# 分区表

[English]

## 概述

每片 ESP32-S31 的 flash 可以包含多个应用程序，以及多种不同类型的数据（例如校准数据、文件系统数据、参数存储数据等）。因此，我们在 flash 的 默认偏移地址 0x8000 处烧写一张分区表。

分区表的长度为 0xC00 字节，最多可以保存 95 条分区表条目。MD5 校验和附加在分区表之后，用于在运行时验证分区表的完整性。分区表占据了整个 flash 扇区，大小为 0x1000 (4 KB)。因此，它后面的任何分区至少需要位于（默认偏移地址） + 0x1000 处。

分区表中的每个条目都包括以下几个部分：Name（标签）、Type（app、data 等）、SubType 以及在 flash 中的偏移量（分区的加载地址）。

在使用分区表时，最简单的方法就是打开项目配置菜单 (`idf.py menuconfig`)，并在 CONFIG_PARTITION_TABLE_TYPE 下选择一个预定义的分区表：

- "Single factory app, no OTA"

- "Factory app, two OTA definitions"

在以上两种选项中，出厂应用程序均将被烧录至 flash 的 0x10000 偏移地址处。这时，运行 `idf.py partition-table`，即可以打印当前使用分区表的信息摘要。

## 内置分区表

以下是 "Single factory app, no OTA" 选项的分区表信息摘要：

    # ESP-IDF Partition Table
    # Name,   Type, SubType, Offset,  Size,   Flags
    nvs,      data, nvs,     0x9000,  0x6000,
    phy_init, data, phy,     0xf000,  0x1000,
    factory,  app,  factory, 0x10000, 1M,

- flash 的 0x10000 (64 KB) 偏移地址处存放一个标记为 "factory" 的二进制应用程序，引导加载程序默认加载这个应用程序。

- 分区表中还定义了两个数据区域，分别用于存储 NVS 库专用分区和 PHY 初始化数据。

以下是 "Factory app, two OTA definitions" 选项的分区表信息摘要：

    # ESP-IDF Partition Table
    # Name,   Type, SubType, Offset,  Size, Flags
    nvs,      data, nvs,     0x9000,  0x4000,
    otadata,  data, ota,     0xd000,  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,

- 分区表中定义了三个应用程序分区，这三个分区的类型都被设置为 “app”，但具体 app 类型不同。其中，位于 0x10000 偏移地址处的为出厂应用程序 (factory)，其余两个为 OTA 应用程序 (ota_0, ota_1)。

- 新增了一个名为 "otadata" 的数据分区，用于保存 OTA 升级时需要的数据。引导加载程序会查询该分区的数据，以判断该从哪个 OTA 应用程序分区加载程序。如果 "otadata" 分区为空，则会执行出厂程序。

## 创建自定义分区表

如果在 `menuconfig` 中选择了 "Custom partition table CSV"，则还需要输入该分区表的 CSV 文件在项目中的路径。CSV 文件可以根据需要，描述任意数量的分区信息。

CSV 文件的格式与上面摘要中打印的格式相同，但是在 CSV 文件中并非所有字段都是必需的。例如下面是一个自定义的 OTA 分区表的 CSV 文件：

    # Name,   Type, SubType,  Offset,   Size,  Flags
    nvs,      data, nvs,      0x9000,  0x4000
    otadata,  data, ota,      0xd000,  0x2000
    phy_init, data, phy,      0xf000,  0x1000
    factory,  app,  factory,  0x10000,  1M
    ota_0,    app,  ota_0,    ,         1M
    ota_1,    app,  ota_1,    ,         1M
    nvs_key,  data, nvs_keys, ,        0x1000

- 字段之间的空格会被忽略，任何以 `#` 开头的行（注释）也会被忽略。

- CSV 文件中的每个非注释行均为一个分区定义。

- 如需调整 CONFIG_PARTITION_TABLE_OFFSET 参数值，请同步更新 CSV 文件中所有固定 `Offset` 值，防止与新分区表位置产生冲突。也可将 `Offset` 字段留空，此时 `gen_esp32part.py` 工具将基于当前分区表偏移量和对齐要求，自动计算出正确的偏移地址。

