Nel mondo della tecnologia DIY, la ricerca di soluzioni di archiviazione a basso costo e basso consumo è sempre in crescita. Uno YouTuber ha recentemente dimostrato che è possibile realizzare un server di archiviazione utilizzando un ESP32, un microcontrollore con connettività Wi-Fi e Bluetooth.

Questa soluzione offre un’alternativa interessante ai classici NAS (Network Attached Storage) basati su Raspberry Pi o su PC, riducendo significativamente il consumo energetico e i tempi di avvio. In questo articolo esploreremo in dettaglio il progetto, i componenti utilizzati e le sue funzionalità, analizzando anche le possibili ottimizzazioni future.

Perché usare un ESP32 per un file server?

L’ESP32 è una scelta insolita per un server di archiviazione, ma presenta alcuni vantaggi rispetto a soluzioni più tradizionali come il Raspberry Pi:

• Consumo energetico ridotto: a differenza di un Raspberry Pi, che può consumare diversi watt di potenza, l’ESP32 richiede solo pochi milliwatt, rendendolo ideale per un sistema always-on.
• Tempo di avvio immediato: mentre un SBC come il Raspberry Pi impiega diversi secondi (se non minuti) per avviarsi, l’ESP32 è pronto quasi istantaneamente.
• Semplicità hardware: l’ESP32 non necessita di un sistema operativo completo, riducendo la complessità dell’installazione e della manutenzione.

Componenti utilizzati nel progetto

Per costruire questo server di archiviazione, sono stati impiegati i seguenti componenti:

1. ESP32 (Arduino Nano ESP32) – il cervello del sistema, che gestisce la connessione Wi-Fi e il server web.
2. Modulo lettore di SD card – utilizzato per la memorizzazione dei file.
3. Display OLED monocromatico – fornisce informazioni sullo stato del server, come velocità di trasferimento e connessione.
4. Pulsante fisico – per eventuali comandi manuali di reset o configurazione.

Perché una SD card?

L’uso di una SD card come supporto di archiviazione è una scelta pragmatica:

• Compattezza e facilità di sostituzione
• Basso consumo energetico
• Costi ridotti rispetto a soluzioni SSD o HDD

Tuttavia, come evidenziato nei commenti del video, le SD card non sono le migliori per un utilizzo a lungo termine, poiché possono degradarsi più rapidamente rispetto agli HDD o SSD.

Funzionamento del server web su ESP32

Il progetto sfrutta l’ESP32 per ospitare un web server accessibile da qualsiasi dispositivo connesso alla rete locale. Le funzionalità principali includono:

• Accesso via browser per caricare e scaricare file.
• Download di file gestito in blocchi da 65KB, per aggirare i limiti di memoria dell’ESP32.
• Interfaccia semplice in HTML, CSS e JavaScript per facilitare l’interazione con gli utenti.
• Sistema di link univoci per condividere directory specifiche.

Prestazioni del file server

I test hanno mostrato che il server può trasferire file a una velocità media di 500 KB/s, un valore accettabile per documenti e immagini di piccole dimensioni, ma piuttosto lento rispetto ai NAS tradizionali.

Per migliorare la velocità, sono state effettuate diverse ottimizzazioni, tra cui:

• Aumento della frequenza della SD card da 4 MHz a 40 MHz
• Utilizzo della massima frequenza CPU dell’ESP32 (240 MHz)
• Compressione dei file in trasmissione (GZIP)

Tuttavia, i risultati non sono stati particolarmente soddisfacenti, suggerendo che il collo di bottiglia sia il protocollo SPI, utilizzato per comunicare con la SD card.

Ottimizzazioni future

Passaggio alla modalità SD a 4 bit

Attualmente, la lettura e scrittura sulla SD card avviene tramite SPI (Serial Peripheral Interface), che è limitata in velocità. Una soluzione più performante sarebbe utilizzare la modalità SD 4-bit, che permetterebbe di moltiplicare il throughput di trasferimento.

Implementazione del multithreading

L’ESP32 è dotato di un’architettura dual-core, ma il codice attuale sfrutta un solo core. Spostare la gestione del display su un core separato potrebbe migliorare la fluidità dell’interfaccia.

Miglioramento dell’interfaccia utente

Attualmente, il sistema si basa su una pagina web molto basilare. Aggiungere un’interfaccia più raffinata con un sistema di autenticazione e una migliore gestione delle directory migliorerebbe notevolmente l’usabilità del file server.

