ESP8266 – rozszerzenie pamięci FLASH SPI, Winbond W25Q, LittleFS, wymiana układu do 16 MB

Pytanie

ESP8266 , dodatkowy FLASH

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Tak, do ESP8266 można podłączyć dodatkowy układ FLASH SPI lub wymienić fabryczny układ na większy (do 16 MB).
• Najprościej użyć pamięci z rodziny Winbond W25Qxx (3,3 V, 4–16 MB) i podpiąć ją do magistrali HSPI (GPIO 12/13/14 + dowolny GPIO jako CS).
• Programowo obsługę realizuje się przez LittleFS/SPIFFS lub bezpośredni sterownik SPIFlash, a w Arduino IDE/FW trzeba ustawić nowy rozmiar FLASH.

Szczegółowa analiza problemu

1. Limity i architektura ESP8266

1. ESP8266 adresuje FLASH w przestrzeni 24-bitowej ⇒ maks. 16 MB (128 Mbit).
2. Magistrala QSPI dla FLASH rozruchowego (CS0) współdzieli linie z HSPI, co pozwala:
   • a) wymienić istniejący układ (CS0)
   • b) podłączyć drugi układ na osobnym CS (CS1, CS2…), wykorzystywany wyłącznie jako magazyn danych.

2. Warianty sprzętowe

Schemat połączeń dla dodatkowego układu (przykł. CS = GPIO15):

ESP8266      FLASH
3V3      →   VCC
GND      →   GND
GPIO12   →   MISO (DO)
GPIO13   →   MOSI (DI)
GPIO14   →   CLK
GPIO15   →   CS

Kondensator 100 nF + 10 µF przy VCC obowiązkowy.

3. Konfiguracja oprogramowania

1. Arduino IDE / PlatformIO → Tools / board_build.flash_size = „16M” (lub 8M).
2. Dla dodatkowego CS:

   #include <LittleFS.h>
   #define EXT_CS 15
   void setup() {
   LittleFSConfig cfg;
   cfg.setFlashChipSelectPin(EXT_CS);
   LittleFS.setConfig(cfg);
   if (!LittleFS.begin()) Serial.println("Init ERR");
   }

3. Po wymianie CS0 – pełny erase:

   esptool.py --port COMx erase_flash

   następnie wgrać bootloader + firmware z odpowiednim podziałem (OTA + FS).

4. Wear-levelling i trwałość

• FLASH: ≈ 100 k cykli/stron ⇒ logi buforować w RAM i zapisywać paczkami.
• LittleFS posiada wbudowane wear levelling, SPIFFS – nie.

5. Przykładowe zastosowania

• Lokalne cache HTTP, pliki HTML/JS (serwer WWW).
• Datalogging temperatury na tygodnie bez Wi-Fi.
• Bufor firmware OTA dla wielu urządzeń w sieci (gateway).

Aktualne informacje i trendy

• Rdzeń Arduino-ESP8266 3.1.x (2023) natywnie obsługuje 16 MB i LittleFS 2.
• Pojawiają się płytki NodeMCU V3 32 MB – realnie 16 MB wykorzystywane, reszta niewidoczna przez mapowanie (pozostaje na dane surowe).
• Espressif promuje ESP8266-NG z wbudowanym 8 MB PSRAM + 16 MB FLASH (zapowiedź 2024).

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Linia GPIO15 musi być w stanie L przy reset – idealna jako CS, bo i tak jest podciągnięta do GND (10 kΩ).
• Tryby QIO/DIO wybierane są przez bootloader; przy zewnętrznym FLASH można wymusić DIO, jeśli ścieżki są długie.
• Maks. taktowanie HSPI przy stabilnym okablowaniu: 40–80 MHz; przy płytkach przewlekanych lepiej ograniczyć do 40 MHz.

Aspekty etyczne i prawne

• Wymiana komponentów na module certyfikowanym (CE/FCC) formalnie unieważnia certyfikat radiowy urządzenia końcowego.
• Logowanie danych osobowych (np. czujniki obecności) wymaga zgodności z RODO – przechowywać zaszyfrowane lub w chmurze spełniającej wymogi.
• Firmware OTA musi być podpisany, aby zapobiec wgraniu złośliwego kodu.

Praktyczne wskazówki

1. Do prototypów kup moduł Wemos D1 mini Pro 16 MB – taniej niż hot-air + układ.
2. Przy reworku użyj topnika o niskiej temperaturze i grotu 1 mm, unikniesz przesunięcia ESP8266.
3. Po każdej operacji wpisz w konsoli: esptool.py flash_id – upewnij się, że nowy układ jest widoczny (manufacturer 0xEF = Winbond).
4. Ustaw zasilanie 3,3 V > 300 mA; w trakcie programowania prąd skokowo rośnie.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Kod użytkownika nadal mieści się w pierwszym 1-2 MB (I-ROM cache). Większy FLASH daje głównie korzyści dla danych/FS.
• Pamięci > 16 MB będą wykryte, ale adresy powyżej 0xFFFFFF nie są mapowane – użyteczne jedynie przez surowe komendy SPI.
• Przy współdzieleniu magistrali z wyświetlaczami SPI należy obniżyć taktowanie lub zastosować bramkę stanów (74LVC1T45).

Sugestie dalszych badań

• Badanie wpływu wear-levelling LittleFS vs SPIFFS na trwałość (test: 10^6 cykli).
• Implementacja FATFS na dodatkowym FLASH (projekt open-source Mischianti).
• Integracja z WebSerial/HTTP OTA do aktualizacji plików bezpośrednio z przeglądarki.
• Eksperymenty z kompresją LZ4 w czasie rzeczywistym dla logów (oszczędność 50–60 %).

Krótkie podsumowanie

Rozszerzenie pamięci w ESP8266 jest technicznie proste: lutujemy układ SPI 3,3 V, podpinamy do GPIO12/13/14 + CS, konfigurujemy LittleFS lub wymieniamy istniejący układ i ustawiamy nowy rozmiar w IDE. Limit adresowalny to 16 MB; większa pojemność przydaje się głównie do przechowywania danych i OTA, mniej – do samego kodu. Z perspektywy produkcji często tańszy i pewniejszy jest zakup modułu z fabrycznie większym FLASH-em.