下面是一个包含引导加载程序和分区表分区的 CSV 分区表示例：

    # ESP-IDF Partition Table
    # Name,           Type,            SubType,  Offset,  Size,     Flags
    bootloader,       bootloader,      primary,  N/A,     N/A,
    partition_table,  partition_table, primary,  N/A,     N/A,
    nvs,              data,            nvs,      ,        0x6000,
    phy_init,         data,            phy,      ,        0x1000,
    factory,          app,             factory,  ,        1M,
    recoveryBloader,  bootloader,      recovery, N/A,     N/A,

`gen_esp32part.py` 工具将根据所选的 Kconfig 选项将每个 `N/A` 替换为适当的值：引导加载程序的偏移地址为 0x2000，分区表的偏移地址见 CONFIG_PARTITION_TABLE_OFFSET。

### Name 字段

Name 字段可以是任何有意义的名称，但不能超过 16 个字节，其中包括一个空字节（之后的内容将被截断）。该字段对 ESP32-S31 并不是特别重要。

### Type 字段

Type 字段可以指定为名称或数字 0～254（或者十六进制 0x00-0xFE）。注意，不得使用预留给 ESP-IDF 核心功能的 0x00-0x3F。

- `app` (0x00)，

- `data` (0x01)，

- `bootloader` (0x02)。该分区为可选项且不会影响系统功能，因此默认情况下，该分区不会出现在 ESP-IDF 的任何 CSV 分区表文件中，仅在引导加载程序 OTA 更新和 flash 分区时有用。即使 CSV 文件中没有该分区，仍然可以执行 OTA。

- `partition_table` (0x03)。默认情况下，该分区也不会出现在 ESP-IDF 的任何 CSV 分区表文件中。

- 0x40-0xFE 预留给 自定义分区类型。如果你的应用程序需要以 ESP-IDF 尚未支持的格式存储数据，请在 0x40-0xFE 内添加一个自定义分区类型。

关于 `app` 和 `data` 分区的枚举定义，请参考 `esp_partition_type_t`。

如果用 C++ 编写，那么指定一个应用程序定义的分区类型，需要在 `esp_partition_type_t` 中使用整数，从而与 分区 API 一起使用。例如：

    static const esp_partition_type_t APP_PARTITION_TYPE_A = (esp_partition_type_t)0x40;

注意，引导加载程序会忽略 `app` (0x00) 和 `data` (0x01) 以外的其他分区类型。

### SubType 字段

SubType 字段长度为 8 bit，内容与具体分区 Type 有关。目前，ESP-IDF 仅仅规定了 `app` 和 `data` 两种分区类型的子类型含义。

参考 `esp_partition_subtype_t`，以了解 ESP-IDF 定义的全部子类型列表，包括：

- 当 Type 定义为 `app` 时，SubType 字段可以指定为 `factory` (0x00)、`ota_0` (0x10) … `ota_15` (0x1F) 或 `test` (0x20)。

- 当 Type 定义为 `bootloader` 时，可以将 SubType 字段指定为：

  > - `primary` (0x00)，即二级引导加载程序，位于 flash 的 0x2000 地址处。工具会自动确定此子类型的适当大小和偏移量，因此为此子类型指定的任何大小或偏移量将被忽略。你可以将这些字段留空或使用 `N/A` 作为占位符。

  > - `ota` (0x01)，是一个临时的引导加载程序分区，在 OTA 更新期间可用于下载新的引导加载程序镜像。工具会忽略此子类型的大小，你可以将其留空或使用 `N/A`。你只能指定一个偏移量，或者将其留空，工具将根据先前使用的分区的偏移量进行计算。