Pareri e dubbi

Questo progetto rappresenta un’ottima occasione di apprendimento nel campo dell’elettronica e dell’informatica, piuttosto che una vera alternativa ai NAS tradizionali. Non ha la pretesa di sostituire un sistema di archiviazione professionale, né di competere con le prestazioni e l’affidabilità di dispositivi dedicati. Piuttosto, è un esercizio pratico per esplorare il funzionamento di un server di archiviazione, comprendere i meccanismi di rete e sperimentare concetti fondamentali come il networking, la gestione delle risorse hardware limitate e i sistemi di autenticazione.

Uno dei punti di forza di questo progetto è proprio la sua natura didattica: permette di mettere le mani su tecnologie reali senza dover investire in hardware costoso. L’ESP32, con il suo supporto Wi-Fi e la capacità di gestire richieste web, è una piattaforma ideale per avvicinarsi alla programmazione di server embedded, imparare a scrivere firmware ottimizzato e approfondire la gestione delle risorse di un microcontrollore. Inoltre, l’uso della serial communication per il controllo del file system rappresenta un aspetto interessante, poiché dimostra come sia possibile implementare funzionalità avanzate anche su dispositivi con potenza di calcolo ridotta.

Un’altra caratteristica che trovo particolarmente intrigante è la possibilità di ottimizzare le prestazioni tramite configurazioni hardware e software, come l’uso della modalità SD 4-bit o la gestione di richieste concorrenti su più core dell’ESP32. Anche se le prestazioni di trasferimento dati restano un limite evidente, il processo di ottimizzazione stesso diventa un’opportunità di apprendimento.

Infine, l’aspetto più interessante è che questo progetto è un vero e proprio work in progress. L’autore del video ha già individuato possibili miglioramenti, come la realizzazione di un case dedicato o l’implementazione di un’interfaccia utente più avanzata. Questo significa che il progetto non è un punto di arrivo, ma un trampolino di lancio per chiunque voglia sperimentare, personalizzare e sviluppare ulteriormente l’idea.

Conclusione

Questo progetto dimostra come un ESP32 possa essere utilizzato come un semplice file server a basso consumo, offrendo una soluzione alternativa ai classici NAS per piccoli utilizzi.

Tuttavia, le prestazioni sono ancora limitate, e per ottenere velocità di trasferimento più elevate sarebbero necessarie ulteriori ottimizzazioni, come l’uso della modalità SD 4-bit e il miglioramento del multithreading.

Nonostante questi limiti, il progetto ha suscitato molto interesse nella community, soprattutto tra coloro che cercano una soluzione economica per la condivisione di file in rete locale.

Nonostante la sua semplicità ed efficienza, questo file server presenta alcuni limiti rispetto a un NAS tradizionale. Il primo aspetto da considerare è la velocità di trasferimento, che si aggira intorno ai 500 KB/s. Questo valore, seppur sufficiente per piccoli file come immagini o documenti di testo, risulta piuttosto limitato per gestire file di grandi dimensioni. Inoltre, l’uso di una scheda SD come supporto di archiviazione rappresenta un’altra limitazione: rispetto a un HDD o SSD, una SD card offre una durata inferiore e una stabilità meno affidabile, rendendola inadatta per l’archiviazione a lungo termine di dati critici.

Attualmente, il server è concepito per funzionare esclusivamente all’interno della rete locale. Tuttavia, attraverso configurazioni aggiuntive come il port forwarding, sarebbe possibile renderlo accessibile anche da remoto, ampliando così le sue potenzialità d’uso. Per quanto riguarda la capacità di archiviazione, questa può essere aumentata facilmente sostituendo la scheda SD con una di maggiore capacità, anche se ciò non influirà sulle prestazioni in termini di velocità di lettura e scrittura.

Per migliorare le prestazioni e la sicurezza del sistema, potrebbero essere implementate alcune ottimizzazioni. Ad esempio, l’utilizzo della modalità SD 4-bit consentirebbe di incrementare sensibilmente la velocità di trasferimento dei dati. Un’interfaccia utente più intuitiva e avanzata potrebbe rendere l’esperienza d’uso più fluida, mentre l’implementazione di un sistema di autenticazione garantirebbe maggiore sicurezza nell’accesso ai file. Infine, l’aggiunta di una funzionalità di backup automatico potrebbe rendere il server più affidabile, consentendo di proteggere i dati senza interventi manuali.

Se sei un appassionato di elettronica e vuoi sperimentare con ESP32, questo file server rappresenta un ottimo punto di partenza!

Kit consigliati:

• Kit elegoo uno r3
• Arduino starter kit