Заводской серийный номер: прошиваем один раз

Десять самодельных плат термостата уехали к друзьям и в мастерскую: прошивка у всех одна, корпуса одинаковые, этикетки никто не клеил. Через полгода вернулась одна «с глюками» — и я не мог даже сказать, какая именно из десяти: журнал вести было нечем, платы без паспорта. Заводской номер — не бюрократия, а способ через год отличить плату от платы, когда они близнецы и всё, что их различает, должно жить внутри самой платы, а не на приклеенной бумажке, которая отклеится первой.

К серийнику требования жёстче, чем к настройкам. Настройку можно перезаписать, перекалибровать, сбросить — это её обычная жизнь. Номер должен быть написан один раз и пережить всё: обновления прошивки, переделки макетки, чужие любопытные руки. Поэтому сердце скетча — не генерация номера, а замок, который делает повторную запись недостижимой даже самому невнимательному владельцу.

Разберём: magic в роли замка — и чем эта роль отличается от привычной проверки чистой памяти, откуда на плате без генератора случайных чисел берётся случайность, как печатать номер в Serial при каждом старте и как выглядит вечер производства из десяти плат с чайником.

Magic-байт в настройках играл роль флажка: не нашёл — считай память чистой, пиши дефолты; нашёл — читай. Здесь та же ячейка работает замком: если в нулевой ячейке лежит 165, ветка с записью не выполняется вовсе — не «записывает то же самое», а именно не трогает память ни одним байтом. Изменить номер можно только намеренной перезаписью или процедурой вроде заводского сброса, и то сброс лечит настройки, а паспорт платы у этого сброса спрашивать некому.

Откуда случайность: у ATmega328P нет генератора случайных чисел, зато плавающий аналоговый вход ловит наводки от сети, блоков питания и пальцев — код на неподключённом A5 гуляет от запуска к запуску. randomSeed(analogRead(A5)) превращает этот шум в зерно, random(100000, 1000000) — в шестизначный номер, который влезает в unsigned long с огромным запасом. Аналоговый вход как источник энтропии — приём известный, с честной оговоркой: энтропии в одном чтении немного, и к концу урока я покажу, где её перестаёт хватать.

Номер уезжает в ячейки 1-4 младшим байтом вперёд: при чтении — умножение на 256UL, 65536UL и 16777216UL, как у счётчика ватт-часов из этого же раздела; сдвиги на 24 бита я не использую по той же причине — int на AVR шестнадцатибитный и старшие разряды срезает. Пять занятых ячеек из 1024 — капля в карте памяти: настройки живут с десятого адреса и с паспортом не пересекаются. Вывод в Serial при каждом старте — вторая половина ценности номера: строка SN=482913 печатается в монитор разработчика и в журнал приёмки, а пара имя-значение — та же дисциплина читаемости, что в первом уроке про монитор порта.

Прошивка трогает пять ячеек — четыре байта номера и magic — и делает это один раз за жизнь платы: пять циклов из 100 000 паспортных, вопрос износа здесь даже не обсуждается. Каждый следующий старт читает номер и печатает его с пометкой «записей: 0» — счётчик ячеек в скетче для наглядности стенда, на серийной плате он лишний: замок и так закрыт, а строка о новом номере просто не появится.

Кнопка D2 в стенде изображает выдёргивание питания: нажатие перезапускает инициализацию, и в мониторе снова та же строка SN — номер никуда не делся, ни одной записи не случилось. Светодиод вспыхивает ровно в тот момент, когда ячейки реально писались: на производстве по нему видно, что в этот пуск плата получила паспорт, а не просто поздоровалась с монитором.

Номер обретает смысл только в паре с журналом приёмки, и журнал этот стоит скромной таблицы: дата, SN, версия прошивки, кто паял, какие датчики куда ставились. Через год по SN=317204 вы достанете всю историю платы — на каком она объекте, что с ней делали, какой у неё был класс вранья до калибровки. Без журнала номер — просто красивая строка в памяти; с журналом — ключ, по которому достаётся вся память о приборе.

Механика «пишем редко и один раз» у EEPROM не одна. Счётчик перезагрузок из урока про счётчик перезагрузок растёт по тихому событию и тоже живёт годами; прошивка номера — его вырожденный случай, счётчик, который не растёт никогда. Общее у паттернов одно: запись по редкому событию, а не по таймеру, — и потому ресурс памяти в них никогда не бывает узким местом.

Сценарий простой до скучного: собрать плату, воткнуть USB, дождаться строки SN в мониторе, выписать номер в журнал под порядковым номером, взять следующую. Пять ячеек на плату, полминуты на штуку, десять плат — вечер с чаем. Номера у плат получаются разные, потому что шум на плавающем входе у каждой свой: наводки зависят от того, где лежит плата, чего касается рука монтажника и даже от того, что в этот момент включено в соседней розетке.

Честная граница метода: энтропии в одном analogRead — несколько бит, и у двух плат из десяти шанс совпасть номерами не ноль. Для мастерской это не трагедия — журнал различает платы порядковыми номерами, а SN служит ярлыком. Для производства, где номер — юридический факт, его шьют с сервера учёта через USB: плата получает номер из журнала, а не придумывает сама. Третий путь — вывести номер из серийника подключённой периферии, например DS18B20, у которого заводской идентификатор уже прошит изготовителем. Промежуточный вариант для малой партии — ввести номер с монитора: плата ждёт число, parseInt его читает, механика в уроке про parseInt, а оператор сразу записывает в журнал пару плата-номер.

Номер кладут в EEPROM, а не константой в скетч, ещё и по экономной причине: прошивки обновляются, константа в них одинакова у всех плат, а вписывать её перед каждой заливкой — работа, которая однажды забудется, и десять плат получат один номер. EEPROM перепрошивкам безразлична: заливайте хоть двадцать версий — паспорт остаётся при плате, как и настройки из урока про первые настройки, только трогать его умеет одна-единственная ветка скетча.