  > - `recovery` (0x02)，这是用于安全执行引导加载程序 OTA 更新的恢复引导加载程序分区。`gen_esp32part.py` 工具会自动确定该分区的地址和大小，因此可以将这些字段留空或使用 `N/A` 作为占位符。该分区地址必须与 Kconfig 选项定义的 eFuse 字段相匹配。如果正常的引导加载程序加载路径失败，则一级 (ROM) 引导加载程序会尝试加载 eFuse 字段指定地址的恢复分区。

  > 引导加载程序类型的大小由 `gen_esp32part.py` 工具根据指定的 `--offset` （分区表偏移量）和 `--primary-partition-offset` 参数计算得出。具体来说，引导加载程序的大小定义为 (CONFIG_PARTITION_TABLE_OFFSET - 0x2000)。此计算得出的大小适用于引导加载程序的所有子类型。

- 当 Type 定义为 `partition_table` 时，可以将 SubType 字段指定为：

  > - `primary` (0x00)，是主分区表，位于 flash 的 CONFIG_PARTITION_TABLE_OFFSET 地址处。工具会自动确定此子类型的适当大小和偏移量，因此为此子类型指定的任何大小或偏移量将被忽略。你可以将这些字段留空或使用 `N/A` 作为占位符。

  > - `ota` (0x01)，是一个临时的分区表分区，在 OTA 更新期间可用于下载新的分区表镜像。工具会忽略此子类型的大小，你可以将其留空或使用 `N/A`。你可以指定一个偏移量，或者将其留空，工具将根据先前分配的分区的偏移量进行计算。

  > `partition_table` 的大小固定为 `0x1000`，适用于 `partition_table` 的所有子类型。

- 当 Type 定义为 `data` 时，SubType 字段可以指定为 `ota` (0x00)、`phy` (0x01)、`nvs` (0x02)、`nvs_keys` (0x04) 或者其他组件特定的子类型（请参考 `子类型枚举`）。

  > - `ota` (0) 即 OTA 数据分区 ，用于存储当前所选的 OTA 应用程序的信息。这个分区的大小需要设定为 0x2000。更多详细信息，请参考 OTA 文档 。

  > - `phy` (1) 分区用于存放 PHY 初始化数据，从而保证可以为每个设备单独配置 PHY，而非必须采用固件中的统一 PHY 初始化数据。

  >   > - 默认配置下，phy 分区并不启用，而是直接将 phy 初始化数据编译至应用程序中，从而节省分区表空间（直接将此分区删掉）。

  >   > - 如果需要从此分区加载 phy 初始化数据，请打开项目配置菜单（`idf.py menuconfig`），并且使能 CONFIG_ESP_PHY_INIT_DATA_IN_PARTITION 选项。此时，还需要手动将 phy 初始化数据烧至设备 flash（esp-idf 编译系统并不会自动完成该操作）。

  > - `nvs` (2) 是专门给 非易失性存储 (NVS) API 使用的分区。

  >   > - 用于存储每台设备的 PHY 校准数据（注意，并不是 PHY 初始化数据）。

  >   > - 用于存储 Wi-Fi 数据（如果使用了 esp_wifi_set_storage(WIFI_STORAGE_FLASH) 初始化函数）。

  >   > - NVS API 还可以用于其他应用程序数据。

  >   > - 强烈建议为 NVS 分区分配至少 0x3000 字节空间。

  >   > - 如果使用 NVS API 存储大量数据，请增加 NVS 分区的大小（默认是 0x6000 字节）。

  >   > - 当 NVS 用于存储出厂设置时，建议将这些设置保存在单独的只读 NVS 分区中。只读 NVS 分区最小为 0x1000 字节。有关更多详情，请参阅 只读 NVS 了解详情。ESP-IDF 提供了 NVS 分区生成工具，能够生成包含出厂设置的 NVS 分区，并与应用程序一起烧录。

