第13回 EEPROM（１）〜EEPROMとは〜

今回から、EEPROMを使ったプログラムを作成します。

現在のタイマー機能の問題点

前回までの記事で作成したプログラムでは、タイマー時間を設定する機能を追加しました。

でも、まだちょっと機能が足りませんよね。

すでにお気づきかもしれませんが、タイマー時間を変更しても、電源をOFFにすると変更した値は消されてしまい、次に電源を入れた時には元のデフォルトのタイマー時間に戻ってしまいます。

タイマー時間を変更した場合、その設定時間は電源を切っても記憶しておいてほしいですよね。

PICマイコンに限らず、他のマイコンでも、この課題を解決する方法が用意されています。

それは「EEPROM」と呼ばれる、電源をOFFにしても記憶内容を保持するメモリが搭載されています。

そこで、タイマー時間を変更したらその設定時間を「EEPROM」に保存しておき、電源をOFFにしてもその設定時間を保持しておく、というプログラムを作成していきます。

メモリの種類

データを保持しておく「メモリ」には様々な種類があります。

これらのメモリは、記憶保持の観点から大きく2種類に分かれます。

一つは電源がないと記憶した内容が消えてしまう「揮発性メモリ」、もう一つは電源をOFFにしても記憶内容が消えない「不揮発性メモリ」です。

単に「消えるメモリ」「消えないメモリ」と呼べばいいような気もしますが、「揮発性」という言葉を使用しています。

なんとなく意識高い系な気がしますが、学問の分野は基本的に意識高い系の用語を使うことになっていますので、まずはこの言葉を覚えましょう。

「揮発」という言葉ですが、一般に使われている意味とほぼ同じです。

例えば消毒用アルコールってすぐに蒸発してしまいますよね。これをちょっと難しくいうと「アルコールは揮発性が高い」と言ったりします。すぐに蒸発して消えてしまう液体を「揮発性がある」「揮発性が高い」と言うことがあります。

「揮発性メモリ」とは、電源をOFFにすると記憶した内容が蒸発して消えてしまうことからこのように呼ばれています。（日常生活で物忘れが多くなった場合には「最近、記憶の揮発性が高まった気がするんだよね」って言った方が前向きな気分になりますので使ってみてください）

EEPROMは電源をOFFにしても記憶内容が消えないので、「不揮発性メモリ」と呼ばれています。

「EEPROM」とは

EEPROMは不揮発性メモリであることがわかりましたが、次にこの言葉の意味を見ていきましょう。

EEPROMは次の英語の頭文字をとった用語です。

EEPROM ＝ Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory

日本に訳すと「電気的に消去、書き込み可能な、読み出し専用メモリ」です。

ふーん、という気もしますが、よく考えるとちょっと意味がおかしいような気がします。

「電気的に消去したり書き込み可能な」と言ってる割に「読み出し専用メモリ」ってなんか矛盾してるような気がします。「読み出し専用メモリ」でしたら消去とか書き込みができないような気もします…

さらにこの用語は「不揮発性」の意味が表現されていないような気もします…

気になってしまう方のためにこの疑問点を補足しておきますが、この部分は読まなくても問題ありません。先を急ぐ方は次のセクションに進んでいただいて大丈夫です。

昔、コンピュータのメモリは「RAM（Random Access Memory）」と呼ばれる「読み書き可能・電源がないと記憶内容が消えるメモリ」と、「ROM（Read-Only Memory）」と呼ばれる「読み出しのみ可能（書き込み不可）・電源がなくても記憶内容が消えないメモリ」の2種類がありました。

このROMですが、書き込みができないというのはいいですが、データはいつ書き込むのかちょっと不思議ですよね。

実はROMは一度だけデータを書き込むことができるようになっいるんです。

ROMにデータを書き込むときは「ROMライター（ROMデータ書き込み機）」と呼ばれる、ROMにデータを書き込む機器を使用します。

何もデータが書き込まれていない新品のROMに対して、このROMライターを使って、ROM内部接続回路を焼き切ってデータを書き込むようになっています。

イメージとしては、ROMの中にたくさんヒューズが並んでいて、ヒューズがあるところが1、ヒューズが焼き切ってあるところが0、というように、記憶するデータに合わせてヒューズを焼き切っていきます。

このタイプのROM、ROMライタは今でも販売されています。

ROMの例
ROMライタの例

このようにデータを書き込んだROMは、ヒューズを焼き切ってしまっていますので、当然ながらデータ内容を変更できません。その代わり、電源がなくてもデータが保持できるわけです。

このようなROMの仕組みでは、内容を変更したい場合はそのROMは捨てて新しいROMにデータを書き込むしかありません。

でも今回のように「設定時間を電源OFFでも記憶しておきたい」というように、あとからデータ内容を変更できる、電源をOFFにしても記憶内容が消えないメモリが欲しいですよね。

そこで、このような「あとから記憶内容を消去したり書き込んだりできるROM」が開発されたわけです（このメモリは、先ほどのヒューズを焼き切るタイプのROMの構造・原理とは違います）。

「あとから記憶内容を消去したり書き込んだりできる」という機能は、電気的に内部記憶状態を変更することにより実現しています。（内部回路に電荷があるかないかで0と1を記憶しているので、その電荷の状態を電気的に変更しています）

