存储设备应用指导
本文档旨在介绍QuecPython存储设备类型、使用方式和常见问题，指导客户使用QuecPython存储设备。
概述
QuecPython设备存储系统分为内置存储系统和外置存储系统。内置存储系统一般是NAND flash或者NOR flash，外置存储一般是通过SPI、SDIO等接口外扩存储空间，可以是NOR flash、SD卡、EMMC等。使用存储的方式有两种：一种是挂载文件系统，用于存放数据和参数。常用的文件系统有littleFS、FATFS、EFS、SFFS文件系统等。另一种是不挂文件系统，直接裸分区访问，用于存放代码镜像、配置参数、GUI字库等。其中NOR flash可以直接运行代码，NAND flash不能直接运行代码。
内置存储
概述
设备内置的存储设备为模组的正常运作提供了必须的存储空间，用来存放镜像和数据。一般会按照作用划分为多个分区，每个分区相对独立。根据功能需求，决定是挂文件系统还是作为裸分区使用。
分区划分
不同芯片平台的模组有着不同的分区结构。总体来说可以分为以下几个部分：
a）程序存储分区：底层和应用层处理程序等镜像存放的区域。
b）出厂参数存储分区：射频参数，模组配置等存放的区域。并且会有个备份区，在数据异常损坏时，会从备份区恢复，保证模块正常运行。
c）文件系统分区：用于存放用户应用脚本和用户参数。
各平台分区结构
ECx00N & EGx00N & ECx00M & EGx00M系列
以EC600N型号为例：
| 分区 | 作用 |
|---|---|
| bootloader | 存储bootloader镜像 |
| ptable | 存储flash分区信息 |
| fwcerts | 存储固件证书 |
| rd | 存储可信数据 |
| apn | 存储APN镜像 |
| cp | 存储kernel侧镜像 |
| dsp | 存储网络协议栈镜像 |
| rfbin | 存储射频驱动镜像 |
| logo | 存储开机logo显示镜像 |
| reserved | 预留空间 |
| fota_pkg | 存储FOTA差分包 |
| customer_app | 存储APP镜像(QuecPython程序实现) |
| customer_fs | 用户文件系统(对应磁盘"usr") |
| customer_backup_fs | 用户文件备份系统(对应磁盘"bak") |
| backup_restore_info | 存储备份还原信息 |
| fota_param | 存储FOTA升级参数 |
| updater | 存储FOTA升级程序镜像 |
| erase_rd | 存储flash擦除信息记录 |
| nvm | 系统参数文件系统 |
| secdat | 存储用户非易失数据 |
| quec_cfg | 移远自定义参数分区 |
| factory_a | 存储基础配置及射频等出厂参数 |
| factory_b | 存储基础配置及射频等出厂参数备份 |
ECx00U & EGx00U & ECx00G系列
以EC600U型号为例：
| 分区 | 作用 |
|---|---|
| bootloader | 存储bootloader镜像 |
| ap | 存储kernel侧AP镜像(应用处理) |
| customer_app | 存储APP镜像(QuecPython程序实现) |
| fs | 底层文件系统分区(存储FOTA差分包等) |
| secdat | 存储用户非易失数据 |
| fs_config | 存储用户文件系统配置信息(用来动态调整"usr"和"bak"的大小) |
| customer_fs | 用户文件系统(对应磁盘"usr") |
| customer_backup_fs | 用户文件备份系统(对应磁盘"bak") |
| modem | 存储kernel侧CP镜像(网络处理) |
| factory | 存储基础配置及射频等出厂参数 |
xC200A系列
以EC200A型号为例：
| 分区 | 作用 |
|---|---|
| NTIM | 存储分区表信息 |
| bootloader | 存储bootloader镜像 |
| MRD | 存储底层可靠参数 |
| MRD_backup | 存储底层可靠参数备份 |
| logo | 存储开机logo显示镜像 |
| cp | 存储kernel侧镜像 |
