OpenThread 非易失性存储：NVM3 数据持久化、key 空间规划与多协议 Flash 共享

非易失性存储（Non-Volatile Memory，NVM）是嵌入式系统中保存关键配置数据的核心机制。对于 OpenThread 而言，网络凭证、设备角色、路由表等信息需要在设备掉电重启后依然保持有效。Silicon Labs 推荐在 OpenThread 应用中使用 NVM3（第三代非易失性存储）作为统一的数据持久化方案，以替代传统的 Simulated EEPROM 和 PS Store。

非易失性存储基础

Silicon Labs 微控制器和 SoC 提供三种非易失性存储实现，适用于不同的协议和应用场景：

Simulated EEPROM

模拟 EEPROM 方案，通过将 Flash 区域分割为多个页面来模拟 EEPROM 操作。适用于传统 Ember/Zigbee 项目，但存在擦写寿命和存储容量的限制。

PS Store

用于 Bluetooth 协议栈的持久化存储方案，通过键值对（key-value pair）方式存储数据，专为 BLE 协议栈内部使用而设计。

NVM3

第三代非易失性存储，支持多种 Silicon Labs 协议栈（包括 OpenThread、Zigbee、Bluetooth），提供更大的存储容量、更好的磨损均衡和掉电保护特性，是当前推荐方案。

OpenThread SDK 默认使用 NVM3 作为非易失性存储后端，用于保存网络配置、活跃数据集（Active Dataset）、待定数据集（Pending Dataset）等关键信息。

NVM3 在 OpenThread 中的作用

OpenThread 协议栈使用非易失性存储保存以下类型的数据：

网络凭证与数据集

Active Operational Dataset：包含网络名称、PAN ID、信道、主密钥（Network Key）等核心网络参数
Pending Operational Dataset：待生效的新数据集，用于网络参数的平滑迁移
设备扩展地址（EUI-64）：设备的唯一标识符

设备角色与网络状态

设备当前角色（Router、End Device、Leader 等）
Router ID 分配表
Child 设备信息（对于 Router 节点）
Commissioner 状态

安全相关数据

网络密钥帧计数器（Frame Counter），防止重放攻击
密钥序列号（Key Sequence Number）
设备证书与私钥（当使用 Secure Vault 时）

NVM3 配置与使用

基本配置
数据读写示例
磨损均衡与维护

在 Simplicity Studio 5 中，NVM3 存储区域的大小通过 Linker Script 中的 nvm3_default_size 参数控制。默认配置通常已足够满足 OpenThread 的存储需求，但对于需要存储大量应用数据的场景，可以适当增大 NVM3 分区。

// NVM3 默认实例初始化示例
#include "nvm3_default.h"

// NVM3 在协议栈初始化时自动挂载，无需手动调用
// 应用数据可通过以下 API 读写
Ecode_t result;
uint32_t myData = 0xDEADBEEF;

// 写入数据（key 范围由应用自定义，避免与协议栈冲突）
result = nvm3_writeData(nvm3_defaultHandle, 0x0001, &myData, sizeof(myData));

NVM3 使用键值对方式存储数据，每个 key 对应一个数据对象。开发者应为应用数据分配独立的 key 范围，避免与 OpenThread 协议栈内部使用的 key 发生冲突。

#include "nvm3_default.h"

#define APP_NVM3_KEY_CONFIG  0x0010  // 应用自定义 key

// 读取已保存的配置
uint8_t config[16];
Ecode_t result = nvm3_readData(nvm3_defaultHandle,
                               APP_NVM3_KEY_CONFIG,
                               config,
                               sizeof(config));
if (result == ECODE_NVM3_OK) {
    // 读取成功，使用 config 数据
} else if (result == ECODE_NVM3_ERR_KEY_NOT_FOUND) {
    // 首次启动，使用默认配置
}

// 写入新配置
result = nvm3_writeData(nvm3_defaultHandle,
                         APP_NVM3_KEY_CONFIG,
                         config,
                         sizeof(config));

NVM3 内部实现了自动磨损均衡（wear leveling），无需应用层干预。但在存储空间紧张时，可调用 nvm3_repack() 手动触发整理操作，回收因对象删除产生的碎片空间。

// 检查是否需要 repack
if (nvm3_repackNeeded(nvm3_defaultHandle)) {
    nvm3_repack(nvm3_defaultHandle);
}

nvm3_repack() 操作会触发 Flash 擦写，耗时较长（数毫秒至数十毫秒）。应在应用空闲期调用，避免影响实时性要求较高的操作。

参考文档

Non-Volatile Data Storage Fundamentals (UG103.07)

介绍使用闪存的非易失性数据存储原理，以及 Silicon Labs 微控制器和 SoC 提供的三种存储实现（Simulated EEPROM、PS Store、NVM3）的特点与适用场景比较。

Using NVM3 Data Storage (AN1135)

详细解释如何在 OpenThread、Zigbee、Bluetooth 等各种协议实现中将 NVM3 用作非易失性数据存储，包括 key 空间规划、配置选项和迁移方法。

在多协议应用（如 DMP 方案中同时运行 OpenThread 和 Bluetooth）中，NVM3 被所有协议栈共享。请确保各协议栈与应用层使用的 NVM3 key 范围不重叠，具体 key 分配请参考 AN1135。

OpenThread 开发

高级主题

OpenThread 非易失性存储：NVM3 数据持久化、key 空间规划与多协议 Flash 共享

非易失性存储基础

Simulated EEPROM

PS Store

NVM3

NVM3 在 OpenThread 中的作用

NVM3 配置与使用

参考文档

Non-Volatile Data Storage Fundamentals (UG103.07)

Using NVM3 Data Storage (AN1135)

Build docs developers (and LLMs) love

OpenThread 开发

高级主题

Documentation Index

​非易失性存储基础

Simulated EEPROM

PS Store

NVM3

​NVM3 在 OpenThread 中的作用

​NVM3 配置与使用

​参考文档

Non-Volatile Data Storage Fundamentals (UG103.07)

Using NVM3 Data Storage (AN1135)

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非易失性存储基础

NVM3 在 OpenThread 中的作用

NVM3 配置与使用

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