配置分区

在 Baremetal 系统中，分区的设置和管理是系统正常运行和日常维护的重要方面。本章节介绍 Baremetal 系统中分区的特点、规则和分区修改的方法。

按照存储介质的逻辑划分，关于Baremetal 默认分区类型，可查看分区类型介绍。

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分区类型介绍

在 Baremetal 系统中，分区的设置和管理是系统正常运行和日常维护的重要方面。本章节介绍 Baremetal 系统中分区的特点、规则和分区修改的方法。

按照存储介质的逻辑划分，Baremetal 默认分区包括以下几种：

启动分区：存放 BootLoader，用于系统启动。
数据分区：用于存储用户数据。
A/B 系统分区：分为 A/B 系统，实现 OTA，即 Flash 上保存前后两个版本的系统程序。

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启动分区

在 Baremetal 系统中，启动分区（"spl" 分区）是存储介质上的第一个分区，用于存放 BootLoader，并且根据不同的存储介质类型和配置，其位置、大小和内容有所不同。

"spl" 分区为默认名称，用户可以根据需要自定义和修改启动分区名称。

Baremetal 系统中的默认分区设置如下：

表 1. Luban-Lite 默认启动分区设置
启动分区	位置	尺寸	用途及说明
SPI NOR	0 ~ X 区间	256K	存放 BootLoader BROM 加载的程序可以大于 256K，但 BROM 运行时的速度较慢，不建议加载过大的程序。
SPI NAND	前四个物理块	SPI NAND 启动分区大小取决于块大小：块大小为 128K 时，启动分区为 512K。块大小为 256K 时，启动分区为 1M。	启动分区内使用四个启动块保存两份启动镜像。
eMMC	UDA 区域的 17K ~ X 区间	建议启动镜像小于 512K。	BROM 从该区域读取程序。

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数据分区

在 Baremetal 系统中，通过对 SPI NOR/ SPI NAND Flash 进行分区可以实现数据的存储和管理，为数据的读写提供了不同的功能和性能特点。

在 Baremetal 系统中，SPI NOR/ SPI NAND Flash 上设置了以下默认分区来保存数据。两个分区在设计和实现上有一些差异，用户需要了解并根据实际情况规划数据存储：

表 2. Luban-Lite 数据分区设置
分区类型	"rodata"	"data"
目的	保存 APP 应用需要使用的资源文件。	提供一个可读写的文件系统分区，用于保存设备在使用过程中生成的需要写入 Flash 的数据。
文件系统	FAT 文件系统	在 SPI NOR Flash 上，使用 LittleFS。在 SPI NAND Flash 上，使用 FATFS。在 eMMC 上，每个分区都是可读写的，默认使用 FATFS。
读写支持	只读，不支持写入	可读写
适用场景和特点	通过直接访问 Flash 的方式读取数据，可以更好的管理并快速访问 APP 应用资源。	适合存储设备运行过程中产生的临时数据或需要修改的数据。适用于需要频繁读写的场景，如用户设置、日志记录等。
备注	使用 SPI NOR 时，可以通过配置的方式强制使能 "rodata" 可读写，但是需要注意其中的风险： Flash 写入前需要先按块擦除，但是擦除和重新写入需要的时间比较长 FATFS 没有日志，不支持异地写入，因此需要原地回写，如果擦除和回写时出现掉电，会导致文件系统损坏

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A/B 系统分区

在 Baremetal 系统中，A/B 系统分区是实现 Over-the-Air (OTA) 软件更新机制的一个重要部分。这种分区方式需要在 Flash 上保存前后两个版本的系统程序，并将每个版本保存在指定的分区中。

A/B 系统的分区命名比较直接，便于轻松识别两套软件版本，详细命名规则如下所示：

A 系统分区：直接使用其所代表的分区的名称，例如存储只读数据的 "rodata" 分区，则 A 系统分区即命名为 "rodata"。
B 系统分区：在对应的 A 系统分区名后加上 _r 后缀，例如 rodata_r。

使用专门的 A/B 分区机制，可以最大化资源使用、实现备份，并且提前配置所需软件更新的存储空间，而不影响系统的运行性能。A/B 系统分区具有下列优势：

避免出现升级过程中意外断电导致系统更新失败且重启后不能继续升级的问题。
自带回滚机制，可以恢复到原来的程序。
对比 Recovery 系统方案，配置简单，维护方便。
消耗的存储资源相对较少，现有平台存储资源完全能满足要求。
在 RTOS 系统上获取、校验和升级固件，不涉及 Boot，不需要额外存储空间保存 OTA 升级文件。
市面上的应用广泛。