| customer_fs | 用户文件系统(对应磁盘"usr") |
| customer_backup_fs | 用户文件备份系统(对应磁盘"bak") |
| dsp | 存储网络协议栈镜像 |
| rf | 存储射频信息 |
| fota_pkg | 存储FOTA升级备份 |
| PSM backup | 存储PSM备份 |
| FAT map | 底层文件系统目录 |
| FAT sys | 底层文件系统 |
| customer_app | 存储APP镜像(QuecPython程序实现) |
| block erase record | 存储flash擦除记录 |
| updater | 存储FOTA升级程序镜像 |
| FBF | 存储tr69参数 |
| fota_param | 存储FOTA升级参数 |
| QuecCfg | 存储底层重要参数 |
| PSM | 存储底层网络协议参数 |
| VSIM profile | 保留 |
| VSIM profile backup | 保留 |
| factory_a | 存储基础配置及射频等出厂参数 |
| factory_b | 存储基础配置及射频等出厂参数备份 |
ECx00E系列
以EC800E型号为例：
| 分区 | 作用 |
|---|---|
| header1 | 平台使用 |
| header2 | 平台使用 |
| bootloader | 存储bootloader镜像 |
| reserved | 预留空间 |
| fota-backup | 存储FOTA升级备分 |
| default reliable region | 存储工厂参数，和Reliable Region区域互为备份 |
| Reliable Region | 存储工厂参数，和Default Reliable Region区域互为备份 |
| ap | 存储kernel侧镜像 |
| customer_app | 存储APP侧镜像(QuecPython程序实现) |
| fs | 底层文件系统（存储FOTA差分包等） |
| customer_fs | 用户文件系统(对应磁盘"usr") |
| customer_backup_fs | 用户文件备份系统(对应磁盘"bak") |
| secdat | 存储用户非易失数据 |
| updater | 存储FOTA升级程序镜像 |
| hibernate backup | 存储休眠时重要参数 |
| PlatConfig(16K) | 存储FOTA升级参数等 |
BG95 & BG600L系列
以BG95M3型号为例：
| 分区 | 作用 |
|---|---|
| reserved | 预留空间 |
| bootloader | 存储bootloader镜像 |
| mibib | 存储分区表信息 |
| qdsp_swap | 存储网络处理交换数据 |
| efs2_factory | efs2备份区域 |
| efs2apps_factory | efs2apps备份区域 |
| efs2 | CP(网络处理)文件系统 |
| qdsp_paging | 存储kernel侧CP相关镜像(网络处理) |
| qdsp | 存储kernel侧CP镜像(网络处理) |
| qdsp_tiny | 存储kernel侧CP相关镜像(网络处理) |
| tz | 存储Trustzone镜像 |
| rpm | 存储RPM镜像 |
| tz_devcfg | 存储Trustzone配置镜像 |
| ap | 存储kernel侧AP镜像(应用处理) |
| adcb | 存储audio镜像 |
| apdp | 存储应用调试镜像 |
| loader_sti | 存储测试镜像 |
| multiimgoem | 存储multiimgoem镜像 |
| multiimgqti | 存储multiimgqti镜像 |
| scrub | 存储FOTA差分包 |
| secdata | 存储安全相关的配置 |
| misc | 存储备份还原结果标志 |
| customer_app | 存储APP侧镜像(QuecPython程序实现) |
| customer_backup_fs | 用户文件备份系统(对应磁盘"bak") |
| efs2apps | AP(应用处理)文件系统(包含用户文件系统"usr") |
各平台提供给用户的空间资源参考QuecPython 硬件平台支持。
