はじめに
ＡＴｍｅｇａ４８／８８／１６８／３２８用に新しく作ったライタ制御ソフトと
リモートモニタのテストを兼ねて、シリアルＥＥＰＲＯＭの読み書きプログラムを作ってみました。

私はこれまで、ファームウェアとしてのＥＥＰＲＯＭを使った経験はあるのですが、
読み書きするソフトウェアをゼロから作るのは初めてです。
他の方の参考になるかもしれないと考え、いくつかの注意点を書きたいと思います。
もしかしたら私のマニュアルの読み間違いや勘違いがあるかもしれませので、
疑問に思われた方は御自分でも確認をお願いします。

早速、秋月で３線式シリアルＥＥＰＲＯＭのＡＴ９３Ｃ８６を買ってきました。
３線式といっても実際には信号線はＣＳ（チップセレクト）、ＳＫ（シリアルクロック）、
ＤＯ（データアウト）、ＤＩ（データイン）の４本があります。
ＤＯが３ステート出力なので、
「４本あるけど、ＤＩとＤＯを抵抗を介して双方向で接続すれば３本でも使える」
らしいです。

３線式を選んだのは、
「ＡＴ９０Ｓ２３１３やＡＴ９０Ｓ８５３５でもシリアルＥＥＰＲＯＭを使いたい。
　ＡＴｍｅｇａ１６８と共通機能のシリアル−パラレル変換ハードウェアＳＰＩを
　利用しよう。」
という理由からです。
ＳＰＩの入出力は双方向にはなっていませんので、３線式になります。

ワード転送の方が複数バイトの書き込みに要する時間が短くなるので、シリアルＥＥＰＲＯＭの
ＯＲＧピン（６番ピン）を５Ｖと接続します。
シリアルＥＥＰＲＯＭはＣＳ信号の立ち上がりでアクティブになるので、
リセット中に誤動作する可能性を下げるためにプルダウンします。

　図１．接続図

２．ＳＰＩ動作速度
あるタイミングでデータを取り込む時、あらかじめデータが確定していなければいけません。
この時間をデータ・セットアップ時間と言います。
また、取り込みタイミング後もある程度、データを保持しておかなければいけません。
この時間をデータ・ホールド時間と言います。

どのようにデジタルグラフィックスとデザインの作品を行います

図２「ＷＲＩＴＥ」のタイミングＡがシリアルＥＥＰＲＯＭへの書き込みタイミングで、
ｔ１がセットアップ時間、ｔ２がホールド時間になります。
図２「ＲＥＡＤ」のタイミングＢがシリアルＥＥＰＲＯＭからの読み取りタイミングで、
ｔ４がセットアップ時間、ｔ５がホールド時間になります。
読み書きにＣＰＵのハードウェア（ＳＰＩ）を使用するので、このセットアップ時間、
ホールド時間に関しては、動作速度（クロック周波数）の選択以外にソフトウェアの出番はありません。

図２.リード、ライトタイミング

ＡＴｍｅｇａ１６８の特性(資料のTable28-5.)
書き込み転送時　ｔ１＝１２５ｎＳ  （ＳＫ＝２ＭＨｚの時）
　　　　　　　　ｔ２＝１３５ｎＳ　（ＳＫ＝２ＭＨｚの時）
読み取り転送時　ｔ４＝１０ｎＳ
　　　　　　　　ｔ５＝１０ｎＳ

ＡＴ９３Ｃ８６の特性(資料の７ページSynchronus Data Timing）
書き込み転送時　ｔ１＝１００ｎＳ〜
　　　　　　　　ｔ２＝１００ｎＳ〜
読み取り転送時　ｔ３＝０〜２５０ｎＳ
　　　　　　　　ｔ４＝２５０−ｔ３＝２５０〜０ｎＳ　　（ＳＫ＝２ＭＨｚの時）
　　　　　　　　ｔ５＝２５０＋ｔ３＝２５０〜５００ｎＳ（ＳＫ＝２ＭＨｚの時）

ＡＴｍｅｇａ１６８のクロックが８ＭＨｚの時、ＳＰＩの最高動作速度ＳＫは２ＭＨｚになり、
（ＳＰＩ制御レジスタＳＰＣＲのＳＰＲ０ビットとＳＰＲ１ビットを共に０）
この場合、クロックパルスＳＫのオン時間は２５０ｎＳ、オフ時間は２５０ｎＳになります。
読み取り時のデータセットアップ時間ｔ４が気になります。
念のために０．５ＭＨｚで動かす事にします。
（ＳＰＩ制御レジスタＳＰＣＲのＳＰＲ０ビットを１、ＳＰＲ１ビットを０）
オン時間は１μＳ、オフ時間は１μＳになります。