如图所示，各分区详细描述如下：

ENV 分区：用来保存 ENV 环境变量，其中增加了一个备用 ENV 分区，确保在一份数据破坏后，另外一份数据还能继续使用。
OS， RODATA 和 DATA 分区各有一个主分区和一个备份分区，统称为 A/ B 系统。
用户可根据实际 OTA 需求裁剪分区，例如只需升级 OS，则可以删除 RODATA 与 DATA 的备份分区。

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分区与存储设备的关系

Baremetal 上使用 RT-Thread 时，每个分区都对应一个或者多个系统设备。不同存储介质的对应关系如下表格所示。系统中出现但此处未列出的其它分区，同样遵循下列规则。

表 3. SPI NOR 上的分区、设备和文件系统
分区名	MTD 设备名	块设备名	文件系统	备注
"spl"	"spl"	-	-	-
"os"	"os"	-	-	-
"rodata"	"rodata"	"blk_rodata"	FATFS	FATFS 通过 "blk_rodata" 设备访问 Flash
"data"	"data"	-	LittleFS	LittleFS 直接通过 MTD 设备访问 Flash

分区名：
- "spl"：分区及其设备名，"spl" 分区主要用于存储二次引导加载程序，是系统启动的第一个阶段所加载的程序。
- "os"："os" 分区，存放操作系统的主要部分，是系统运行的核心区域。
- "rodata"："rodata" 分区，主要用于存储只读数据，包括系统在运行时需要读取但不修改的配置信息等。
- "data"："data" 分区，用来存储可变数据，如用户生成的数据或系统运行时产生的临时数据。
MTD 设备名：对 Flash 的底层直接访问，便于进行读写硬件等操作。
块设备名：通过将物理存储抽象为块设备，简化了对文件系统的操作。仅 "rodata" 分区关联了一个块设备名 "blk_rodata"。
文件系统："rodata" 分区使用 FATFS 文件系统，使得数据以文件的形式进行存储和管理。"data" 分区使用 LittleFS 文件系统。
访问规则：
- 直接访问 Flash，使用 MTD 设备
- FATFS 访问 Flash，需要使用块设备
- LittleFS 访问 Flash，使用 MTD 设备

表 4. SPI NAND 上的分区、设备和文件系统
分区名字	MTD 设备名	块设备名	文件系统	备注
"spl"	"spl"	-	-	-
"os"	"os"	-	-	-
"rodata"	"rodata"	"blk_rodata"	FATFS	通过 "blk_rodata" 设备访问 Flash，FATFS 只读
"data"	"data"	"blk_data"	FATFS	"blk_data"设备是通过 NFTL 层创建， FATFS 访问 "blk_data" 时，通过 NFTL 访问 Flash。

分区名：
- "spl"：分区及其设备名，"spl" 分区主要用于存储二次引导加载程序，是系统启动的第一个阶段所加载的程序。
- "os"："os" 分区，存放操作系统的主要部分，是系统运行的核心区域。
- "rodata"："rodata" 分区，主要用于存储只读数据，包括系统在运行时需要读取但不修改的配置信息等。
- "data"："data" 分区，用来存储可变数据，如用户生成的数据或系统运行时产生的临时数据。
MTD 设备名：对 Flash 的底层直接访问，便于进行读写硬件等操作。
块设备名：通过将物理存储抽象为块设备，简化了对文件系统的操作。"blk_rodata" 和 "blk_data" 分别支持对 "rodata" 和 "data" 分区的文件系统访问。
文件系统："rodata" 分区使用 FATFS 文件系统，使得数据以文件的形式进行存储和管理。"data" 分区使用 FATFS 文件系统。
NFTL 层：网络闪存转换层，主要用来将 Flash 的物理特性映射为一般块设备，便于 FATFS 等文件系统无需关心底层 NAND Flash 的具体特性。
注：
建议只设置一个使用 NFTL 的分区，并且分区不要太小。因为 NFTL 需要预留至少 6 MB 空间做坏块管理。
访问规则：
- 直接访问 Flash，使用 MTD 设备
- FATFS 访问 Flash，需要使用块设备，通过 NFTL 层访问 Flash