  > - `nvs_keys` (4) 是 NVS 秘钥分区。详细信息，请参考 非易失性存储 (NVS) API 文档。

  >   > - 用于存储加密密钥（如果启用了 NVS 加密 功能）。

  >   > - 此分区应至少设定为 4096 字节。

- 如果分区类型是由应用程序定义的任意值 (0x40-0xFE)，那么 `subtype` 字段可以是由应用程序选择的任何值 (0x00-0xFE)。

  > 请注意，如果用 C++ 编写，应用程序定义的子类型值需要转换为 `esp_partition_type_t`，从而与 分区 API 一起使用。

### 额外分区 SubType 字段

组件可以通过设置 `EXTRA_PARTITION_SUBTYPES` 属性来定义额外的分区子类型。 `EXTRA_PARTITION_SUBTYPES` 是一个 CMake 列表，其中的每个条目由字符串组成，以逗号为分隔，格式为 `<type>, <subtype>, <value>`。构建系统通过该属性会自动添加额外的子类型，并在 `esp_partition_subtype_t` 中插入名为 `ESP_PARTITION_SUBTYPE_<type>_<subtype>` 的字段。项目可以使用这个子类型来定义分区表 CSV 文件中的分区，并使用 `esp_partition_subtype_t` 中的新字段。

### 偏移地址 (Offset) 和大小 (Size) 字段

- 偏移地址表示 SPI flash 中的分区地址，扇区大小为 0x1000 (4 KB)。因此，偏移地址必须是 4 KB 的倍数。

- 若 CSV 文件中的分区偏移地址为空，则该分区会接在前一个分区之后；若为首个分区，则将接在分区表之后。

- `app` 分区的偏移地址必须与 0x10000 (64 KB) 对齐。如果偏移字段留空，则 `gen_esp32part.py` 工具会自动计算得到一个满足对齐要求的偏移地址。如果 `app` 分区的偏移地址没有与 0x10000 (64 KB) 对齐，则该工具会报错。

- `app` 分区的大小必须与 flash 扇区大小对齐。为 `app` 分区指定未对齐的大小将返回错误。

- `app` 分区的大小和偏移地址可以采用十进制数或是以 0x 为前缀的十六进制数，且支持 K 或 M 的倍数单位（K 和 M 分别代表 1024 和 1024*1024 字节）。

- 对于 `bootloader` 和 `partition_table`，在 CSV 文件中将大小和偏移量指定为 `N/A` 意味着这些值将由工具自动确定，无法手动定义。这需要设置 `gen_esp32part.py` 工具的 `--offset` 和 `--primary-partition-offset` 参数。

备注

如果你希望分区表中各个分区的偏移地址是相对于分区表本身的位置 (由 CONFIG_PARTITION_TABLE_OFFSET 指定)，请将分区表（CSV 文件）中所有分区的偏移字段都留空。这样，在更改分区表的偏移地址时，留空的分区偏移地址会自动做出相应的改变。而如果你在某个分区采用了固定的偏移值，就可能与分区表发生冲突，导致报错。

### Flags 字段

目前支持 `encrypted` 和 `readonly` 标记：

> - 如果 Flags 字段设置为 `encrypted`，且已启用 flash 加密 功能，则该分区将会被加密。

> 备注

> 无论是否设置 Flags 字段，当启用了 flash 加密 功能时，以下类型的分区将始终保持加密状态。

> - `app`，

> - `bootloader`，

> - `partition_table`，

> - type `data` 和 subtype `ota`，

> - type `data` 和 subtype `nvs_keys`。

> - 如果 Flags 字段设置为 `readonly`，则该分区为只读分区。`readonly` 标记仅支持除 `ota` 和 `coredump` 子类型外的 `data` 分区。使用该标记，防止意外写入如出厂数据分区等包含关键设备特定配置数据的分区。

