#import "../PageTemplate.typ": * ในบริบทของ Internet of Things (IoT) ไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นวิธีการรวบรวมข้อมูล การตรวจจับ และการกระตุ้นโลกทางกายภาพในฐานะอุปกรณ์ปลายทางที่มีราคาประหยัดและเป็นที่นิยม #i ไมโครคอนโทรลเลอร์บางตัวอาจใช้คำแบบสี่บิตและทำงานที่ความถี่ต่ำถึง 4 kHz เพื่อการใช้พลังงานต่ำ (มิลลิวัตต์หรือไมโครวัตต์หลักเดียว) โดยทั่วไปแล้ว ไมโครคอนโทรลเลอร์เหล่านี้สามารถคงการทำงานไว้ได้ในขณะที่รอเหตุการณ์ เช่น การกดปุ่มหรือการขัดจังหวะอื่นๆ การใช้พลังงานขณะอยู่ในโหมดสลีป (โดยที่นาฬิกา CPU และอุปกรณ์ต่อพ่วงส่วนใหญ่ปิดอยู่) อาจอยู่ที่ระดับนาโนวัตต์เท่านั้น#jb ทำให้หลายตัวเหมาะสำหรับแอปพลิเคชันที่ใช้แบตเตอรี่ได้นาน ส่วนไมโครคอนโทรลเลอร์อื่นๆ อาจทำหน้าที่ในบทบาทที่สำคัญต่อประสิทธิภาพ ซึ่งอาจต้องทำงานคล้ายกับตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (Digital Signal Processor; DSP) โดยมีความเร็วสัญญาณนาฬิกาและการใช้พลังงานที่สูงกว่า == ประวัติ #iii ไมโครโปรเซสเซอร์แบบหลายชิปตัวแรก ได้แก่ Four-Phase Systems AL1 ในปี 1969 และ#jb Garrett AiResearch MP944 ในปี 1970 ซึ่งถูกพัฒนาขึ้นโดยใช้ชิป MOS LSI หลายตัว ส่วนไมโครโปรเซสเซอร์แบบชิปเดี่ยวตัวแรกคือ Intel 4004 ซึ่งวางจำหน่ายในปี 1971 โดยใช้ชิป MOS LSI เพียงตัวเดียว พัฒนาโดย Federico Faggin โดยใช้เทคโนโลยี MOS แบบซิลิคอนเกต ร่วมกับวิศวกรของ#jb Intel คือ Marcian Hoff และ Stan Mazor และวิศวกรของ Busicom คือ Masatoshi Shima ต่อมาก็มี Intel 4040 แบบ 4 บิต, Intel 8008 แบบ 8 บิต, และ Intel 8080 แบบ 8 บิต โปรเซสเซอร์เหล่านี้ทั้งหมดต้องการชิปภายนอกหลายตัวเพื่อสร้างระบบที่ใช้งานได้ รวมถึงชิปหน่วยความจำและชิปอินเทอร์เฟซอุปกรณ์ต่อพ่วง ส่งผลให้ต้นทุนของระบบโดยรวมสูงถึงหลายร้อยดอลลาร์สหรัฐ (ในทศวรรษ 1970) ทำให้การนำคอมพิวเตอร์มาใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดเล็กนั้นไม่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจ #iii บริษัท MOS Technology เปิดตัวไมโครโปรเซสเซอร์ราคาต่ำกว่า 100 ดอลลาร์ในปี 1975 ได้แก่รุ่น 6501 และ 6502 จุดประสงค์หลักคือการลดอุปสรรคด้านราคา แต่ไมโครโปรเซสเซอร์เหล่านี้ยังคงต้องการการสนับสนุนจากภายนอก หน่วยความจำ และชิปอุปกรณ์ต่อพ่วง ซึ่งทำให้ต้นทุนรวมของระบบยังคงอยู่ในระดับหลายร้อยดอลลาร์ === การพัฒนา #iiii หนังสือเล่มหนึ่งระบุว่า Gary Boone และ Michael Cochran วิศวกรของบริษัท TI ประสบความสำเร็จในการสร้างไมโครคอนโทรลเลอร์ตัวแรกในปี 1971 ผลงานของพวกเขาคือ TMS 1000 