调整分区
由前面描述可知，提供给用户的可用空间分成两个区，分别为用户文件系统usr分区和用户文件备份系统bak分区。如果这2个分区的默认分布无法满足用户的应用需求，那么客户可以使用QPYcom工具调整该分区。可能需要调整分区的场景：需要存储的文件比较多，且部分文件不需要备份，如存储日志的应用。那么可以通过减小bak分区大小，增大usr分区大小来满足需求。
支持的模组：
目前只有ECx00N & EGx00N & ECx00M & EGx00M系列和ECx00U & EGx00U & ECx00G & ECx00Z系列支持调整分区。且只支持用户文件系统usr和用户文件系统bak之间调整大小。
操作：
以EC600U型号为例
1、点击 "Function Box" -> "Partition Management" -> "UNISOC"
2、选择固件文件如QPY_OCPU_V0002_EC600U_CNLB_FW\QPY_OCPU_V0002_EC600U_CNLB_FW.pac，显示usr和bak分区各自的大小及两者之和的大小。
3、拖拽进度条或者文本框输入修改usr分区的大小，bak分区大小自动更新为新的值。
4、点击"Confirm"按钮后开始生成新固件，等待生成新固件完成。
烧录新生成的固件，并查询新的分区大小分布：
新增分区
使用场景：
在固件释放出去之后，用户需要在原有分区表上新增分区满足应用需求，如新增GUI字库分区用来存放字库文件。
支持的模组：
目前仅ECx00N & EGx00N & ECx00M & EGx00M系列支持新增分区。且只支持新增特定分区如GUI字库分区（需要搭配底层的GUI代码使用）。新增分区起始地址和最大size由QPYcom工具定死（ECx00N & EGx00N系列是将app镜像copy到RAM中运行，app的起始地址可以变动，新增空间时可以从reserved和customer_app分区挪空间。ECx00M & EGx00M系列是flash中直接运行app，app的起始地址不能变动，需要预先将多余空间分给customer_app分区，新增空间时可以从customer_app分区挪空间。）。
操作：
待补充
注意事项
文件系统分区最小size不能小于32KB。每个分区的起始地址和size需要是4KB的倍数。使用QPYcom工具调整分区时已经遵循了这个规则。
内置Flash烧录
烧录原理
烧录功能设计每个平台不尽相同，总的烧录机制设计如下：
a）进入下载模式，一般为配置特定引脚的电平或者下发特定的指令后重启设备，即可进入下载模式。此时执行ROM中固化的程序。由于是固化在芯片中的，所以存储空间和运行空间都有限，因此逻辑上比较简单。
b）在下载模式下，初始化UART 或 USB硬件通信，然后通过 UART 或 USB下载扩展烧录程序到芯片的 RAM 中。
c）交出控制权，跳转到 RAM中的扩展烧录程序，执行进一步的烧录功能。这个步骤的主要用途是下载整个固件到 flash 中。它的功能包括初始化Flash，分区，读写 Flash 等。其中上位机和设备的通讯机制一般采用“命令－应答”方式。上位机应用程序发起命令，模块收到后执行相应的指令，再将应答送回应用端。交互流程主要分为：连接、下载开始、下载中、下载完成。命令和数据都会进行CRC校验确保数据的可靠性。
d）烧录完成，重启设备运行已烧录的固件。
用户实际使用时只需要利用烧录工具加载固件，让设备进入下载模式，使用USB或UART连接线连接设备即可进行烧录。具体烧录操作细节参见本地升级指导文档。
烧录的分区概述
烧录固件时，针对不同分区处理方式不同。总体策略为镜像分区、用户文件系统usr分区、用户文件备份系统bak分区需要擦除并写入新的内容。安全数据区和底层参数区不擦写，保留之前的内容。
量产固件
之所以要制作量产固件，是因为QuecPython释放的官方固件只包含了平台层和QuecPython适配层的程序。用户需要基于QuecPython Modules API，使用python语言编写程序实现完整的应用的功能。而这些python程序需要以文件的形式存放在用户文件系统usr分区和用户文件备份系统bak分区中。调试阶段可以使用QPYcom下载脚本的功能将用户文件烧录到设备用户文件系统分区中。而量产时为了提高效率，需要将用户调试好的文件事先打包进QuecPython官方固件中，以实现QuecPython官方固件和用户文件一起烧录到设备中。总结大概步骤为：设备出厂时会带有默认固件，该固件不包含QuecPython相关功能。用户需要烧录QuecPython官方释放的固件，基于QuecPython平台开发调试好用户应用功能后，将用户的脚本文件和QuecPython固件打包成一个固件。将该固件作为最终量产固件烧录到所有设备中。制作量产固件细节可参考QuecPython 固件脚本合并。
