Выравнивание износа

Как это работает

Программа обращается к логическим адресам, а слой выравнивания решает, в какой физический сектор их положить. Когда логический сектор переписывают, данные уходят в другой, свободный физический сектор, а старый освобождается для будущих записей. Таблица соответствия хранится в той же флеш-памяти. Насколько слой переживает пропадание питания, зависит от реализации: в ESP-IDF, например, режим Performance при сбое во время стирания теряет 4 096 байт данных, а режим Safety — нет (подробнее ниже).

По описанию littlefs, алгоритмы бывают двух видов:

littlefs реализует только динамическое выравнивание, причём статистическое: износ не учитывается, блоки выделяются по кругу, а после каждого монтирования распределитель начинает со случайного места. Кроме того, littlefs проверяет запись, обнаруживает плохие блоки и переносит данные из них — для NAND-флеш это обязательная часть работы.

Выравнивание износа в ESP-IDF

В ESP-IDF есть отдельный компонент wear_levelling. Он работает поверх раздела из таблицы разделов и чаще всего — под файловой системой FAT. По документации, лучшая производительность — с сектором 4 096 байт, но тогда нужен буфер в ОЗУ. Для экономии памяти есть режимы с сектором 512 байт:

• Performance — содержимое стираемого сектора держится в ОЗУ; если питание пропадёт в этот момент, 4 096 байт данных потеряются;
• Safety — данные сначала сохраняются во флеш, и после сбоя питания их можно восстановить при следующей загрузке.

Компонент не кэширует данные: к возврату из функции записи флеш-память уже обновлена. Часть секторов раздела он занимает под служебную информацию, поэтому доступный объём меньше размера раздела. Хранилище настроек NVS устроено иначе: по документации ESP-IDF, при изменении значения старая запись лишь помечается удалённой и остаётся во флеш, а новая пишется в свободное место, так что переписывания на месте нет и здесь. Для больших файлов документация NVS сама советует FAT поверх слоя wear levelling.

Когда без него можно обойтись

Если данные записывают редко — калибровку при производстве, настройки раз в месяц, — ресурса одного сектора хватает с огромным запасом. Выравнивание нужно для журналов, счётчиков и файловых систем, которые меняют одни и те же структуры при каждой записи. Для байтовых настроек часто проще взять EEPROM или FRAM, у которых ресурс выше и стирать секторами не нужно.