ซึ่งวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ในปี 1974 ไมโครคอนโทรลเลอร์นี้รวมหน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียว หน่วยความจำแบบทั้งอ่านและเขียน โปรเซสเซอร์ และนาฬิกาไว้ในชิปเดียว และมุ่งเป้าไปที่ระบบฝังตัว #iiii ในช่วงต้นถึงกลางทศวรรษ 1970 ผู้ผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของญี่ปุ่นเริ่มผลิตไมโครคอนโทรลเลอร์สำหรับรถยนต์ ซึ่งรวมถึง MCU 4 บิตสำหรับระบบความบันเทิงในรถยนต์ ที่ปัดน้ำฝนอัตโนมัติ ระบบล็อคอิเล็กทรอนิกส์ และแผงหน้าปัด ตลอดจน MCU 8 บิตสำหรับควบคุมเครื่องยนต์ #iiii ส่วนหนึ่งเพื่อตอบสนองต่อการมีอยู่ของชิป TMS 1000 แบบชิปเดี่ยว Intel จึงพัฒนาชิปประมวลผลระบบคอมพิวเตอร์บนชิปที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานด้านการควบคุม นั่นคือ#jb Intel 8048 โดยเริ่มจัดส่งชิ้นส่วนเชิงพาณิชย์ครั้งแรกในปี 1977 ชิปนี้รวม RAM และ ROM ไว้ในชิปเดียวกันกับไมโครโปรเซสเซอร์ ในบรรดาแอปพลิเคชันมากมาย ชิปนี้ได้ถูกนำไปใช้ในแป้นพิมพ์พีซีมากกว่าหนึ่งพันล้านเครื่องในที่สุด ในเวลานั้น Luke J. Valenter ประธานของ Intel กล่าวว่าไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดในประวัติศาสตร์ของบริษัท และเขาได้ขยายงบประมาณของแผนกไมโครคอนโทรลเลอร์เพิ่มขึ้นกว่า 25% #iiii ไมโครคอนโทรลเลอร์ส่วนใหญ่ในเวลานั้นมีหลายรุ่นที่ใช้งานพร้อมกัน รุ่นหนึ่งใช้หน่วยความจำโปรแกรม EPROM โดยมีหน้าต่างควอตซ์โปร่งใสอยู่ที่ฝาปิดของตัวชิปเพื่อให้สามารถลบข้อมูลได้โดยการฉายแสงอัลตราไวโอเลต ชิปที่ลบได้เหล่านี้มักใช้สำหรับการสร้างต้นแบบ อีกรุ่นหนึ่งคือ ROM ที่ตั้งโปรแกรมด้วยมาสก์ หรือ PROM ที่ตั้งโปรแกรมได้เพียงครั้งเดียว สำหรับรุ่นหลัง บางครั้งจะใช้คำว่า#jb OTP ซึ่งย่อมาจาก "one-time programmable" (ตั้งโปรแกรมได้ครั้งเดียว) ในไมโครคอนโทรลเลอร์#jb OTP นั้น PROM มักจะเป็นชนิดเดียวกับ EPROM แต่ตัวชิปไม่มีหน้าต่างควอตซ์ เนื่องจากไม่มีวิธีใดที่จะฉายแสงอัลตราไวโอเลตไปยัง EPROM ได้ จึงไม่สามารถลบข้อมูลได้ เนื่องจากรุ่นที่ลบได้ต้องใช้ตัวชิปเซรามิกที่มีหน้าต่างควอตซ์ จึงมีราคาแพงกว่ารุ่น OTP อย่างมาก ซึ่งสามารถผลิตได้ในตัวชิปพลาสติกทึบแสงที่มีราคาถูกกว่า สำหรับรุ่นที่สามารถลบได้นั้น จำเป็นต้องใช้ควอตซ์แทนกระจกที่มีราคาถูกกว่า#jb เนื่องจากมีความโปร่งใสต่อแสงอัลตราไวโอเลต ซึ่งกระจกส่วนใหญ่ทึบแสง แต่ปัจจัยหลักที่ทำให้ต้นทุนแตกต่างกันคือตัวบรรจุภัณฑ์เซรามิกเอง นอกจากนี้ยังมีการใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์แบบ Piggyback ด้วย #afigure( image("Microcontroller/PIC16CxxxWIN.jpg", height: 