> 备注

> 在任何写入模式下 (`w`、`w+`、`a`、`a+`、`r+`)，尝试通过 C 文件 I/O API 打开文件 (`fopen`) 的操作都将失败并返回 `NULL`。除 `O_RDONLY` 外，`open` 与任何标志一同使用都将失败并返回 `-1`，全局变量 `errno` 也将设置为 `EROFS`。上述情况同样适用于通过其他 POSIX 系统调用函数执行写入或擦除的操作。在只读分区上，以读写模式打开 NVS 的句柄将失败并返回 `ESP_ERR_NOT_ALLOWED` 错误代码，使用 `esp_partition` 或 `spi_flash` 等较低级别的 API 进行写入操作也将返回 `ESP_ERR_NOT_ALLOWED` 错误代码。

可以使用冒号连接不同的标记，来同时指定多个标记，如 `encrypted:readonly`。

## 生成二进制分区表

烧写到 ESP32-S31 中的分区表采用二进制格式，而不是 CSV 文件本身。此时，partition_table/gen_esp32part.py 工具可以实现 CSV 和二进制文件之间的转换。

如果你在项目配置菜单（`idf.py menuconfig`）中设置了分区表 CSV 文件的名称，然后构建项目或执行 `idf.py partition-table`。这时，转换将在编译过程中自动完成。

手动将 CSV 文件转换为二进制文件：

    python gen_esp32part.py input_partitions.csv binary_partitions.bin

手动将二进制文件转换为 CSV 文件：

    python gen_esp32part.py binary_partitions.bin input_partitions.csv

在标准输出 (stdout) 上，打印二进制分区表的内容（运行 `idf.py partition-table` 时展示的信息摘要也是这样生成的）：

    python gen_esp32part.py binary_partitions.bin

## 分区大小检查

ESP-IDF 构建系统将自动检查生成的二进制文件大小与可用的分区大小是否匹配，如果二进制文件太大，则会构建失败并报错。

目前会对以下二进制文件进行检查：

- 引导加载程序的二进制文件的大小要适合分区表前的区域大小（分区表前的区域都分配给了引导加载程序），具体请参考 引导加载程序大小。

- 应用程序二进制文件应至少适合一个 “app" 类型的分区。如果不适合任何应用程序分区，则会构建失败。如果只适合某些应用程序分区，则会打印相关警告。

备注

即使分区大小检查返回错误并导致构建失败，仍然会生成可以烧录的二进制文件（它们对于可用空间来说过大，因此无法正常工作）。

### MD5 校验和

二进制格式的分区表中含有一个 MD5 校验和。这个 MD5 校验和是根据分区表内容计算的，可在设备启动阶段，用于验证分区表的完整性。

用户可通过 `gen_esp32part.py` 的 `--disable-md5sum` 选项或者 CONFIG_PARTITION_TABLE_MD5 选项关闭 MD5 校验。

## 烧写分区表

- `idf.py partition-table-flash` ：使用 esptool 工具烧写分区表。

- `idf.py flash` ：会烧写所有内容，包括分区表。

在执行 `idf.py partition-table` 命令时，手动烧写分区表的命令也将打印在终端上。

备注

分区表的更新并不会擦除根据旧分区表存储的数据。此时，可以使用 `idf.py erase-flash` 命令或者 `esptool erase-flash` 命令来擦除 flash 中的所有内容。

## 分区工具 (`parttool.py`)

partition_table 组件中有分区工具 parttool.py，可以在目标设备上完成分区相关操作。该工具有如下用途：

> - 读取分区，将内容存储到文件中 (read_partition)

> - 将文件中的内容写至分区 (write_partition)

> - 擦除分区 (erase_partition)

> - 检索特定分区的名称、偏移、大小和 flag（“加密”）标志等信息 (get_partition_info)

用户若想通过编程方式完成相关操作，可从另一个 Python 脚本导入并使用分区工具，或者从 Shell 脚本调用分区工具。前者可使用工具的 Python API，后者可使用命令行界面。