内置存储常见应用
程序镜像
存放设备运行需要的程序镜像，一般包括bootloader、kernel、app几个部分。
文件系统
将指定分区挂载成文件系统，用以存放数据。这样可以使用文件的形式对数据进行管理，包括创建、读、写、删除等操作。适合数据量大，经常修改且非关键数据的存储。文件系统使用细节参考文件系统应用指导。
GUI 字库
将指定分区用来存储GUI显示所需的字库内容。该字库内容包含了不同的字体信息，且有固定的结构。所以需要在烧录固件时一并将字库文件烧录到设备的指定分区。这样GUI显示程序可以通过flash操作接口直接访问字库内容，相比于文件系统的方式速率更快，可以提高GUI显示的实时性。
裸分区操作
如安全数据分区，将指定分区用来存储用户安全数据，以达到数据掉电保存的目的。数据来源为设备运行过程中用户实时产生的内容。所以，该分区不需要事先烧录特定内容到指定分区，且烧录时不擦除该分区。这种方式适合数据量小，不经常修改且关键数据的存储。接口用法参考SecureData - 安全数据区。
外置存储
概述
模组内置存储空间主要用于存放代码镜像和参数，剩余给客户可用的空间有限。如果需要额外的存储空间，就需要外挂存储设备。比如NOR flash、SD卡、NAND flash等。硬件通信接口有SDIO 接口和SPI 接口，目前支持的方式有：SPI NOR flash、SDIO SD卡、SDIO EMMC、SPI SD卡。
SPI NOR flash应用
原理概述
该种使用方式是在模组的外面通过SPI硬件引脚连接一个NOR flash存储芯片。然后通过应用程序初始化该flash驱动之后，就可以对其进行读写等操作。具体选用哪一款flash芯片，需要用户根据自己的空间需求决定。根据通信的SPI引脚个数可分为4线外挂flash和6线外挂flash方案。其中6线flash方案比4线的方案通信速率更高，所以6线外挂flash方案可以直接运行程序。
应用场景
程序镜像
使用外置flash指定分区存放QuecPython程序镜像，以便可以打开底层更多功能特性，满足用户丰富的应用场景需求。如前所述，该种方案必须使用6线SPI NOR flash。该种方式程序运行和放置在内置存储中的程序运行效果一致。目前仅ECx00U&EGx00U&ECx00G系列特定型号EC600U_CNLB_EXTFS8M、EC600U_CNLC_EXTFS8M支持该特性。
文件系统
类似于内部存储，可以将外置flash指定分区挂载成文件系统，用以存放数据。这样可以使用文件的形式对数据进行管理，包括创建、读、写、删除等操作。适合数据量大，经常修改且非关键数据的存储。外置flash文件系统使用细节参考文件系统应用指导。
GUI 字库
类似于内部存储，可以将外置flash指定分区用来存储GUI显示所需的字库内容。该字库内容包含了不同的字体信息，且有固定的结构。所以需要在烧录固件时一并将字库文件烧录到设备的指定分区。这样GUI显示程序可以通过flash操作接口直接访问字库内容，相比于文件系统的方式速率更快，可以提高GUI显示的实时性。
支持的模组
当前仅ECx00N & EGx00N & ECx00M & EGx00M系列和ECx00U & EGx00U & ECx00G系列支持外挂SPI NOR flash。
应用时的注意事项
硬件连接
采用的是SPI通信总线，具体选用哪一路SPI引脚需要根据硬件资源支持和用户使用情况决定。
针对4线SPI NOR flash方案，引脚细节可以参考class SPI – SPI通信中关于SPI引脚对应关系的介绍。由于可能会有其他外设如LCD也需要使用SPI通信，这时需要用户提前分配好硬件资源，各自使用不同的SPI通道，避免和NOR flash冲突的情况。
针对6线SPI NOR flash方案，当前仅ECx00U & EGx00U & ECx00G系列支持，引脚使用情况，需要参考如下表格：
