกนั้นจะต้องเป็น *0x9000* และ *0x10000*
  สำหรับพาร์ทิชันแอพลิเคชันแรก
+ *Size:* ขนาดของพาร์ทิชัน โดยค่านี้สามารถเป็นเลขทศนิยม, ตัวเลข Hex (นำหน้าด้วย `0x`),
  หรือใช้ตัวอักษรต่อท้ายเพื่อบ่งบอกหน่วย K (กิโล) หรือ M (เมกา) เช่น 4096 = 4K = 0x1000
+ *Flags:* ในปัจจุบันคอลัมน์นี้ใช้เพียงแค่เพื่อบ่งบอกว่าพาร์ทิชันนั้น ๆ ถูกเข้ารหัสหรือไม่

== LittleFS
#i LittleFS คือระบบไฟล์ขนาดเล็กที่ปลอดภัยต่อความล้มเหลวที่ออกแบบมาสำหรับ#jb
ไมโครคอนโทรลเลอร์

#show raw: set par(leading: 0.5em)

```
   | | |     .---._____
  .-----.   |          |
--|o    |---| littlefs |
--|     |---|          |
  '-----'   '----------'
   | | |
```

*ความยืดหยุ่นในการป้องกันการสูญเสียพลังงาน* littlefs ออกแบบมาเพื่อรับมือกับปัญหาไฟฟ้าดับแบบสุ่ม
การดำเนินการไฟล์ทั้งหมดมีการรับประกันการคัดลอกข้อมูลเมื่อเขียนข้อมูล (copy-on-write) ที่แข็งแกร่ง
และหากไฟฟ้าดับ ระบบไฟล์จะกลับสู่สถานะปกติล่าสุดที่ทราบ

*การปรับระดับการสึกหรอแบบไดนามิก* littlefs ออกแบบมาเพื่อแฟลชโดยเฉพาะ
และมอบการปรับระดับการสึกหรอบนบล็อกแบบไดนามิก นอกจากนี้ littlefs
ยังสามารถตรวจจับบล็อกเสียและแก้ไขปัญหาได้

*RAM/ROM แบบมีขอบเขต* littlefs ออกแบบมาเพื่อทำงานกับหน่วยความจำขนาดเล็ก การใช้งาน#jb
RAM ถูกจำกัดอย่างเข้มงวด ซึ่งหมายความว่าการใช้ RAM จะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อระบบไฟล์เติบโตขึ้น#jb
ระบบไฟล์ไม่มีการเรียกซ้ำแบบไม่มีขอบเขต
และหน่วยความจำแบบไดนามิกถูกจำกัดให้อยู่ในบัฟเฟอร์ที่กำหนดค่าได้ซึ่งสามารถจัดเตรียมแบบคงที่ได้

== ออกแบบ

#i ในระดับสูง littlefs
เป็นระบบไฟล์แบบบล็อกที่ใช้ไฟล์บันทึกขนาดเล็กในการจัดเก็บข้อมูลเมตาและโครงสร้าง copy-on-write
(COW) ขนาดใหญ่ในการจัดเก็บข้อมูลไฟล์

#i ใน littlefs ส่วนผสมเหล่านี้ก่อตัวเป็นเค้กสองชั้น โดยที่ท่อนไม้ขนาดเล็ก (เรียกว่าคู่เมตาเดตา)#jb
จะให้การอัปเดตเมตาเดตาอย่างรวดเร็วในทุกที่ในที่เก็บข้อมูล ในขณะที่โครงสร้าง COW
จะจัดเก็บข้อมูลไฟล์อย่างกะทัดรัดและไม่มีค่าใช้จ่ายในการขยายการสึกหรอใด ๆ

#i โครงสร้างข้อมูลทั้งสองนี้สร้างขึ้นจากบล็อก ซึ่งถูกป้อนโดยตัวจัดสรรบล็อกร่วม
โดยการจำกัดจำนวนการลบข้อมูลที่อนุญาตบนบล็อกต่อการจัดสรรแต่ละครั้ง
ตัวจัดสรรจะปรับระดับการสึกหรอแบบไดนามิกทั่วทั้งระบบไฟล์

```
 root
                   .--------.--------.
                   | A'| B'|         |
                   |   |   |->       |
                   |   |   |         |
                   '--------'--------'
                .----'   '--------------.
       A       v                 B       v
      .--------.--------.       .--------.--------.
      | C'| D'|         |       | E'|new|         |
      |   |   |->       |       |   | E'|->       |
      |   |   |         |       |   |   |         |
      '--------'--------'       '--------'--------'
      .-'   '--.                  |   '------------------.
     v          v              .-'                        v
.--------.  .--------.        v                       .--------.
|   C    |  |   D    |   .--------.       write       | new E  |
|        |  |        |   |   E    |        ==>        |        |
|        |  |        |   |        |                   |        |
'--------'  '--------'   |        |                   '--------'
                         '--------'                   .-'    |
                         .-'    '-.    .-------------|------'
                        v          v  v              v
                   .--------.  .--------.       .--------.
                   |   F    |  |   G    |       | new F  |
                   |        |  |        |       |        |
                   |        |  |        |       |        |
                   '--------'  '--------'       '--------'
```