＜実測＞
データとしてビット値１と０が交互に並ぶ＄５５５５を読み書きして
セットアップ時間とホールド時間をオシロで観測してみました。
実測値ｔ１＝１μＳ
　　　ｔ２＝１μｓ
　　　ｔ３＝５０ｎＳ
　　　ｔ４＝０．９５μｎＳ
　　　ｔ５＝１．０５μＳ
位相が９０度ずれているだけで、ほぼクロックの立ち上がり、立ち下がりに同期しています。
試しにＳＫを２ＭＨｚに変えてみたら何の問題もなく読み書きが可能で、
さらに、ＳＰＩの読み取り設定を「立ち上がりエッジ」に変更してみたら、
さすがにこれはダメで誤動作しました。

なぜ、メッセージ " CRDカバーが開いて、"入手できますか

３．書き込みステータス
読み取りはコマンドとアドレス転送後に、何ワードでも続けて読み取ることが可能なのですが、
書き込みでは１ワード転送するごとに、書き込み完了を待たなければいけません。
書き込みデータを転送しただけでは、まだＲＯＭには書き込まれていません。
１６ビット転送後、ＣＳ信号をＬレベルにすると書き込みが始まり、
図３のｔWP時間（０．１ｍＳ〜１０ｍＳ）経過後に終わります。

書き込みステータスチェック手順は
１）ＣＰＵはＣＳ信号をＬレベルにする。（図３のタイミングＡ）
　　→シリアルＥＥＰＲＯＭは書き込みを開始する。
２）ＣＰＵは一度ＬレベルにしたＣＳ信号をまたＨレベルに戻す。（図３のＢ）
　　→シリアルＥＥＰＲＯＭはＣＳ信号の立ち上がりを検出すると、
　　　ｔSV時間（資料では０〜２５０ｎＳ）経過後に、ＤＯ信号をフローティイングから
　　　書き込み中はＬレベルを出力し、完了後（図３のＣ）はＨレベルを出力する。
３）ＣＰＵはＨレベルを検出したら、ＣＳ信号をＬレベルに戻す。（図３のＤ）
　　→シリアルＥＥＰＲＯＭはＤＯ信号をフローティイングに戻す。
です。

ところでＣＰＵの入力ＭＩＳＯがフローティング（Ｈｉｇｈ−Ｚ）になるのはマズイので、
プルアップかプルダウンしなければいけません。
図３の波線で書いたフローティング期間がプルアップでＨレベル、プルダウンでＬレベルに
変わります。
プルアップ、プルダウンのどちらでも動作しますが、どちらにするかはステータスチェックの
注意点にも影響します。

プルアップの場合には、図３のｔSV時間（〜２５０ｎＳ）のＨレベルを書き込み完了のＨレベルと
誤認しないようにしなければいけません。
ｔSV時間をスキップするためのディレイが必要になると思います。

なお、書き込み時間が経過した後に（書き込み完了後に）ＣＳをＬレベル→Ｈレベルと変えても、
ＤＯ信号がＬレベルを出力する事はありません。
プルダウンの場合には、書き込み中のLレベルとフローティングのLレベルとを誤認しないように
しなければいけません。

？？疑問？？
アトメル社のＡＴ９３Ｃ８６資料の９ページの「ＷＲＩＴＥ ｔｉｍｉｎｇ」図の
書き込み時間ｔwpの開始タイミングは記載ミスだと思うのですが、実際のデバイスでの調査や
動作確認はしていまません。
３線式シリアルＥＥＰＲＯＭが採用している転送方式（マイクロワイア規格）は
オリジナルメーカーであるフェチャイルド社が考案したものです。
フェアチャイルド社の３線式シリアルＥＥＰＲＯＭの資料で説明されているｔwpタイミングを
正しいものとして採用しました。

USB2はUSBポートで動作します

４．ダミービット
シリアルＥＥＰＲＯＭはＣＳ信号が立ち上がるとスタンバイ状態になり、
クロック信号に同期した最初のＨレベルデータを検出すると動作を開始します。
Ｌレベルのデータ（ダミービット）であれば動作を開始しません。
このダミービットを利用して、ＳＰＩの動作単位である８ビットと
シリアルＥＥＰＲＯＭが必要としているビット数を合わせます。

ＡＴ９３Ｃ８６のコマンド・アドレス転送では、スタートビット数１、コマンドビット数２、
アドレスビット数１０（Ａ９〜Ａ０）の１３ビットですから、ダミービット数として３ビット必要です。
これらの１６ビットを２回に分けてＳＰＩで転送します。

