Карта памяти ATmega328: 1 КБ EEPROM

К весне на одной Uno у меня по очереди жили три скетча: ночник со счётчиком включений, термостат и журнал замеров. Писал я их вразнобой: счётчик — в нулевой и первой ячейках, порог — в пятой, журнал — с десятой. Каждый следующий проект честно работал со своими адресами и сносил чужие. Когда понадобился снова счётчик, он показал ноль: на его месте год жил порог термостата. Данные не испортились — они были выселены без уведомления, и виноват был я с раскладкой в голове.

EEPROM на Uno — тысяча двадцать четыре байта, на Mega — четыре тысячи девяносто шесть. По меркам flash это ничто, по меркам настроек — целое хранилище: в килобайт помещается 512 значений int или 256 long. Но без плана тысяча ячеек превращается в стихийную свалку, где каждый новый скетч строит на руинах предыдущего. Свежая плата к тому же встречает вас всеми ячейками по 255 — это стёртое состояние, поэтому первый запуск узнаётся по magic-байту, а не по нулям.

Урок о том, как раскладывать тысячу ячеек заранее: регионы для настроек, счётчиков и журнала, зачем между ними резерв и почему переезд поля — это не перестановка цифры в коде, а миграция с сохранением данных. В конце — таблица-карта, с которой я теперь начинаю любой проект с EEPROM, до первой строки кода.

В симуляторе EEPROM не эмулируется — модель памяти это массив в скетче, заполненный, как настоящая чистая EEPROM, числом 255. Кнопка добавляет записи в журнал, Serial печатает раскладку и следит за счётчиком. Логика регионов на плате и в модели одинаковая.

Правило простое: память делится на регионы, у региона есть первый адрес, последний адрес и назначение. Моя стандартная раскладка для Uno: настройки с 0 по 63 — magic, версия и все поля; счётчики с 64 по 71 — числа, которые растут сами; резерв с 72 по 127 — пустота под поля, о которых я ещё не подумал; журнал с 128 по 511 — записи по кругу; всё с 512 и дальше — свободно. Порядок неслучаен: то, что меняется часто и растёт, живёт выше, а редкие поля — ниже. Частота изменений задаёт этаж: настройки меняются руками раз в месяц, счётчики — сами при каждом событии, журнал — по нажатию, поэтому именно журнал держу выше всех, в самом быстром регионе.

Почему не абы где: адрес — часть формата данных, договор между всеми версиями прошивки, которые когда-либо работали с этой платой. Порог, переехавший с адреса 5 на 6, для нового скетча — просто другая ячейка. Но в ячейке 6 может лежать чужое значение, записанное старой прошивкой, и настройки после обновления читаются как мусор или как 255. Переезд поля — миграция: прочитать из старого адреса, записать в новый, поднять номер версии раскладки, обновить magic. В коде это три-четыре строки в setup(), и только после них работает основной цикл. Пять строк, если продумано заранее, и потерянные настройки пользователя, если нет.

Вторая классика беды — пересечение: int живёт в ячейках 64-65, а сосед-поле записан в 65. Запись одного тихо портит другой, и ничего не горит: числа просто странно скачут при чтении. Защита одна — карта, где у каждого поля точный адрес, и константы вместо голых чисел в коде; константам посвящён следующий урок. Счётчики я раскладываю парами байтов той же арифметикой, что в уроке про счётчик включений: старший байт, младший байт, сборка в ёмкую переменную.

Откуда вообще взялись эти три памяти и чем EEPROM отличается от flash и SRAM по устройству чипа — я раскладывал по полочкам в уроке про PROGMEM и память; здесь же нас интересует только килобайт адресов 0-1023.

Печать карты в setup() стоит пять строк и окупается в первый же месяц: открываете монитор порта и видите, кто где живёт, не листая код и не сверяясь с комментарием полугодовой давности. Счётчик включений читается из своего региона и растёт при каждом старте. Запись журнала добавляется по кнопке: адрес следующей записи считается из указателя, по достижении конца региона указатель обнуляется — это кольцо, о котором мы говорили в расчёте ресурса.

Журнал на 384 байта при двухбайтовых записях — 192 записи. Пишется он по событию, кнопкой, а не по расписанию: даже сотня нажатий в день сжигает меньше четырёх тысяч циклов в год на всю область — по чуть-чуть на каждую ячейку, что на порядок спокойнее одиночной ячейки из урока про износ. Прикинем кольцо числами: пятьдесят записей в день — это полный проход за четыре дня, около девяноста пяти циклов на каждую ячейку в год, то есть тысячу лет до предела в сто тысяч. Такой журнал умирает от старости платы, а не от износа. Когда двухбайтовых записей перестаёт хватать — нужен третий байт на время или тип, — журнал уезжает на карту памяти, а настройки остаются; разделение труда описано в уроке про логирование на SD.

Резерв — регион, который я целенаправленно не заполняю, и это самое полезное место в карте. Новое поле настроек встаёт в конец своего региона, в резерв, и адреса счётчиков с журналом не сдвигаются ни на байт — старые прошивки продолжают читать свои данные, миграция сводится к версии и magic из урока про структуры. Пятьдесят шесть байтов резерва — это 28 новых int или 56 байтовых полей: для настроек рост на годы.

Когда килобайта всё же мало, помните про две вещи. Первая: Mega2560 держит 4096 байт — та же раскладка с более широкими регионами. Вторая: на ESP32 EEPROM эмулируется во flash, размер задаётся вручную вызовом begin с числом байт, а запись требует commit — механика та же, скорость и ресурс другие. Большой поток данных и там и там уезжает на SD или во flash с износостойкой прослойкой, а килобайт EEPROM остаётся зоне маленького и ценного: настройки, счётчики, калибровки.

Свободная половина с 512 и дальше не обязана пустовать: таблица калибровок по каналам, расписание полива, профиль пользователя. Каждое новое занятое место вписывается в карту в шапке скетча — с первым адресом, последним и комментарием, — а не берётся с потолка. И проверьте карту на предмет роста: журнал, приросший байтом времени, — это уже не два байта на запись, а три-четыре, и запас после журнала должен это учесть. Карта в комментариях стоит ноль байт RAM и предотвращает ровно те грабли, с которых начался урок.

Карта из таблицы — не догма: границы двигаются под проект, но три вещи держите всегда — настройки ниже счётчиков, счётчики ниже журнала, резерв между ними, и печать карты в Serial при старте. Осталась последняя деталь, которая превращает карту из комментария в рабочую защиту: адреса должны жить не в голове и не россыпью цифр, а в константах одного места. Как устроить адресное пространство скетча, чтобы добавление поля занимало одну строку и не ловило пересечения на живой плате — финальный урок раздела.