MicroPython SAMD端口多闪存设备支持的技术实现分析
2025-05-11 22:35:30作者:段琳惟
背景介绍
MicroPython的SAMD端口目前存在一个功能限制:无法同时访问MCU内部闪存和外部QSPI闪存。这一限制影响了某些特定应用场景的实现,特别是需要安全远程固件升级的系统。本文将深入分析这一技术问题的背景、现有实现方案以及可能的改进方向。
现有实现的问题
当前SAMD端口的闪存驱动实现存在两个主要限制:
-
单设备限制:modsamd.c模块只允许启用一种闪存类型(MCU闪存、SPI闪存或QSPI闪存),通过编译时宏定义选择。如果尝试启用多个,会导致编译错误。
-
功能局限:
- 闪存驱动仅暴露VFS协议方法,隐藏了原始块操作方法
- 不支持闪存分区概念,整个闪存设备被分配给VFS使用
- 与PyBoard的Flash设备不同,缺少start和len参数来定义独立区域
应用场景需求
典型的远程固件升级流程需要:
- 应用程序下载固件到文件系统
- 验证固件完整性
- 将新版本写入闪存独立区域
- 通过引导加载程序完成固件切换
这一流程需要:
- 同时访问文件系统区域和原始闪存区域
- 能够操作MCU闪存和外部闪存
- 确保在意外断电情况下的恢复能力
技术实现方案
方案一:多闪存设备支持
通过修改modsamd.c,允许同时启用多种闪存类型,并为每种类型提供独立的类名:
- samd.MCUFlash
- samd.SPIFlash
- samd.QSPIFlash
同时保留samd.Flash作为向后兼容的接口,通过配置宏指定默认使用的闪存类型。
方案二:闪存分区支持
修改闪存驱动程序(samd_flash.c等),增加以下功能:
- 支持start和len参数定义闪存区域
- 添加vfs_start和vfs_size字段管理文件系统区域
- 修改块操作方法,考虑分区偏移量
- 防止分区参数被重复修改
方案三:原始块访问扩展
在保持现有VFS接口的同时,提供原始闪存块访问能力:
- 通过未检查参数的块操作方法访问非文件系统区域
- 允许负块号访问文件系统之前的区域
- 需要应用程序自行管理访问边界
实现细节分析
闪存驱动修改
闪存驱动需要增加以下关键修改:
- 在make_new函数中添加start和len参数处理
- 初始化vfs_start和vfs_size字段
- 修改readblocks/writeblocks方法,增加分区偏移
- 调整ioctl调用,反映分区大小
链接脚本调整
需要修改链接脚本,确保:
- MCUFlash可以访问适当的闪存区域
- 不覆盖引导加载程序和运行中的应用程序
- 保留足够的空间用于固件更新
安全考虑
当前实现存在一些安全隐患:
- 块操作方法缺乏参数检查
- 无法自动发现文件系统区域
- 应用程序需要自行确保不破坏文件系统
- 多次实例化可能导致配置不一致
未来改进方向
- 正式支持闪存分区功能
- 提供安全的原始块访问API
- 增加闪存区域管理工具
- 完善参数检查和边界保护
结论
MicroPython SAMD端口的多闪存支持功能对于高级应用场景至关重要。通过合理的驱动修改和接口扩展,可以实现同时访问多种闪存设备的能力,为远程固件升级等复杂功能提供基础支持。开发者可以根据具体需求选择适合的实现方案,并注意相关的安全边界问题。
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