とりあえず、ＣＰＵライタやリモートモニタは順調に動いているので、ホッとしています。

操作例
　入力した数値が１６進数でなければ「？」を送信します。
　アドレスとデータのデリミタは［ 　］、［，］、［：］の何れかで、プロンプトは［＋］です。
?           ATmegaが送信
+10         キーボードから入力　１０番地のデータを読み取る
0010:1234   ATmegaが送信　　　　１０番地から読み取ったデータはＡＢＣＤであった。
+1 abcd     キーボードから入力　１番地にデータＡＢＣＤを書き込む
0001:ABCD   ATmegaが送信　　　　１番地にデータＡＢＣＤを書き込んだ後、
　　　　　　　　　　　　　　　　１番地から読み取ったデータはＡＢＣＤであった。（リード・バック）

万が一、下記の資料を参考にしたために重大な結果を招いたとしても当方は責任を持てませんので悪しからず。
利用される場合も個人の趣味の範囲にとどめて下さるようお願いします。
　
ＡＳＭソースプログラムとインテルＨＥＸファイル　　S_EEPROM.zip　
　　　　割り込みを使う場合はベクタテーブルの各項目を２ワードにしてください。
　　　　デバッグだけに使用した部分も残っています。無視してね。

はじめに
３線式シリアルＥＥＰＲＯＭの読み書きルーチンを作ったついでに、２線式（Ｉ２Ｃ）の
シリアルＲＯＭ（マイクロチップ２４ＦＣ２５６）も試してみました。
しかし、アトメル社のＡＴｍｅｇａ４８／８８／１６８／３２８資料のＴＷＩの説明が何とも分かりづらい。
あまりにも難解で何回も読んでしまいましたッ！

資料を読みながら、
「シリアルＥＥＰＲＯＭ程度だったら、この読んでいる時間で、ソフトでビット入出力ルーチンを
　作れてしまうのに」
なんて思ってしまったのですが、ＣＰＵのＴＷＩの機能を確認したかったのでグッと我慢しました。

プログラム製作中のテスト・ボード
このボードも５年ほどまえに使っていたもので、この度、めでたく復帰しました。

２．TWI動作速度
ＡＴｍｅｇａ１６８の資料（Table28-6.2）、および２４ＦＣ２５６の資料（表２−３）によると
Ｖｃｃ＝５Ｖの時、シリアルクロックの周波数の最高値は共に４００ＫＨｚです。

ＴＷＩクロックＳＳＬはＴＷＢＲレジスタの値と、レジスタＴＷＳＲのビットＴＷＰＳ１と
ビットＴＷＰＳ０で決まる分周比から、以下の式で表されます。
　ＳＣＬ周波数 ＝ＣＰＵクロック周波数／（１６＋２×ＴＷＢＲの値×分周比）
ＴＷＳＲの２ビットは初期値である分周比１にしました。
（ＴＷＰＳ０＝０、ＴＷＰＳ１＝０）
従って、上の式を変形すれば、
　ＴＷＢＲの値＝（ＣＰＵクロック周波数／ＳＣＬ周波数−１６）／２
になります。
少し余裕を見て２００ＫＨｚで動かすとすれば、
　ＴＷＢＲ＝（８／０．２−１６）／２＝１２

資料によると、シリアルクロックＳＣＫが２００ＫＨｚの時、プルアップ抵抗値は最少約１．５ＫΩで、
（ＡＴｍｅｇａ１６８資料Table28-6）
またＳＤＡ信号のプルアップ抵抗は２ＫΩです。
（２４ＦＣ２５６資料９ページ）
で、どちらも２．２ＫΩでプルアップしました。

３．書き込み時間について
書き込みサイクル待ちは２４ＦＣ２５６の資料によると最大５ｍＳです。
ＡＣＫポーリング方式で書き込み完了時間を実測してみたら約３．４ｍＳでした。
このプログラムは１バイトの読み書きですが、ページ（６４バイト）書き込みでも
同じく最大５ｍＳです。
従って、多量のデータを書き込む場合には、ＡＴ９３Ｃ４６に比べて２４ＦＣ２５６の
最大の利点であるページ書き込みを採用すべきです。
ページ書き込みのソフトは作りませんでしたが、６４バイト送信してからＳＴＯＰ状態にするだけなので、
それほど面倒でないと思います。

万が一、下記の資料を参考にしたために重大な結果を招いたとしても当方は責任を持てませんので悪しからず。
利用される場合も個人の趣味の範囲にとどめて下さるようお願いします。

ＡＳＭソースプログラムとインテルＨＥＸファイル　　S_EEPROMb.zip　
　　　　割り込みを使う場合はベクタテーブルの各項目を２ワードにしてください。
　　　　デバッグだけに使用した部分も残っています。無視してね。