EEPROM.read и write: первый сохранённый байт

Новогодняя гирлянда на подоконнике: кнопка листает пять режимов, от спокойного свечения до бегущих огней. Работало отлично ровно до первого выключения удлинителя. Двадцать шестого декабря домашние выставили четвёртый режим, двадцать седьмого я включил гирлянду — и она уверенно светила по кругу, как в первый день. Через неделю листать режимы заново после каждой розетки стало лично моей проблемой.

Причина — одна строка, которой нет в скетче. Номер режима жил в обычной переменной, переменная живёт в SRAM, SRAM без питания пуста. Лечится всё одним байтом в EEPROM: при каждом нажатии кнопки записали номер режима в ячейку, при старте прочитали его обратно. Три строки кода — и гирлянда начинает помнить себя сама.

Команд тут всего две: EEPROM.read(адрес) возвращает байт из ячейки, EEPROM.write(адрес, значение) кладёт байт в ячейку. Но вокруг этих двух строк притаились четыре грабли, на которых я собрал весь урожай синяков: пустая память читается как 255, в ячейку не влезает ничего больше 255, запись занимает около 3,3 миллисекунды, а дребезг кнопки умудряется насчитать несколько нажатий из одного.

План урока: скетч гирлянды с памятью, разбор по строкам, таблица цен команд и честный эксперимент с перезапуском. Симулятор хранит EEPROM между запусками, как настоящая плата между выключениями, — гирлянду можно выключать и включать сколько угодно, не вставая.

Чтение — EEPROM.read(адрес): возвращает байт из ячейки с адресом 0–1023 мгновенно и без всякого ущерба для памяти, ресурс тратит только запись. Байт — восемь бит и числа 0–255; весь спектр типов и их потолки мы уже раскладывали по полкам в уроке про переменные и типы — EEPROM живёт в тех же рамках, только надёжнее. Запись — EEPROM.write(адрес, значение): значение обязано быть байтом, 0–255. Передать 300 нельзя — не будет ни ошибки, ни 300: ячейка молча сохранит остаток от деления на 256, то есть 44. Это самая тихая ловушка раздела, ниже разберём её отдельно.

Запись — физический процесс: заряд перекачивается в плавающий затвор, и на это уходит около 3,3 миллисекунды, всё это время процессор занят. Для гирлянды, которая пишет номер режима по нажатию кнопки, — незаметно: 3,3 мс один раз за вечер меньше, чем мигание глаза. Для скетча, который должен тикать каждые сто микросекунд, — катастрофа. Ещё одна причина не писать без нужды.

Записывать надо по событию, а не каждым проходом loop(): ресурс ячейки — 100000 циклов, и скетч с холостой записью в цикле сжигает его за часы. Мы это уже проходили на ночнике с сохранением яркости: гистерезис и запись только при изменении — обязательная пара к любой EEPROM.write.

Адреса я держу в константах с говорящими именами: const int addrRezhim = 5. Пятая ячейка выбрана не по магии, а по карте памяти: ноль и единицу в этом разделе мы оставили счётчику включений, двойку — яркости ночника, а настройки легко продолжают список. Через полгода доработок скетч без карты адресов не прочтёт сам себя: где-то в ячейке 5 лежит режим, где-то яркость, а вы уже не помните, где именно. Карта адресов — комментарий в шапке скетча — стоит одной строки и экономит вечер.

Чтение живёт в setup() и происходит до любых других дел: скетч сначала вспоминает, кем он был до выключения. Тройная проверка при чтении — равно 255, меньше единицы, больше пяти — закрывает сразу два сценария: свежую плату (255) и мусор от старой прошивки, когда в ячейке 5 осталось, скажем, 137 от давно удалённой яркости. Ветвление здесь элементарное, но отсутствие любой из трёх проверок — это готовый баг в продакшене.

Кнопка подключена на D2 с INPUT_PULLUP: у механической кнопки нет своего мнения о уровне, и неподтянутый пин читает наводки из воздуха. Подробно про схему — в уроке про кнопку и digitalRead. Запись строго внутри условия нажатия: одно нажатие — одна запись — один потраченный цикл ячейки.

delay(250) после записи — грубый, но рабочий антидребезг: без него одно нажатие считается три-четыре раза, и режим улетает через два-три щелчка. Аккуратную версию с замером времени разобрали в уроке про дребезг. Если кроме номера режима нужен и уровень яркости — это второй байт с отдельным адресом и analogWrite из урока про ШИМ: одна настройка — одна ячейка.

Ячейка — восемь бит, диапазон 0–255, и это жёсткий потолок. EEPROM.write(5, 300) сохранит 300 минус 256, то есть 44, молча и без ошибки; на границе работает так же: 256 превратится в 0. Отсюда правило: приводите значение к байту до записи — делением, map или проверкой диапазона, — а не надейтесь, что «библиотека разберётся». Библиотека разберётся единственным доступным ей способом: отрежет старший байт.

Поэтому при чтении проверяю не только 255, но и разумный диапазон значения. Сценарий, который спасает тройная проверка: плату перепрошили, раскладка EEPROM сменилась, в ячейке 5 от прошлой жизни осталось 137 — и без проверки диапазона гирлянда попыталась бы включить сто тридцать седьмой режим. Числа, которых не может быть, — это всегда сигнал «читаем мусор», а не «применяем как есть».

Числа больше 255 в EEPROM живут парами байтов: старший и младший по соседним адресам, разрез через деление и остаток, сборка обратно умножением на 256. Полный разбор с картой памяти — в уроке про счётчик включений. Пока же запомните: один байт — одна простая настройка, и этого хватает чаще, чем кажется.

И про сам эксперимент с розеткой. Нажатие Reset на реальной плате выживание данных не проверяет: питание не пропадало, скетч просто стартует заново. Честная проверка — выдернуть питание целиком и включить снова. В симуляторе то же самое — Стоп и повторный запуск: EEPROM между запусками сохраняется, и гирлянда вернёт последний режим, а не первый.

Байт записан, пережил розетку, вернулся после включения — первый настоящий акт энергонезависимости. Но у сегодняшнего скетча есть ахиллесова пята: EEPROM.write тратит цикл ячейки даже тогда, когда записывает то же самое значение. В гирлянде записи редкие, а вот скетч, который сохраняет показание на всякий случай каждые десять секунд, убьёт ячейку за неполные двенадцать суток.

Лекарство — EEPROM.update(), который перед записью сравнивает значение с лежащим в ячейке. В следующем уроке вскроем его механику, посчитаем на пальцах, сколько ресурса сжирает холостая запись, и выведем три правила бережной записи, после которых ваши настройки проживут десятилетия. А читаемость экспериментов держится на парах имя=значение в Serial — привычке из первого урока про монитор порта: по строке rezhim=4 видно всё без всякого плоттера.