173 lines
19 KiB
Typst
173 lines
19 KiB
Typst
#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 |
|
|
| | | | | |
|
|
| | | | | |
|
|
'--------' '--------' '--------'
|
|
```
|