### Python API

首先请确保已导入 parttool 模块。

    import sys
    import os

    idf_path = os.environ["IDF_PATH"]  # 从环境中获取 IDF_PATH 的值
    parttool_dir = os.path.join(idf_path, "components", "partition_table")  # parttool.py 位于 $IDF_PATH/components/partition_table 下

    sys.path.append(parttool_dir)  # 使能 Python 寻找 parttool 模块
    from parttool import *  # 导入 parttool 模块内的所有名称

要使用分区工具的 Python API，第一步是创建 ParttoolTarget：

    # 创建 parttool.py 的目标设备，并将目标设备连接到串行端口 /dev/ttyUSB1
    target = ParttoolTarget("/dev/ttyUSB1")

现在，可使用创建的 ParttoolTarget 在目标设备上完成操作：

    # 擦除名为 'storage' 的分区
    target.erase_partition(PartitionName("storage"))

    # 读取类型为 'data'、子类型为 'spiffs' 的分区，保存至文件 'spiffs.bin'
    target.read_partition(PartitionType("data", "spiffs"), "spiffs.bin")

    # 将 'factory.bin' 文件的内容写至 'factory' 分区
    target.write_partition(PartitionName("factory"), "factory.bin")

    # 打印默认启动分区的大小
    storage = target.get_partition_info(PARTITION_BOOT_DEFAULT)
    print(storage.size)

使用 PartitionName、PartitionType 或 PARTITION_BOOT_DEFAULT 指定要操作的分区。顾名思义，这三个参数可以指向拥有特定名称的分区、特定类型和子类型的分区或默认启动分区。

更多关于 Python API 的信息，请查看分区工具的代码注释。

### 命令行界面

parttool.py 的命令行界面具有如下结构：

    parttool.py [command-args] [subcommand] [subcommand-args]

    - command-args - 执行主命令 (parttool.py) 所需的实际参数，多与目标设备有关
    - subcommand - 要执行的操作
    - subcommand-args - 所选操作的实际参数

    # 擦除名为 'storage' 的分区
    parttool.py --port "/dev/ttyUSB1" erase_partition --partition-name=storage

    # 读取类型为 'data'、子类型为 'spiffs' 的分区，保存到 'spiffs.bin' 文件
    parttool.py --port "/dev/ttyUSB1" read_partition --partition-type=data --partition-subtype=spiffs --output "spiffs.bin"

    # 将 'factory.bin' 文件中的内容写入到 'factory' 分区
    parttool.py --port "/dev/ttyUSB1" write_partition --partition-name=factory --input "factory.bin"

    # 打印默认启动分区的大小
    parttool.py --port "/dev/ttyUSB1" get_partition_info --partition-boot-default --info size

备注

如果设备启用了 `Flash Encryption` 或 `Secure Boot`，尝试使用修改 flash 内容的命令（如 `erase_partition` 或 `write_partition`）会导致错误。这是因为 `esptool` 的擦除命令会在写入之前先被调用。这个“错误”实际上是一个用来防止设备变砖的安全措施。

    A fatal error occurred: Active security features detected, erasing flash is disabled as a safety measure. Use --force to override, please use with caution, otherwise it may brick your device!

要解决此问题，需在运行 `esptool` 时使用 `--force` 参数。具体而言，`parttool.py` 提供了 `--esptool-erase-args` 参数，用来将 `--force` 参数传递给 `esptool`。

    # 擦除名为 'storage' 的分区
    # 如果启用了 Flash Encryption 或 Secure Boot，则添加 "--esptool-erase-args=force"
    parttool.py --port "/dev/ttyUSB1" --esptool-erase-args=force erase_partition --partition-name=storage

    # 将名为 'factory.bin' 的文件内容写入 'factory' 分区
    # 如果启用了 Flash Encryption 或 Secure Boot，则添加 "--esptool-erase-args=force"
    parttool.py --port "/dev/ttyUSB1" --esptool-erase-args=force write_partition --partition-name=factory --input "factory.bin"

更多信息可用 --help 指令查看：

    # 显示可用的子命令和主命令描述
    parttool.py --help

    # 显示子命令的描述
    parttool.py [subcommand] --help

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