SPIFFS 文件系统

[English]

概述

SPIFFS 是一个用于 SPI NOR flash 设备的嵌入式文件系统，支持磨损均衡、文件系统一致性检查等功能。

说明

  • 目前，SPIFFS 尚不支持目录，但可以生成扁平结构。如果 SPIFFS 挂载在 /spiffs 下，在 /spiffs/tmp/myfile.txt 路径下创建一个文件则会在 SPIFFS 中生成一个名为 /tmp/myfile.txt 的文件，而不是在 /spiffs/tmp 下生成名为 myfile.txt 的文件；

  • SPIFFS 并非实时栈，每次写操作耗时不等；

  • 目前，SPIFFS 尚不支持检测或处理已损坏的块。

  • SPIFFS 只能稳定地使用约 75% 的指定分区容量。

  • 当文件系统空间不足时，垃圾收集器会尝试多次扫描文件系统来寻找可用空间。根据所需空间的不同，写操作会被调用多次，每次函数调用将花费几秒。同一操作可能会花费不同时长的问题缘于 SPIFFS 的设计，且已在官方的 SPIFFS github 仓库 或是 https://github.com/espressif/esp-idf/issues/1737 中被多次报告。这个问题可以通过 SPIFFS 配置 部分缓解。

  • 当垃圾收集器尝试多次（默认为 10 次）扫描整个文件系统以回收空间时，在每次扫描期间，如果有可用的数据块，则垃圾收集器会释放一个数据块。因此，如果为垃圾收集器设置的最大运行次数为 n（可通过 SPIFFS_GC_MAX_RUNS 选项配置，该选项位于 SPIFFS 配置 中），那么 n 倍数据块大小的空间将可用于写入数据。如果尝试写入超过 n 倍数据块大小的数据，写入操作可能会失败并返回错误。

  • 如果 ESP32-C3 在文件系统操作期间断电，可能会导致 SPIFFS 损坏。但是仍可通过 esp_spiffs_check 函数恢复文件系统。详情请参阅官方 SPIFFS FAQ。

工具

spiffsgen.py

spiffsgen.py （只写）是 SPIFFS 的一种 Python 实现，可用于从主机文件夹内容生成文件系统镜像。打开终端并运行以下命令即可使用 spiffsgen.py:

python spiffsgen.py <image_size> <base_dir> <output_file>

参数（必选）说明如下：

  • image_size：分区大小，用于烧录生成的 SPIFFS 镜像；

  • base_dir：创建 SPIFFS 镜像的目录；

  • output_file：SPIFFS 镜像输出文件。

其他参数（可选）也参与控制镜像的生成，用户可以运行以下帮助命令，查看这些参数的具体信息:

python spiffsgen.py --help

上述可选参数对应 SPIFFS 构建配置选项。若想顺利生成可用的镜像，请确保使用的参数或配置与构建 SPIFFS 时所用的参数或配置相同。运行帮助命令将显示参数所对应的 SPIFFS 构建配置。如未指定参数，将使用帮助信息中的默认值。

镜像生成后，用户可以使用 esptool.py 或 parttool.py 烧录镜像。

用户可以在命令行或脚本中手动单独调用 spiffsgen.py，也可以直接从构建系统调用 spiffs_create_partition_image 来使用 spiffsgen.py:

spiffs_create_partition_image(<partition> <base_dir> [FLASH_IN_PROJECT] [DEPENDS dep dep dep...])

在构建系统中使用 spiffsgen.py 更为方便，构建配置会自动传递给 spiffsgen.py 工具，确保生成的镜像可用于构建。比如，单独调用 spiffsgen.py 时需要用到 image_size 参数，但在构建系统中调用 spiffs_create_partition_image 时，仅需要 partition 参数，镜像大小将直接从工程分区表中获取。

使用 spiffs_create_partition_image，必须从组件 CMakeLists.txt 文件调用。

用户也可以指定 FLASH_IN_PROJECT，然后使用 idf.py flash 将镜像与应用程序二进制文件、分区表等一起自动烧录至设备，例如:

spiffs_create_partition_image(my_spiffs_partition my_folder FLASH_IN_PROJECT)

不指定 FLASH_IN_PROJECT/SPIFFS_IMAGE_FLASH_IN_PROJECT 也可以生成镜像，但须使用 esptool.py、parttool.py 或自定义构建系统目标手动烧录。

有时基本目录中的内容是在构建时生成的，用户可以使用 DEPENDS/SPIFFS_IMAGE_DEPENDS 指定目标，因此可以在生成镜像之前执行此目标:

add_custom_target(dep COMMAND ...)

spiffs_create_partition_image(my_spiffs_partition my_folder DEPENDS dep)

请参考 storage/spiffsgen，查看示例。

mkspiffs

用户也可以使用 mkspiffs 工具创建 SPIFFS 分区镜像。与 spiffsgen.py 相似，mkspiffs 也可以用于从指定文件夹中生成镜像，然后使用 esptool.py 烧录镜像。

该工具需要获取以下参数：

  • Block Size：4096（SPI flash 标准）

  • Page Size：256（SPI flash 标准）

  • Image Size：分区大小（以字节为单位，可从分区表中获取）

  • Partition Offset：分区起始地址（可从分区表中获取）

运行以下命令，将文件夹打包成 1 MB 大小的镜像:

mkspiffs -c [src_folder] -b 4096 -p 256 -s 0x100000 spiffs.bin

运行以下命令，将镜像烧录到 ESP32-C3（偏移量：0x110000）:

python esptool.py --chip esp32c3 --port [port] --baud [baud] write_flash -z 0x110000 spiffs.bin