つまり「電気的にあとから記憶内容を消去したり書き込んだりできるROM」というわけです。

歴史的な経緯をなぞってきましたが、気づくと「電気的に記憶内容を消去したり書き込んだりできる、ROM（読み出し専用メモリ）」という用語になってしまいました。

PIC12F1822のEEPROM

それでは、PIC12F1822のEEPROMについて確認してみましょう。

EEPROMのサイズ

最初にどれぐらいの記憶容量があるか確認します。以下はPIC12F1822のデータシートです。

枠で囲んだ部分がEEPROMの容量の仕様です。

データシートから「256バイト」であることがわかります。「メガバイト」とか「ギガバイト」ではなく「バイト」です！

PCの世界では、メモリやSSDはギガバイト単位が普通ですよね。

PIC12F1822のEEPROMが256バイトとはずいぶん少なくて心もとない気もしますが、マイコンでしたらこのぐらいの容量で十分なケースが多いです。

今回のタイマー時間の保持も1バイトのみ使用しますので、256バイトはうまく使えばかなり有効活用できます。

このEEPROMですが、マイコン内部では独立したモジュールになっています。

EEPROMのデータ読み書き

これからこのEEPROMに対してデータを読み書きしていくわけですが、256バイトあるEEPROMのどこに書いたり、どこから読むか、場所を指定する必要があります。

この「場所」は、「アドレス」または「番地」と呼ばれています。

例えばPIC12F1822では、EEPROMの256バイトに対して次のようにアドレス（番地）が割り当てられています。

プログラムでEEPROMを扱う場合、「どのアドレスにデータを書くか」あるいは「どのアドレスからデータを読むか」という指定を行います。

それでは次に、EEPROMの具体的な使い方をみてみましょう。

PICマイコンのEEPROMの使い方

EEPROMからデータ読み出す

最初はEEPROMからのデータの読み出し方法です。

例えばアドレス0から読み出した値を、変数read_dataに格納したい場合、次のように書きます。

uint8_t read_data = eeprom_read(0); // EEPROMのアドレス0の値を変数に読み出す

EEPROMのそれぞれのアドレスのデータサイズは1バイトですので、このように1バイトの変数に代入します。（uint8_t型、またはunsigned char型になります）

EEPROMにデータ書き込む

次にEEPROMへのデータの書き込みです。

例えば write_dataの値をアドレス0に書き込みたい場合、次のように書きます。

eeprom_write(0, write_data); // EEPROMのアドレス0に変数の値を書き込む

ここで使用する変数1バイトですので、変数型はuint8_t型、またはunsigned char型になります。

まとめると、次のようになります。

eeprom_read( アドレス );         // EEPROMから指定したアドレスの1バイトデータを読み出す
eeprom_write( アドレス, データ ); // EEPROMの指定したアドレスに1バイトデータを書き込む

これらの関数を使って、プログラムの動作を次のようにしたいと思います。

• PICマイコンが動作を開始したら、最初にEEPROMから設定時間データを読み出す
• スイッチが押されてタイマー時間が変更されたら、変更後の設定時間をEEPROMの書き込む

ところで、1番目の「PICマイコンが動作を開始したら、最初にEEPROMから設定時間データを読み出す」という動作ですが、プログラムを書き込んだあと、初回の動作はどうしたらよいでしょうか？

というのは、プログラムを書き込んで、初めてプログラムが動作するとき、最初に「EEPROMから設定時間データを読み出す」という処理をしますが、読み出すデータはまだ何も書き込まれていません。

ということは、EEPROMに対してデータを読み書きする以外にも、プログラムを書き込むときに、初期データを書き込んでおく必要がある、ということになります。

例えば、プログラム書き込み時に、EEPROMにデフォルトの「3」（分）というデータを書き込んでおき、プログラム動作開始時にその値を読み出してタイマー動作を開始する、という具合です。

このあとは、タイマー時間の変更があればEEPROMに書き込む、という動作をすれば問題なさそうです。

ということで、EEPROMの初期データの書き込みも必要ですので、その方法を確認してきおましょう。

EEPROMの初期データ書き込み

EEPROMの初期データはプログラム処理で行うことはできません。

例えば、main関数の最初に次のようなプログラムを書いたとします。

eeprom_write(0, 5);

このようにプログラムを書くと、電源を投入するたびにmain関数が呼ばれますので、毎回アドレス0が5になってしまいます。

そこで、PICマイコンのプログラムでは、EEPROMの初期データを設定したい場合、関数の外に次のフォーマットで書いておきます。（横に長くならないように改行を入れていますが、改行は必須ではありません）

__EEPROM_DATA (アドレス0のデータ,
               アドレス1のデータ,
               アドレス2のデータ,
               アドレス3のデータ,
               アドレス4のデータ,
               アドレス5のデータ,
               アドレス6のデータ,
               アドレス7のデータ);

EEPROMの前はアンダースコア2個、EEPROMとDATAの間はアンダースコア1個です。

このように書いておくと、PICkitでプログラムを書き込むとき、一緒にEEPROMにこのデータも書き込んでくれます。

この書き方には注意点があり、必ず8バイト単位で書くことになっています。

例えば次の書き方は4バイト分のデータしか書いていませんので正しくありません。

__EEPROM (0x00, 0x01, 0x02, 0x03);

このように、8バイトに満たないデータ場合は、残りのバイトは例えば0xFFで埋めて無理やり8バイトにします。（埋めるデータは0xFFでなくても構いません）

例えば、アドレス0に0x1Fを書き込んでおきたい場合は、次のようにしておきます。

__EEPROM_DATA (0x1F, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF);

また、8バイトを超える場合は、この行を複数行書きます。

以上がEEPROMの概要とプログラム方法です。

次回は、設定したタイマー値をEEPROMに保存、読み出しを行うプログラムを追加したいと思います。

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