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# ESP32存储-非易失性存储 (NVS)
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## 一、介绍
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#### 1.1 基本概念
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非易失性存储 (NVS) 库主要用于在 flash 中**存储键值格式的数据**。
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在分区表一节我们所看到的分区表里都有一个nvs分区，如下（第一条分区）：
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```c
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# Name, Type, SubType, Offset, Size, Flags
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nvs, data, nvs, 0x9000, 0x4000,
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otadata, data, ota, 0xd000, 0x2000,
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phy_init, data, phy, 0xf000, 0x1000,
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factory, app, factory, 0x10000, 1M,
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```
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NVS 库通过调用 [esp_partition](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/latest/esp32/api-reference/storage/partition.html#flash-partition-apis) API 使用主 flash 的部分空间，即类型为 `data` 且子类型为 `nvs` 的所有分区。这部分空间就是留给我们充当键值对数据存储的。
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>NVS 最适合存储一些较小的数据，而非字符串或二进制大对象 (BLOB) 等较大的数据。如需存储较大的 BLOB 或者字符串，请考虑使用基于磨损均衡库的 FAT 文件系统。
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>如果NVS分区被截断，比如更改分区表布局的时候，应该擦除分区内容。可以使用 `idf.py erase_flash` 命令擦除flash上全部的内容。
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#### 1.2 键值对细节
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NVS 的操作对象为键值对，其中键是 ASCII 字符串，当前支持最大键长为 15 个字符，值可以为以下几种类型：
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整数型： uint8_t、int8_t、uint16_t、int16_t、uint32_t、int32_t、uint64_t 和 int64_t；
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字符型： 以 \0 结尾的字符串；
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二进制数据： 可变长度的二进制数据 (BLOB)。
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键必须唯一。为现有的键写入新值时，会将旧的值及数据类型更新为写入操作指定的值和数据类型。
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读取值时会执行数据类型检查。如果读取操作预期的数据类型与对应键的数据类型不匹配，则返回错误。
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#### 1.3 命名空间
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为了减少不同组件之间键名的潜在冲突，NVS 将每个键值对分配给一个命名空间。命名空间的命名规则遵循键名的命名规则，例如，最多可占 15 个字符。此外，单个 NVS 分区最多只能容纳 254 个不同的命名空间。命名空间的名称在调用 [`nvs_open()`](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/latest/esp32/api-reference/storage/nvs_flash.html#_CPPv48nvs_openPKc15nvs_open_mode_tP12nvs_handle_t "nvs_open") 或 [`nvs_open_from_partition`](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/latest/esp32/api-reference/storage/nvs_flash.html#_CPPv423nvs_open_from_partitionPKcPKc15nvs_open_mode_tP12nvs_handle_t "nvs_open_from_partition") 中指定，调用后将返回一个不透明句柄，用于后续调用 `nvs_get_*`、`nvs_set_*` 和 `nvs_commit` 函数。这样，一个句柄关联一个命名空间，键名便不会与其他命名空间中相同键名冲突。
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## 二、使用
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NVS 程序接口位于 `esp-idf/components/nvs_flash/include/nvs_flash.h`
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#### 2.1 初始化
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使用函数`nvs_flash_init()`，初始化默认NVS分区（无参数）
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> `nvs_flash_erase()`擦除默认NVS分区（标签为“NVS”的分区）的所有内容。
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示例：
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``` c
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// Initialize NVS
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esp_err_t err = nvs_flash_init();
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if (err == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES || err == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND) {
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// NVS partition was truncated and needs to be erased
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// Retry nvs_flash_init
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ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
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err = nvs_flash_init();
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}
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ESP_ERROR_CHECK( err );
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```
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#### 2.2 打开存储空间
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使用函数`esp_err_t nvs_open(const char *namespace_name, nvs_open_mode_t open_mode, nvs_handle_t *out_handle)`从默认NVS分区打开具有给定命名空间的非易失性存储。
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参数：
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- [in] name:命名空间名称。最大长度为(NVS_KEY_NAME_MAX_SIZE-1)个字符。不应该是空的。
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- [in] open_mode : NVS_READWRITE 或NVS_READONLY。如果是NVS_READONLY，将打开一个只读句柄。此句柄的所有写入请求都将被拒绝。
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- [out] out_handle:如果成功(返回码为零)，将在此参数中返回句柄。
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示例：
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```c
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nvs_handle_t my_handle;
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err = nvs_open("storage", NVS_READWRITE, &my_handle);
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```
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#### 2.3 读取API
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基本类型：
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```c
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esp_err_t nvs_get_i8 (nvs_handle_t handle, const char* key, int8_t* out_value);
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esp_err_t nvs_get_u8 (nvs_handle_t handle, const char* key, uint8_t* out_value);
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esp_err_t nvs_get_i16 (nvs_handle_t handle, const char* key, int16_t* out_value);
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esp_err_t nvs_get_u16 (nvs_handle_t handle, const char* key, uint16_t* out_value);
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esp_err_t nvs_get_i32 (nvs_handle_t handle, const char* key, int32_t* out_value);
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esp_err_t nvs_get_u32 (nvs_handle_t handle, const char* key, uint32_t* out_value);
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esp_err_t nvs_get_i64 (nvs_handle_t handle, const char* key, int64_t* out_value);
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esp_err_t nvs_get_u64 (nvs_handle_t handle, const char* key, uint64_t* out_value);
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```
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其他类型(多一个长度的参数)：
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``` c
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esp_err_t nvs_get_str (nvs_handle_t handle, const char* key, char* out_value, size_t* length);
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esp_err_t nvs_get_blob(nvs_handle_t handle, const char* key, void* out_value, size_t* length);
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```
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这部分api，简单明了，不再此详细解释。
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#### 2.4 写入API
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基本类型：
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``` c
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esp_err_t nvs_set_i8 (nvs_handle_t handle, const char* key, int8_t value);
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esp_err_t nvs_set_u8 (nvs_handle_t handle, const char* key, uint8_t value);
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esp_err_t nvs_set_i16 (nvs_handle_t handle, const char* key, int16_t value);
