EEPROM.update: почему не надо писать подряд

Поливалка в теплице была моим самым дисциплинированным проектом: скетч каждые десять секунд записывал в ячейку 0 последнее показание влажности — чтобы после любого сбоя знать, что происходило до него. Через неполные двенадцать суток показания замерли на числе 41 и больше не двигались ни при каком поливе. Ячейка отработала свой ресурс. Арифметика была честная: раз в десять секунд — это 8640 записей в сутки, и 100000 гарантированных циклов кончаются ровно на 11,6 дня.

Я писал «подряд», а надо было писать «по делу». Инструмент для этого встроен в библиотеку и называется EEPROM.update(addr, значение): перед записью он читает ячейку и кладёт новое значение только тогда, когда оно отличается от лежащего. Совпало — ячейка не трогается вовсе: ни записи, ни стирания, ни трёх с половиной миллисекунд ожидания.

Но update — не волшебная таблетка. Если показания реально меняются каждые десять секунд, ресурс кончится с тем же успехом: 8640 изменённых значений в сутки не переписать никакой библиотекой. Смысл update в другом: write сжигает цикл записи даже на повторе того же числа, update — нет. А в самодельных скетчах, как показала та же поливалка, подавляющая часть записей — как раз холостые повторы: влажность-то меняется не каждые десять секунд, а по погоде.

План урока: механика update изнутри, демонстрация с двумя счётчиками — сколько циклов сжёг бы write и сколько реально потратил update, — правила событийной записи и приём чередования ячеек, который умножает ресурс на число адресов.

Механика умещается в одну строку: EEPROM.update(addr, val) — это EEPROM.read(addr), сравнение и EEPROM.write(addr, val) при отличии. Совпадение — и всё, функция вышла: ячейка пережила вызов без единого цикла записи. Время выполнения при совпадении — время чтения, микросекунды; при отличии — те же 3,3 миллисекунды, что у write.

Почему же write изнашивает ячейку даже при записи того же значения? Потому что запись — это всегда физический цикл: стереть карман заряда, запрограммировать заново. Электронике всё равно, изменился байт или нет: оксидный слой отработал проход и понемногу состарился. Гарантированные 100000 циклов — нижняя граница по даташиту; реальные ячейки в любительских тестах живут дольше паспорта, но считать проект надо по минимуму: запас, который «наверняка есть», — не запас.

В библиотеке EEPROM есть и пара put/get: EEPROM.put(addr, переменная) копирует в память переменную любого размера, раскладывая её по байтам, и внутри вызывает тот же update — бережная запись зашита и туда. EEPROM.get(addr, переменная) собирает обратно. В симуляторе put и get не воспроизводятся, поэтому здесь мы работаем тремя базовыми командами; на реальной плате put — правильный выбор для настройки целиком.

Из этого следует неожиданный вывод про скорость: в горячем цикле, где значение почти всегда прежнее, update не только бережёт ячейку, но и быстрее write — чтение микросекунды против записи в 3,3 мс. Экономия идёт по двум статьям сразу: ресурс и время loop.

Смотрите на два счётчика. virtualWrite растёт на каждом проходе — ровно так вёл бы себя write, посаженный в loop без всяких условий: пять проходов в секунду, за минуту около трёхсот, за сутки 432000 циклов. Ресурс ячейки в сто тысяч закончился бы к вечеру следующего дня — моя поливалка с её раз в десять секунд прожила дольше только потому, что писала реже.

zapisano растёт только при событии — когда ручку A0 реально крутанули сильнее порога. За минуту неподвижной ручки это ноль записей против трёхсот виртуальных. Разница между двумя счётчиками на экране — буквально сэкономленные циклы, и при типичной жизни прибора экономия измеряется в сотни раз. Порог в четыре единицы — это меньше полутора процентов полного диапазона ручки: дрожь внутри порога на запись не влияет, попадает только честное движение.

delay(200) здесь — учебная рамка, чтобы счётчики ползли наглядно. В настоящем скетче поливалки так же плохо, только наоборот: delay глушит всю остальную логику. Цикл без блокировок собирается на millis(), как разобрано в уроке про millis вместо delay, — и тогда счётчик износа из этого урока встраивается один в один.

Правило первое — событие вместо расписания. Сохраняйте при нажатии кнопки, при изменении значения, при переходе порога — но не «каждые N секунд» по таймеру. Гистерезис из урока про ночник и температурный гистерезис термостата — тот же принцип, повернутый на запись: значение дрожит у порога, а ячейка должна видеть только честные переходы, а не дрожь.

Правило второе — чередование ячеек, мини-версия wear leveling. Счётчик пишется не в одну ячейку, а по кругу из десяти адресов: ячейка 0, потом 1, потом 2 и так до 9 и снова в 0. Ресурс умножается на десять: при записи раз в минуту одна ячейка живёт 69 дней, круг из десяти — почти два года. Чтение тогда тоже идёт по кругу: последней считается ячейка с наибольшим записанным числом, и никакого массива из десяти байтов не понадобится — только та же арифметика остатка.

Правило третье — честная классификация данных. Настройка меняется руками раз в день — ей в EEPROM. Счётчик тикает раз в минуту — в EEPROM с чередованием. Показания каждую секунду — уже не EEPROM: поток уезжает на SD-карту в уроке про логирование, а в EEPROM остаётся только «последнее значение на случай сбоя», обновляемое редко. Многобайтовые значения раскладываются по двум ячейкам, как в уроке про счётчик включений.

И мера пользы, которой я пользуюсь перед каждым EEPROM.write: сколько раз в сутки эта строка исполнится? Делим 100000 на это число — получаем срок жизни ячейки в сутках. Меньше пары тысяч дней — переписываем на update и ищем событие. Правило простое до примитива, но оно заставило меня переписать три собственных проекта.

Теперь у вас полный комплект бережной записи: update вместо write, события вместо расписания, гистерезис вместо дрожи и чередование ячеек на вырост. Осталась одна честная граница: EEPROM — про настройки и счётчики, а не про потоки. Как только данных становится больше пары тысяч записей в сутки, дорога ведёт на SD-карту — там ни ресурса ячеек, ни потолка в 1024 байта.

И напоследок привычка, которая окупается всегда: перед каждой новой строкой с EEPROM.write в чужом или своём коде задавайте один вопрос — сколько раз в сутки это исполнится? Ответ меньше десятка — пишите спокойно. Ответ в сотнях — значит, вы смотрите на будущую мёртвую ячейку, и рядом обязательно лежит событие, которого здесь не хватает.