| 用途 | 引脚功能 | EC200U引脚号 | EC600U引脚号 | EG915U引脚号 | EC800G引脚号 | EC600G引脚号 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SPI1 | SPI_FLASH_CS | 26 | 58 | 5 | 79 | 63 |
| SPI_FLASH_CLK | 27 | 61 | 4 | 101 | 66 | |
| SPI_FLASH_SIO0 | 24 | 59 | 6 | 100 | 67 | |
| SPI_FLASH_SIO1 | 25 | 60 | 7 | 108 | 65 | |
| SPI_FLASH_SIO2 | 13 | 69 | 1 | 109 | 137 | |
| SPI_FLASH_SIO3 | 135 | 70 | 20 | 107 | 62 | |
| SPI2 | SPI_FLASH_CS | 124 | 63 | 106 | 无 | 无 |
| SPI_FLASH_CLK | 125 | 66 | 116 | 无 | 无 | |
| SPI_FLASH_SIO0 | 123 | 67 | 105 | 无 | 无 | |
| SPI_FLASH_SIO1 | 122 | 65 | 16 | 无 | 无 | |
| SPI_FLASH_SIO2 | 121 | 137 | 108 | 无 | 无 | |
| SPI_FLASH_SIO3 | 119 | 62 | 92 | 无 | 无 |
如表格所示，针对ECx00U & EGx00U系列，如果用户不使用MIPI LCD功能，仅外接6线SPI NOR flash。那么可选择上面两路SPI中任意一路作为flash SPI通信接口。如果要同时支持外置6线SPI NOR flash和MIPI LCD功能，则flash SPI通信接口必须选用SPI2这路引脚。针对ECx00G系列，当前只有一路引脚可作为flash SPI通信接口。
添加型号
用户选好NOR flash芯片型号之后需要查看设备程序是否支持该flash型号。可以通过QPYcom工具加载固件版本查看该固件当前已支持的flash型号（该工具功能待开发）（待补充）。
如果flash型号不在设备支持列表中，需要添加flash型号到设备中。可以在使用QPYcom工具合并固件的时候添加指定的flash型号（该工具功能待开发）（待补充）。
分区调整
在固件释放出去之后，用户需要在原有分区表上新增外置flash分区满足应用需求，如新增GUI字库分区用来存放字库文件。目前仅ECx00N & EGx00N & ECx00M & EGx00M系列支持新增分区。如新增文件系统分区、GUI字库分区等（需要搭配底层的GUI代码使用）。新增分区起始地址和size可由QPYcom工具指定。同理，用户也可以调整外置flash分区，如调整文件系统分区和GUI字库分区分别占用的大小。具体操作待QPYcom工具支持后补充（待补充）。
烧录
带外置flash的固件烧录方式和内置flash的固件一致。需要注意的是外置flash烧录依赖于外置的flash芯片，需要保证外置flash通信是成功的。需要在制作量产固件时指定烧录工具的SPI端口信息，具体操作待QPYcom工具支持后补充。如果下载失败，检查flash芯片是否正确焊接，spi引脚的连接是否正确。
量产固件
制作带外置flash功能的量产固件和内置flash的方式总体一致。特别的是外置flash需要配置flash的型号、指定spi port和分区划分。具体操作待QPYcom工具支持后补充。（待补充）
软件接口
其中文件系统分区使用的场景，文件系统需要执行挂载操作后才能使用，外置4线spi nor flash文件系统初始化接口用法参考注册littleFS存储设备 - SPI NOR FLASH。外置6线spi nor flash仅特定型号特定固件支持，且不支持用户进行挂载操作，仅作内部使用。
读写速率
由于外置flash采用的是4线spi通信，内置flash采用的是6线spi通信。且内置flash spi clock比外置flash spi clock要高。综上因素导致外置flash的速率低于内置flash。大约相差4~8倍。所以在使用外置flash开发应用时，需要考虑速率瓶颈对业务的影响，如实时性要求高的GUI显示功能，涉及到图片文件和字库文件的存储和访问。针对这种应用场景，可以采用缓存机制减少影响，将近期常访问的数据缓存到RAM中，下次访问相同的数据时直接从RAM中读取。该机制一般由固件底层实现，用户可以配置缓存的空间大小和数量。