表 5. eMMC 上的分区、设备和文件系统
分区名字	MTD 设备名	块设备名	文件系统	备注
"spl"	-	`mmc0p0`	-	-
"os"	-	`mmc0p1`	-	-
"rodata"	-	`mmc0p2`	FATFS	此处的分区排序仅为示例
"data"	-	`mmc0p3`	FATFS	此处的分区排序仅为示例

分区名：
- "spl"：分区及其设备名，"spl" 分区主要用于存储二次引导加载程序，是系统启动的第一个阶段所加载的程序。
- "os"："os" 分区，存放操作系统的主要部分，是系统运行的核心区域。
- "rodata" ："rodata" 分区，主要用于存储只读数据，包括系统在运行时需要读取但不修改的配置信息等。
- "data"："data" 分区，用来存储可变数据，如用户生成的数据或系统运行时产生的临时数据。
MTD 设备名：对 Flash 的底层直接访问，便于进行读写硬件等操作。
块设备名：块设备按照分区顺序从 0 开始编号，例如从 mmc0p0 到 mmc0p3。每个块设备代表 eMMC 中的一个分区，简化了物理存储到逻辑存储的映射，便于后续的文件系统管理。
文件系统："rodata" 和 "data" 分区均使用 FATFS 文件系统。
访问规则：块设备的命名，按照分区的排序从 0 开始编号

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修改分区

image_cfg.json 文件是设置分区信息以及如何生成烧录镜像文件的配置文件，由于分区和烧录信息是相互关联的，因此在一个文件中进行配置。 image_cfg.json 文件的保存路径为 target/chip/board/pack/image_cfg.json。

分区数值的书写规则如下：

不带单位，表示字节
可以使用单位 k 或者 K
可以使用单位 m 或者 M
可以使用单位 g 或者 G

输入分区 "size" 值时，需要注意存储介质的对齐要求：

SPINOR: 与最小擦除块大小对齐，一般为 4K 或者 64K，具体请参考 SPINOR 的数据手册。
SPI NAND: 与最小擦除块大小对齐，一般为 128K 或者 256K，具体请参考 SPINAND 的数据手册。
eMMC: 需要 512 字节对齐。

分区设置步骤和流程如下所示：

在 image_cfg.json 文件中查找对应媒介的分区配置信息。

image_cfg.json 文件是设置分区信息以及配置烧录镜像文件生成方式的配置文件，保存路径为 target/chip/board/pack/image_cfg.json。

chip 为对应芯片型号。
board 为芯片开发板型号。

以下以 SPI NAND 的分区配置为例：

注：对于 SPI NAND Flash 的分区配置，需要注意 NFTL 分区的配置方法。

"spi-nand": {
    "size": "128m", // Size of SPI NAND
    "partitions": {
        "spl":      { "size": "1m" },
        "env":      { "size": "256k" },
        "env_r":    { "size": "256k" },
        "os":       { "size": "4m" },
        "os_r":     { "size": "4m" },
        "rodata":   { "size": "12m" },
        "rodata_r": { "size": "12m" },
        "data": {
            "size": "40m",
            "nftl": { // Volume in NFTL device
                "datavol": { "size": "-" },
            },
        },
    },
},

根据所需分区尺寸，修改对应的分区 "size" 值，否则可跳过此步。

例如，将 "data" 分区中的 "size" 从 40M 修改为 50M 后，示例如下：

"spi-nand": {
    "size": "128m", // Size of SPI NAND
    "partitions": {
        "spl":      { "size": "1m" },
        "env":      { "size": "256k" },
        "env_r":    { "size": "256k" },
        "os":       { "size": "4m" },
        "os_r":     { "size": "4m" },
        "rodata":   { "size": "12m" },
        "rodata_r": { "size": "12m" },
        "data": {
            "size": "50m",
            "nftl": { // Volume in NFTL device
                "datavol": { "size": "-" },
            },
        },
    },
},

如需新增一个分区，在所需位置添加一行配置即可，否则可跳过此步。

例如，新增一个 "user" 分区，示例如下：

"spi-nand": {
    "size": "128m", // Size of SPI NAND
    "partitions": {
        "spl":      { "size": "1m" },
        "env":      { "size": "256k" },
        "env_r":    { "size": "256k" },
        "os":       { "size": "4m" },
        "os_r":     { "size": "4m" },
        "rodata":   { "size": "12m" },
        "rodata_r": { "size": "12m" },
        "user":     { "size": "20m" },      // 新添加的分区
        "data": {
            "size": "50m",
            "nftl": { // Volume in NFTL device
                "datavol": { "size": "20m" },
            },
        },
    },
},