2.5in), attr: [Camillo - Own work, CC BY 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=569240], alt: "ไมโครคอนโทรลเลอร์ 4 ชิ้นที่ขนาดต่างกัน แต่มีช่องให้เห็น EPROM ภายใน", caption: "ไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC ต่าง ๆ ที่มี EPROM ภายใน", ) #v(1em) #afigure( image( "Microcontroller/Microcomputer_with_EPROM_(piggyback).jpg", height: 2in, ), attr: [Medvedev - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=33161178], alt: "thing", caption: [ไมโครคอนโทรลเลอร์ Piggyback จาก MOSTEK], ) #iiii ในปี พ.ศ. 2536 การเปิดตัวหน่วยความจำ EEPROM ทำให้ไมโครคอนโทรลเลอร์ (เริ่มต้นด้วย Microchip PIC16C84) สามารถลบข้อมูลด้วยไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องใช้แพ็คเกจราคาแพงอย่างที่จำเป็นสำหรับ EPROM ซึ่งช่วยให้สามารถสร้างต้นแบบได้อย่างรวดเร็วและตั้งโปรแกรมในระบบได้ (เทคโนโลยี EEPROM มีมาก่อนหน้านี้ แต่ EEPROM รุ่นก่อนหน้านี้มีราคาแพงกว่าและทนทานน้อยกว่า ทำให้ไม่เหมาะสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ผลิตจำนวนมากในราคาประหยัด) ในปีเดียวกันนั้น Atmel ได้เปิดตัวไมโครคอนโทรลเลอร์ตัวแรกที่ใช้หน่วยความจำ Flash ซึ่งเป็น EEPROM ชนิดพิเศษ บริษัทอื่น ๆ ก็ได้ดำเนินการตามมาอย่างรวดเร็ว โดยมีทั้งหน่วยความจำทั้งสองประเภท #iiii ปัจจุบันไมโครคอนโทรลเลอร์มีราคาถูกและหาซื้อได้ง่ายสำหรับผู้ที่ชื่นชอบงานอดิเรก โดยมีชุมชนออนไลน์ขนาดใหญ่ที่ให้ความสนใจกับโปรเซสเซอร์บางประเภท === ปริมาณและค่าใช้จ่าย #iiii ในปี 2002 ประมาณ 55% ของ CPU ทั้งหมดที่จำหน่ายในโลกเป็นไมโครคอนโทรลเลอร์และไมโครโปรเซสเซอร์ 8 บิต #iiii มีการขายไมโครคอนโทรลเลอร์ 8 บิตมากกว่าสองพันล้านตัวในปี 1997 และจากข้อมูลของ Semico พบว่าไมโครคอนโทรลเลอร์ 8 บิตมากกว่าสี่พันล้านถูกจำหน่ายในปี 2006 ล่าสุด Semico อ้างว่าตลาด MCU เติบโตขึ้น 36.5% ในปี 2010 และ 12% ในปี 2011 #iiii บ้านทั่วไปในประเทศที่พัฒนาแล้วมีแนวโน้มที่จะมีไมโครโปรเซสเซอร์อเนกประสงค์เพียงสี่ตัว แต่มีไมโครคอนโทรลเลอร์ประมาณสามโหล รถยนต์ระดับกลางทั่วไปมีไมโครคอนโทรลเลอร์ประมาณ 30 ตัว นอกจากนี้ยังสามารถพบได้ในอุปกรณ์ไฟฟ้าหลายชนิด เช่น เครื่องซักผ้า เตาไมโครเวฟ และโทรศัพท์ #iiii ต้นทุนในการผลิตอาจต่ำกว่า 0.10 เหรียญสหรัฐต่อหน่วย #iiii ค่าใช้จ่ายลดลงเมื่อเวลาผ่านไป โดยไมโครคอนโทรลเลอร์ 8 บิตที่ถูกที่สุดมีจำหน่ายในราคาต่ำกว่า 0.03 ดอลลาร์สหรัฐฯ ในปี 2018 และไมโครคอนโทรลเลอร์ 32 บิตบางรุ่นมีราคาประมาณ 1 ดอลลาร์สหรัฐฯ สำหรับปริมาณที่ใกล้เคียงกัน #iiii ในปี 2012 หลังเกิดวิกฤติทั่วโลก ยอดขายลดลงและการฟื้นตัวต่อปีที่เลวร้ายที่สุดเท่าที่เคยมีมา และราคาขายเฉลี่ยเมื่อเทียบเป็นรายปีลดลง 17% ซึ่งถือเป็นการลดลงครั้งใหญ่ที่สุดนับตั้งแต่ทศวรรษ 1980 ราคาเฉลี่ยสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์อยู่ที่ 0.88 เหรียญสหรัฐฯ (0.69 เหรียญสหรัฐฯ สำหรับ 4/8 บิต, 0.59 เหรียญสหรัฐฯ สำหรับ 16 บิต, 1.76 เหรียญสหรัฐฯ สำหรับ 32 บิต) #iiii ในปี 2012 ยอดขายไมโครคอนโทรลเลอร์ 8 บิตทั่วโลกมีมูลค่าประมาณ 4 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ ในขณะที่ไมโครคอนโทรลเลอร์ 4 บิตก็มียอดขายที่สำคัญเช่นกัน #iiii ในปี 2015 ไมโครคอนโทรลเลอร์ 8 บิตสามารถซื้อได้ในราคา 0.311 ดอลลาร์สหรัฐฯ#jb (1,000 หน่วย) 16 บิตราคา 0.385 ดอลลาร์สหรัฐฯ (1,000 หน่วย) และ 32 บิตในราคา 0.378 ดอลลาร์สหรัฐฯ (1,000 หน่วย แต่อยู่ที่ 0.35 ดอลลาร์สหรัฐฯ สำหรับ 5,000) #iiii ในปี 2018 ไมโครคอนโทรลเลอร์ 8 บิตสามารถซื้อได้ในราคา 0.03 ดอลลาร์สหรัฐฯ#jb 16 บิตในราคา 0.393 ดอลลาร์สหรัฐฯ (1,000 หน่วย แต่ราคา 0.563 ดอลลาร์สหรัฐฯ สำหรับ 100 หน่วยหรือ 0.349 ดอลลาร์สหรัฐฯ สำหรับม้วนเต็ม 2,000 หน่วย) และ 32 บิตในราคา 0.503 ดอลลาร์#jb สหรัฐฯ (1,000 หน่วย แต่ที่ 0.466 ดอลลาร์สหรัฐสำหรับ 5,000 หน่วย) #iiii ในปี 2018 ไมโครคอนโทรลเลอร์ราคาถูกที่สูงกว่าปี 2015 ทั้งหมดมีราคาแพงกว่า (โดยคำนวณอัตราเงินเฟ้อระหว่างราคาปี 2018 ถึง 2015 สำหรับหน่วยเฉพาะเหล่านั้น) โดยไมโครคอนโทรลเลอร์ 8 บิตสามารถซื้อได้ในราคา 0.319 ดอลลาร์สหรัฐฯ (1,000 หน่วย) หรือสูงกว่า 2.6% #iiii ไมโครคอนโทรลเลอร์ 16 บิตมีราคา 0.464 ดอลลาร์สหรัฐฯ (1,000 หน่วย) หรือ 21% สูงกว่า #iiii แบบ 32 บิตในราคา 0.503 ดอลลาร์สหรัฐฯ (1,000 หน่วย แต่อยู่ที่ 0.466 ดอลลาร์สหรัฐฯ สำหรับ 5,000) หรือสูงกว่า 33% === คอมพิวเตอร์ที่เล็กที่สุด #iiii เมื่อวันที่ 21 มิถุนายน 2018 มหาวิทยาลัยมิชิแกนได้ประกาศ "คอมพิวเตอร์ที่เล็กที่สุดในโลก" อุปกรณ์ดังกล่าวเป็น "ระบบเซ็นเซอร์ไร้สายและไร้แบตเตอรี่ขนาด 0.04 ลบ.มม. 16 nW พร้อมด้วยโปรเซสเซอร์ Cortex-M0+ ในตัวและการสื่อสารแบบออปติกสำหรับการวัดอุณหภูมิของเซลล์"#jb "วัดด้านข้างเพียง 0.3 มม. ประมาณขนาดเมล็ดข้าว [...] นอกเหนือจาก RAM และเซลล์แสงอาทิตย์แล้ว#jb อุปกรณ์ คอมพิวเตอร์รุ่นใหม่ยังมีโปรเซสเซอร์และเครื่องส่งและตัวรับสัญญาณไร้สาย เนื่องจากมีขนาดเล็กเกินไปที่จะมีเสาอากาศวิทยุแบบธรรมดา อุปกรณ์จึงรับและส่งข้อมูลด้วยแสงที่มองเห็นได้ สถานีฐานให้แสงสำหรับพลังงานและการเขียนโปรแกรม และรับข้อมูล" อุปกรณ์นี้มีขนาด 