选择合适的 SPIFFS 工具

上面介绍的两款 SPIFFS 工具功能相似，需根据实际情况，选择合适的一款。

以下情况优先选用 spiffsgen.py 工具：

  1. 仅需在构建时简单生成 SPIFFS 镜像，请选择使用 spiffsgen.py，因为 spiffsgen.py 可以直接在构建系统中使用函数或命令生成 SPIFFS 镜像。

  2. 主机没有可用的 C/C++ 编译器时，可以选择使用 spiffsgen.py 工具，因为 spiffsgen.py 不需要编译。

以下情况优先选用 mkspiffs 工具：

  1. 如果用户除了需要生成镜像外，还需要拆包 SPIFFS 镜像，请选择使用 mkspiffs 工具，因为 spiffsgen.py 目前尚不支持此功能。

  2. 如果用户当前环境中 Python 解释器不可用，但主机编译器可用，或者有预编译的 mkspiffs 二进制文件，此时请选择使用 mkspiffs 工具。但是，mkspiffs 没有集成到构建系统，用户必须自己完成以下工作：在构建期间编译 mkspiffs （如果未使用预编译的二进制文件），为输出文件创建构建规则或目标，将适当的参数传递给工具等。

另请参阅

应用示例

storage/spiffs 目录下提供了 SPIFFS 应用示例。该示例初始化并挂载了一个 SPIFFS 分区，然后使用 POSIX 和 C 库 API 写入和读取数据。请参考 example 目录下的 README.md 文件，获取详细信息。

高级 API 参考

Header File

  • components/spiffs/include/esp_spiffs.h

  • This header file can be included with:

    #include "esp_spiffs.h"

  • This header file is a part of the API provided by the spiffs component. To declare that your component depends on spiffs, add the following to your CMakeLists.txt:

    REQUIRES spiffs

    or

    PRIV_REQUIRES spiffs

Functions

esp_err_t esp_vfs_spiffs_register(const esp_vfs_spiffs_conf_t *conf)

Register and mount SPIFFS to VFS with given path prefix.

参数

conf -- Pointer to esp_vfs_spiffs_conf_t configuration structure

返回

  • ESP_OK if success

  • ESP_ERR_NO_MEM if objects could not be allocated

  • ESP_ERR_INVALID_STATE if already mounted or partition is encrypted

  • ESP_ERR_NOT_FOUND if partition for SPIFFS was not found

  • ESP_FAIL if mount or format fails

esp_err_t esp_vfs_spiffs_unregister(const char *partition_label)

Unregister and unmount SPIFFS from VFS

参数

partition_label -- Same label as passed to esp_vfs_spiffs_register.

返回

  • ESP_OK if successful

  • ESP_ERR_INVALID_STATE already unregistered

bool esp_spiffs_mounted(const char *partition_label)

Check if SPIFFS is mounted

参数

partition_label -- Optional, label of the partition to check. If not specified, first partition with subtype=spiffs is used.

返回

  • true if mounted

  • false if not mounted

esp_err_t esp_spiffs_format(const char *partition_label)

Format the SPIFFS partition

参数

partition_label -- Same label as passed to esp_vfs_spiffs_register.

返回

  • ESP_OK if successful

  • ESP_FAIL on error

esp_err_t esp_spiffs_info(const char *partition_label, size_t *total_bytes, size_t *used_bytes)

Get information for SPIFFS

参数

  • partition_label -- Same label as passed to esp_vfs_spiffs_register

  • total_bytes -- [out] Size of the file system

  • used_bytes -- [out] Current used bytes in the file system

返回

  • ESP_OK if success

  • ESP_ERR_INVALID_STATE if not mounted

esp_err_t esp_spiffs_check(const char *partition_label)

Check integrity of SPIFFS

参数

partition_label -- Same label as passed to esp_vfs_spiffs_register

返回

  • ESP_OK if successful

  • ESP_ERR_INVALID_STATE if not mounted

  • ESP_FAIL on error

esp_err_t esp_spiffs_gc(const char *partition_label, size_t size_to_gc)

Perform garbage collection in SPIFFS partition.

Call this function to run GC and ensure that at least the given amount of space is available in the partition. This function will fail with ESP_ERR_NOT_FINISHED if it is not possible to reclaim the requested space (that is, not enough free or deleted pages in the filesystem). This function will also fail if it fails to reclaim the requested space after CONFIG_SPIFFS_GC_MAX_RUNS number of GC iterations. On one GC iteration, SPIFFS will erase one logical block (4kB). Therefore the value of CONFIG_SPIFFS_GC_MAX_RUNS should be set at least to the maximum expected size_to_gc, divided by 4096. For example, if the application expects to make room for a 1MB file and calls esp_spiffs_gc(label, 1024 * 1024), CONFIG_SPIFFS_GC_MAX_RUNS should be set to at least 256. On the other hand, increasing CONFIG_SPIFFS_GC_MAX_RUNS value increases the maximum amount of time for which any SPIFFS GC or write operation may potentially block.

参数

  • partition_label -- Label of the partition to be garbage-collected. The partition must be already mounted.

  • size_to_gc -- The number of bytes that the GC process should attempt to make available.

返回

  • ESP_OK on success

  • ESP_ERR_NOT_FINISHED if GC fails to reclaim the size given by size_to_gc

  • ESP_ERR_INVALID_STATE if the partition is not mounted

  • ESP_FAIL on all other errors

Structures

struct esp_vfs_spiffs_conf_t

Configuration structure for esp_vfs_spiffs_register.

Public Members

const char *base_path

File path prefix associated with the filesystem.

const char *partition_label

Optional, label of SPIFFS partition to use. If set to NULL, first partition with subtype=spiffs will be used.

size_t max_files

Maximum files that could be open at the same time.

bool format_if_mount_failed

If true, it will format the file system if it fails to mount.

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