如果新增的分区需要烧录预制内容，在 "target" 段中新增配置。

注：对于分区表中的分区，如果没有在 "target" 段中设置需要烧录的数据，则在烧录过程中，该分区不会被擦除和修改。

"target": { // Image components which will be burn to device's partitions
    "spl": {
        "file": "bootloader.aic",
        "attr": ["required"],
        "part": ["spl"]
    },

    ...

    "mydata": {                 // 此处组件名字可自定义
        "file": "userdata.bin", // 此处为要烧录到分区的数据
        "attr": ["mtd", "optional"],
        "part": ["user"]        // 此处设置要烧录的分区名字
    },
},

如需删除一个分区，删除对应的分区配置行即可。

例如，删除新增的 "user" 分区，示例如下：

"spi-nand": {
    "size": "128m", // Size of SPI NAND
    "partitions": {
        "spl":      { "size": "1m" },
        "env":      { "size": "256k" },
        "env_r":    { "size": "256k" },
        "os":       { "size": "4m" },
        "os_r":     { "size": "4m" },
        "rodata":   { "size": "12m" },
        "rodata_r": { "size": "12m" },
        "data": {
            "size": "50m",
            "nftl": { // Volume in NFTL device
                "datavol": { "size": "20m" },
            },
        },
    },
},

注：

检查 target 段中是否有使用该分区，如果有，则删除相关的配置。

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分区配置示例

image_cfg.json 文件是设置分区信息以及配置烧录镜像文件生成方式的配置文件。由于分区和烧录信息是相互关联的，因此在一个文件中进行配置。 image_cfg.json 文件的保存路径为 target/chip/board/pack/image_cfg.json。

chip 为对应芯片型号。
board 为芯片开发板型号。

SPI NOR 的分区配置示例

"spi-nor": {
    "size": "16m", // Size of SPI NOR
    "partitions": {
        "spl":        { "size": "256k" },
        "env":        { "size": "128k" },
        "env_r":      { "size": "128k" },
        "os":         { "size": "1m" },
        "os_r":       { "size": "1m" },
        "rodata":     { "size": "3m" },
        "rodata_r":   { "size": "3m" },
        "data":       { "size": "7m" }
    },
},

SPI NAND Flash 的分区配置示例

注：对于 SPI NAND Flash 的分区配置，需要注意 NFTL 分区的配置方法。

"spi-nand": {
    "size": "128m", // Size of SPI NAND
    "partitions": {
        "spl":      { "size": "1m" },
        "env":      { "size": "256k" },
        "env_r":    { "size": "256k" },
        "os":       { "size": "4m" },
        "os_r":     { "size": "4m" },
        "rodata":   { "size": "12m" },
        "rodata_r": { "size": "12m" },
        "data": {
            "size": "40m",
            "nftl": { // Volume in NFTL device
                "datavol": { "size": "-" },
            },
        },
    },
},

上述示例中， "data" 分区的配置了如下内容：

"size"：40 MB
"nftl" 设备：
- "datavol"：表示 NFTL 设备的一个卷。
- "size"：“-” 表示卷的大小是 NFTL 设备的所有剩余存储空间。
  NFTL 设备需要使用大约 6 MB 的空间做坏块管理，因此 “datavol” 的可用大小大约为 34 MB。

eMMC 的分区配置示例

注：第一个分区的开始位置。eMMC 使用 GPT 分区表格式，需要在 eMMC 的开始和末尾都预留 17K 的空间存放 GPT 信息，因此 “spl” 的开始位置为 “0x4400”。

"mmc": {
    "size": "8G", // Size of SD/eMMC
    "partitions": {
        "spl":        { "offset": "0x4400", "size": "256k" },
        "os":         { "size": "1m" },
        "rodata":     { "size": "3m" },
        "data":       { "size": "5m" }
    },
},

每一个分区的配置项中，都有 "offset" 和 "size" 两个配置信息，其中 "offset" 用于配置该分区的开始位置。如未设置 "offset"，表示该分区紧跟上一个分区之后。