1/10 ของขนาดที่ IBM อ้างสิทธิ์ก่อนหน้านี้ คอมพิวเตอร์ที่มีขนาดเป็นสถิติโลกเมื่อหลายเดือนก่อนในเดือนมีนาคม 2018 ซึ่ง#jb "เล็กกว่าเม็ดเกลือ" มีทรานซิสเตอร์หนึ่งล้านตัว ต้นทุนการผลิตน้อยกว่า 0.10 ดอลลาร์ และเมื่อรวมกับเทคโนโลยีบล็อกเชนแล้ว มีไว้สำหรับการขนส่งและ "จุดยึดเข้ารหัสลับ" ซึ่งเป็นแอปพลิเคชันลายนิ้วมือดิจิทัล == ประเภท #iii ณ ปี 2008 มีผู้ขายและสถาปัตยกรรมไมโครคอนโทรลเลอร์จำนวนมาก รวมไปถึง:#jb #block(inset: (left: 5.5em))[ + หน่วยประมวลผล ARM core โดยเฉพาะคอร์ประเภท ARM Cortex-M + Microchip Technology Atmel AVR (8 บิต), AVR32 (32 บิต), และ AT91SAM (32 บิต) + คอร์ M8C ของ Cypress Semiconductor's ที่ถูกใช้ใน Cypress PSoC ของพวกเขา + Freescale ColdFire (32 บิต) และ S08 (8 บิต) + Freescale 68HC11 (8 บิต) และอื่น ๆ ที่มีรากฐานมาจากครอบครัว Motorola 6800 + Intel 8051, ซึ่งนอกจาก Intel ก็ถูกผลิตโดย NXP Semiconductors, Infineon, และอื่น ๆ หลายรายการ + Infineon: 8 บิต XC800, 16 บิต XE166, 32 บิต XMC4000 (ARM based Cortex M4F), 32 บิต TriCore, และ 32 บิต Aurix Tricore Bit microcontrollers + Maxim Integrated MAX32600, MAX32620, MAX32625, MAX32630, MAX32650, MAX32640 + MIPS + Microchip Technology PIC, (8 บิต PIC16, PIC18, 16 บิต dsPIC33 / PIC24), (32 บิต PIC32) + NXP Semiconductors LPC1000, LPC2000, LPC3000, LPC4000 (32 บิต), LPC900, LPC700 (8 บิต) + Parallax Propeller + PowerPC ISE + Rabbit 2000 (8 บิต) + Renesas Electronics: RL78 16 บิต MCU; RX 32 บิต MCU; SuperH; V850 32 บิต MCU; H8; R8C 16 บิต MCU + Silicon Laboratories ไมโครคอนโทรลเลอร์ Pipelined 8 บิต 8051 และไมโครคอนโทรลเลอร์แบบ ARM-based 32 บิต สัญญาณผสม + STMicroelectronics STM8 (8 บิต), ST10 (16 บิต), STM32 (32 บิต), SPC5 (automotive 32 บิต) + Texas Instruments TI MSP430 (16 บิต), MSP432 (32 บิต), C2000 (32 บิต) + Toshiba TLCS-870 (8 บิต/16 บิต) ] #iiii และยังมีอีกมากมาย โดยบางอย่างนั้นถูกใช้ในแอปพลิเคชันที่เจาะจงมาก หรือเหมือนกับหน่วยประมวลผลเฉพาะแอปพลิเคชันมากกว่าไมโครคอนโทรลเลอร์ ตลาดไมโครคอนโทรลเลอร์นั้นกระจัดกระจายเป็นอย่างมาก และมีผู้ขาย เทคโนโลยี และตลาดมากมาย และผู้ขายจำนวนมากขายหลายสถาปัตยกรรม == ESP32 #iii ESP32 คือกลุ่มไมโครคอนโทรลเลอร์ราคาประหยัดและประหยัดพลังงานที่ผสานรวมความสามารถทั้ง Wi-Fi และบลูทูธ ชิปเหล่านี้มีตัวเลือกการประมวลผลที่หลากหลาย รวมถึงไมโครโปรเซสเซอร์ Tensilica Xtensa LX6 ที่มีให้เลือกทั้งแบบ dual-core และ single-core, โปรเซสเซอร์#jb Xtensa LX7 dual-core หรือไมโครโปรเซสเซอร์ RISC-V แบบ single-core นอกจากนี้ ESP32 ยังรวมส่วนประกอบที่จำเป็นสำหรับการสื่อสารข้อมูลไร้สาย เช่น สวิตช์เสาอากาศในตัว บาลัน RF เครื่องขยายกำลัง เครื่องรับสัญญาณรบกวนต่ำ ตัวกรอง และโมดูลการจัดการพลังงาน #[ // #set par(spacing: 0.75em) #afigure( image("Microcontroller/ESP32-C3_RISC-V_NodeMCU_board.jpg", width: 2in), alt: "บอร์ดสีดำ มีพิน GPIO ด้านข้างและมีชิพอยู่บริเวณด้านบนบอร์ด", attr: [Popolon, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=112634884], caption: [บอร์ด NodeMCU ที่มี ESP32-C3-32S], ) #iii โดยทั่วไปแล้ว ESP32 จะถูกฝังอยู่บนแผงวงจรพิมพ์เฉพาะอุปกรณ์หรือนำเสนอเป็นส่วนหนึ่งของชุดการพัฒนาที่มีพินและตัวเชื่อมต่อ GPIO ที่หลากหลาย โดยมีการกำหนดค่าที่แตกต่างกันไปตามรุ่นและผู้ผลิต ESP32 ได้รับการออกแบบโดย Espressif Systems และผลิตโดย TSMC โดยใช้กระบวนการ 40 นาโนเมตร มันเป็นผู้สืบทอดของไมโครคอนโทรลเลอร์ ESP8266 ] === Espressif Systems #iiii บริษัท Espressif Systems (Shanghai) จำกัด (เอสเพรสซิฟ) เป็นบริษัทเซมิคอนดักเตอร์สัญชาติจีนที่จดทะเบียนในตลาดหลักทรัพย์ มีสำนักงานใหญ่ตั้งอยู่ที่เซี่ยงไฮ้ บริษัทมุ่งเน้นการพัฒนาและจำหน่ายชิปและโมดูลสื่อสารไมโครคอนโทรลเลอร์ไร้สายที่ใช้ใน Internet of things (IoT) #iiii ผลิตภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ที่เป็นที่รู้จักมากที่สุดสองอย่างของ Espressif คือ ESP8266 และ ESP32 ซึ่งเป็นรุ่นต่อจาก ESP8266 ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ถูกนำไปใช้ในผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น เครื่องชงกาแฟและหลอดไฟ รวมถึงผู้ให้บริการโซลูชันเมืองอัจฉริยะและระบบอัตโนมัติ นอกจากนี้ยังถูกใช้โดยผู้ที่ชื่นชอบงาน DIY ด้านเทคโนโลยีอีกด้วย == ตารางพาร์ทิชัน (Partition Table) #iii ตารางพาร์ทิชันคือสิ่งที่กำหนดการจัดการรูปแบบหน่วยความจำแฟลชและข้อมูลต่าง ๆ จะถูกเก็บไว้ในแต่ละพาร์ทิชัน โดยผู้พัฒนาสามารถใช้รูปแบบตารางพาร์ทิชันที่ถูกกำหนดมาไว้แล้วหรือสามารถกำหนดรูปแบบตารางพาร์ทิชันเองก็ได้ โดยตารางพาร์ทัชันที่ถูกใช้ในโครงงานนี้มีรูปแบบดังนี้ #let partition-table = csv("PartitionTable.csv") #figure( table( columns: 6, align: left, table.header([Name], [Type], [SubType], [Offset], [Size], [Flags]), ..partition-table.flatten().slice(6), ), caption: [รายการพาร์ทิชัน], ) #iii ซึ่งคือตารางค่าเริ่มต้นของ ESP32 ใน Arduino platform อย่างไรก็ตามมีการเปลี่ยนแปลงระบบเก็บไฟล์จาก