SD卡应用
原理概述
SD 卡(Secure Digital Memory Card)是一种基于半导体闪存工艺的存储卡。按照外观可以分为SD、mini-SD和Micro-SD。按照SD卡的容量，可以分为SDSC（SD Standard Capacity）（容量不大于2GB）、SDHC（SD High Capacity）（容量大于2GB不大于32GB）、SDXC（SD Extended Capacity）（容量大于32GB不大于2TGB）三种标准。通信接口可以选择SDIO接口或者SPI接口。
SDIO接口
SDIO接口方式，使用SDIO总线与SD卡进行通信。SDIO（Secure Digital Input and Output）是安全数字输入输出接口，是从SD内存卡接口的基础上演化出来的一种外设接口。SDIO接口兼容以前的SD内存卡，并且可以连接支持SDIO接口的设备。SDIO信号有三种模式，“单线模式”、“4线模式”、“SPI模式”。这里使用的是“4线模式”。
SPI接口
SPI接口方式，使用通用的SPI总线与SD卡进行通信，包括初始化SD卡、对SD卡读、写操作等。
应用时的注意事项
硬件连接
SDIO接口的硬件引脚使用参考硬件设计手册SD卡接口相关章节。SPI接口的硬件引脚使用参考class SPI – SPI通信中关于SPI引脚对应关系的介绍。
文件系统类型
SD卡功能采用的文件系统是FATFS，支持Windows兼容的FAT32格式。
软件接口
SD卡功能需要执行文件系统挂载操作后才能使用，SPI SD卡具体接口用法参考注册存储设备 - SPI - SD卡，SDIO SD卡具体接口用法参考注册存储设备 - SDIO - SD卡。
热插拔
当前仅SDIO SD卡支持卡插拔检测功能，而且需要搭配特定代码使用，具体接口用法参考设置SD卡检测管脚。
读写速率
由于SDIO接口有4条数据线进行数据传输，而SPI只有一条数据线，所以SDIO模式读写速率会比SPI模式高。SDIO SD卡write速率可以达到5MB/s，SPI SD卡write速率可以达到600KB/s。
应用场景
常用场景有存放音频文件（使用流播放的方式播放音频文件）、存放历史定位信息、存放日志等。
支持的模组
SDIO SD卡功能仅ECx00U & EGx00U系列支持。SPI SD卡功能仅ECx00N & EGx00N系列支持。
常见问题
挂载失败
如果出现挂载文件系统失败的情况，说明硬件没有通信成功。需要检查SD卡接口引脚是否连接正确且牢固。同时检查SD卡供电电压是否满足SD卡标准要求。
格式化
如果使用过程中出现文件系统异常，或者文件系统空间存满的情况，可以调用格式化接口对SD卡进行格式化。具体接口用法参考挂载文件系统。
EMMC应用
原理概述
EMMC（Embedded Multimedia Card）嵌入式多媒体卡是一种新的存储技术，由MMC协会订立。主要用于印刷电路板的嵌入式非易失性存储器系统。不可随意移动，是永久性的电路板附件。EMMC和SD的技术本质是一样的，都是从MMC规范演化而来，使用相同的总线规范，SD强调的是安全和数据保护，EMMC强调的是嵌入式的多媒体存储。
通信接口
采用SDIO通信接口。
使用方式
EMMC功能需要执行文件系统挂载操作后才能使用，具体接口用法参考待补充。
支持的模组
仅EC200ACNLA型号支持。
常见问题
NOR flash寿命
NOR flash最大擦写次数大概是10万次。使用过程中需要避免频繁擦写操作。NOR flash的接口简单，数据操作少，位交换操作少。因此可靠性高，认为不会出现坏块，不需要进行坏块管理。
NAND flash寿命
NAND flash最大擦写次数大概是100万次，使用过程中需要避免频繁擦写操作。NAND Flash接口和操作均相对复杂，位交换操作也很多，因此出现问题的几率要大得多，坏块不可避免。需要进行坏块管理，坏块管理机制由底层代码实现。
NOR flash和NAND flash特性差异
NOR flash可以直接运行程序，而NAND flash不行。由于对NAND flash闪存的操作都是以块和页为单位的，所以在向NAND flash闪存进行大量数据的读写时，速度要快于NOR flash。NOR flash的容量较小，一般在1~16MB左右。NAND Flash闪存的容量比较大，最大容量己达到8GB。