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esp_err_t nvs_set_u16 (nvs_handle_t handle, const char* key, uint16_t value);
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esp_err_t nvs_set_i32 (nvs_handle_t handle, const char* key, int32_t value);
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esp_err_t nvs_set_u32 (nvs_handle_t handle, const char* key, uint32_t value);
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esp_err_t nvs_set_i64 (nvs_handle_t handle, const char* key, int64_t value);
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||
esp_err_t nvs_set_u64 (nvs_handle_t handle, const char* key, uint64_t value);
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||
esp_err_t nvs_set_str (nvs_handle_t handle, const char* key, const char* value);
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```
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其他类型(多一个length的参数)：
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``` c
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//用来存储大二进制数据的函数（比如说结构体） esp_err_t nvs_set_blob(nvs_handle_t handle, const char* key, const void* value, size_t length);
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```
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#### 2.5 释放资源
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使用函数`void nvs_close(nvs_handle_t handle)`关闭存储句柄并释放所有已分配的资源。
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一旦不再使用nvs_open打开的每个句柄，就应该为该句柄调用此函数。关闭句柄可能不会自动将更改写入非易失性存储器。这必须使用`nvs_commit()`函数显式完成。一旦对句柄调用了此函数，就不应再使用该句柄。
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## 三、案例
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下面的案例用于在ESP32设备上实现一个简单的重启计数器，并将重启次数存储在非易失性存储中。
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```c
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#include <stdio.h>
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#include <inttypes.h>
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#include "freertos/FreeRTOS.h"
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#include "freertos/task.h"
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#include "esp_system.h"
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#include "nvs_flash.h"
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#include "nvs.h"
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void app_main(void)
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{
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// Initialize NVS
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esp_err_t err = nvs_flash_init();
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if (err == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES || err == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND) {
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// NVS partition was truncated and needs to be erased
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// Retry nvs_flash_init
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ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
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err = nvs_flash_init();
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}
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ESP_ERROR_CHECK( err );
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// Open
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printf("\n");
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printf("Opening Non-Volatile Storage (NVS) handle... ");
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nvs_handle_t my_handle;
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err = nvs_open("storage", NVS_READWRITE, &my_handle);
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if (err != ESP_OK) {
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printf("Error (%s) opening NVS handle!\n", esp_err_to_name(err));
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} else {
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printf("Done\n");
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// Read
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printf("Reading restart counter from NVS ... ");
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int32_t restart_counter = 0; // value will default to 0, if not set yet in NVS
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err = nvs_get_i32(my_handle, "restart_counter", &restart_counter);
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switch (err) {
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case ESP_OK:
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printf("Done\n");
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printf("Restart counter = %" PRIu32 "\n", restart_counter);
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||
break;
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case ESP_ERR_NVS_NOT_FOUND:
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||
printf("The value is not initialized yet!\n");
|
||
break;
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default :
|
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printf("Error (%s) reading!\n", esp_err_to_name(err));
|
||
}
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// Write
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printf("Updating restart counter in NVS ... ");
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restart_counter++;
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err = nvs_set_i32(my_handle, "restart_counter", restart_counter);
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printf((err != ESP_OK) ? "Failed!\n" : "Done\n");
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// Commit written value.
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// After setting any values, nvs_commit() must be called to ensure changes are written
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// to flash storage. Implementations may write to storage at other times,
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// but this is not guaranteed.
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printf("Committing updates in NVS ... ");
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err = nvs_commit(my_handle);
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||
printf((err != ESP_OK) ? "Failed!\n" : "Done\n");
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||
// Close
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nvs_close(my_handle);
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||
}
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printf("\n");
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// Restart module
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for (int i = 10; i >= 0; i--) {
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printf("Restarting in %d seconds...\n", i);
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vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
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||
}
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printf("Restarting now.\n");
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||
fflush(stdout);
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||
esp_restart();
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||
}
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```
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效果：可以记录下重启的次数，不随掉电丢失。
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# 参考链接
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1. https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/release-v5.2/esp32/api-reference/storage/nvs_flash.html#_CPPv48nvs_openPKc15nvs_open_mode_tP12nvs_handle_t |