SPIFFS เป็น LittleFS โดยที่ === Name #iiii Name คือ ชื่อของพาร์ทิชัน ห้ามซ้ำกัน ชื่อนั้นไม่สำคัญต่อระบบและต้องขนาดไม่เกิน 16 ตัวอักษร (ไม่มีอักขระพิเศษ) === Type #iiii Type คือ ประเภทของพาร์ทิชัน สามารถเป็น data หรือ app ได้ #[ #set enum(indent: 6em) + app คือพาร์ทิชันที่ใช้ในการเก็บแอปพลิเคชัน + data คือพาร์ทิชันที่ใช้ในการเก็บข้อมูลทั่วไป ] === SubType #iiii SubType คือ ประเภทย่อย ระบุการใช้งานของพาร์ทิชัน data และ app #block(inset: (left: 6em))[ + data + ota คือ พาร์ทัชันเก็บข้อมูล OTA (สำหรับการอัพเดททางอากาศ, Over-the-air update) โดยหากไม่ใช้งาน OTA สามารถนำออกได้ โดยขนาดของพาร์ทิชันนี้ควรจะมีขนาดที่แน่นอนอยู่ที่ 8 KiB (0x2000 ไบต์) + nvs คือ 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 คือ ประเภทพาร์ทิชันย่อยนี้มีหน้าที่ในการเก็บข้อมูล core dump บนหน่วยความจำแฟลช โดย core dump นั้นคือข้อมูลที่ถูกใช้งานสำหรับการตรวจสอบข้อผิด-พลาดร้ายแรงเช่นการแครชและแพนิค โดยฟังก์ชันนี้จะต้องถูกเปิดในการตั้งค่าโปรเจกต์และตั้งที่หมายในการแฟลช และพาร์ทิชันนี้มีขนาดที่แนะนำอยู่ที่ 64 KiB (0x10000) + nvs_keys คือ พาร์ทิชันที่เป็นประเภทย่อยนี้เก็บคีย์การเข้ารหัสของพาร์ทัชัน NVS เมื่อการเข้ารหัสถูกใช้งาน โดยมีขนาดอยู่ที่ 4 KiB (0x1000) + fat คือ กำหนดพาร์ทิชันสำหรับระบบไฟล์ FAT โดยที่จะเหมาะสมสำหรับข้อมูลใหญ่ ๆ และหากข้อมูลนั้นถูกเปลี่ยนแปลงบ่อย โดยระบบไฟล์ FAT สามารถใช้ฟีเจอร์ wear leveling และการเข้ารหัสได้ + spiffs คือ กำหนดพาร์ทิชันสำหรับระบบไฟล์ SPIFFS เหมาะสำหรับไฟล์ใหญ่เช่นกันและรองรับ wear leveling อย่างไรก็ตาม ระบบไฟล์นี้ไม่รองรับการเข้ารหัส + app + factory คือ พาร์ทิชันเก็บแอปพลิเคชันเริ่มต้น โปรแกรมบูตโหลดเดอร์จะเลือกพาร์ทิชันนี้เป็นแอปพลิเคชันเริ่มต้นหากไม่มีพาร์ทิชัน OTA หรือพาร์ทิชัน OTA นั้นว่างเปล่า หากมีการใช้พาร์ทิชัน OTA พาร์ทิชัน ota_0 สามารถถูกใช้เป็นแอปพลิเคชันเริ่มต้นได้และพาร์ทิชัน factory สามารถถูกนำออกได้ + ota_0 ถึง ota_15 คือ 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 คือ ใช้สำหรับการทดสอบในโรงงาน ] === Offset Offset คือ กำหนดพื้นที่ที่พาร์ทิชันนั้น ๆ เริ่มต้น โดย Offset นั้นถูกกำหนดโดยการรวมค่า Offset และขนาดของพาร์ทิชันก่อนหน้า 0 อย่างไรก็ตาม Offset จะต้องเป็นทวีคูณของ 4 KiB (0x1000) และพาร์ทิชันแอพจะต้องจัดตำแหน่งให้มีขนาด 64 KiB (0x10000) โดยหากปล่อยให้ว่าง ค่า Offset จะถูกคำนวนโดยอัตโนมัติตามตำแหน่งท้ายของพาร์ทิชันก่อนหน้า รวมถึงการจัดตำแหน่งใด ๆ ที่จำเป็น อย่างไรก็ตาม Offset ของพาร์ทิชันแรกนั้นจะต้องเป็น 0x9000 และ 0x10000 สำหรับพาร์ทิชันแอปพลิเคชันแรก === Size Size คือ ขนาดของพาร์ทิชัน โดยค่านี้สามารถเป็นเลขทศนิยม, ตัวเลข Hex (นำหน้าด้วย 0x), หรือใช้ตัวอักษรต่อท้ายเพื่อบ่งบอกหน่วย K (กิโล) หรือ M (เมกา) เช่น 4096 = 4K = 0x1000 === Flags Flags คือ ในปัจจุบันคอลัมน์นี้ใช้เพียงแค่เพื่อบ่งบอกว่าพาร์ทิชันนั้น ๆ ถูกเข้ารหัสหรือไม่ == littlefs #iii littlefs คือระบบไฟล์ขนาดเล็กที่ปลอดภัยต่อความล้มเหลวที่ออกแบบมาสำหรับ#jb ไมโครคอนโทรลเลอร์ #iii ความยืดหยุ่นในการป้องกันการสูญเสียพลังงาน littlefs ออกแบบมาเพื่อรับมือกับปัญหาไฟฟ้าดับแบบสุ่ม การดำเนินการไฟล์ทั้งหมดมีการรับประกันการคัดลอกข้อมูลเมื่อเขียนข้อมูล (copy-on-write) ที่แข็งแกร่ง และหากไฟฟ้าดับ ระบบไฟล์จะกลับสู่สถานะปกติล่าสุดที่ทราบ #iii การปรับระดับการสึกหรอแบบไดนามิก littlefs ออกแบบมาเพื่อแฟลชโดยเฉพาะ และมอบการปรับระดับการสึกหรอบนบล็อกแบบไดนามิก นอกจากนี้ littlefs ยังสามารถตรวจจับบล็อกเสียและแก้ไขปัญหาได้ #iii RAM/ROM แบบมีขอบเขต littlefs ออกแบบมาเพื่อทำงานกับหน่วยความจำขนาดเล็ก#jb การใช้งาน RAM ถูกจำกัดอย่างเข้มงวด ซึ่งหมายความว่าการใช้ RAM จะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อระบบไฟล์เติบโตขึ้น ระบบไฟล์ไม่มีการเรียกซ้ำแบบไม่มีขอบเขต และหน่วยความจำแบบไดนามิกถูกจำกัดให้อยู่ในบัฟเฟอร์ที่กำหนดค่าได้ซึ่งสามารถจัดเตรียมแบบคงที่ได้ == ออกแบบ #iii ในระดับสูง littlefs เป็นระบบไฟล์แบบบล็อกที่ใช้ไฟล์บันทึกขนาดเล็กในการจัดเก็บข้อมูลเมตาและโครงสร้าง copy-on-write (COW) ขนาดใหญ่ในการจัดเก็บข้อมูลไฟล์ #iii ใน littlefs ส่วนผสมเหล่านี้ก่อตัวเป็นเค้กสองชั้น โดยที่ท่อนไม้ขนาดเล็ก (เรียกว่าคู่เมตาเดตา)#jb จะให้การอัปเดตเมตาเดตาอย่างรวดเร็วในทุกที่ในที่เก็บข้อมูล ในขณะที่โครงสร้าง COW จะจัดเก็บข้อมูลไฟล์อย่างกะทัดรัดและไม่มีค่าใช้จ่ายในการขยายการสึกหรอใด ๆ #iii โครงสร้างข้อมูลทั้งสองนี้สร้างขึ้นจากบล็อก ซึ่งถูกป้อนโดยตัวจัดสรรบล็อกร่วม โดยการจำกัดจำนวนการลบข้อมูลที่อนุญาตบนบล็อกต่อการจัดสรรแต่ละครั้ง ตัวจัดสรรจะปรับระดับการ#jb สึกหรอแบบไดนามิกทั่วทั้งระบบไฟล์ #show raw: set par(leading: 0.35em) #show raw: set text(size: 6pt) #afigure( ``` 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 | | | | | | | | | | | | | '--------' '--------' '--------' ```, kind: image, attr: [เจ้าของ LittleFS (ภายใต้สัญญาอนุญาต BSD-3-Clause)], supplement: "รูปที่", caption: [แสดงการทำงานเบื้องต้นของ LittleFS], )