host_m 10 фев 2021 в 12:36

Превращаем старый Amazon Kindle в платформу разработки с e-ink

8 мин

24K

Блог компании VDSina.ruDIY или Сделай самГаджетыСтарое железо

Перевод

Мне всегда хотелось заполучить экран на электронных чернилах для своих будущих проектов. Я купил небольшой экранчик с платой расширения Raspberry Pi, однако потом понял, что можно просто воспользоваться старой «читалкой» Amazon Kindle.

Когда-то давно я уже экспериментировал с Kindle: портировал на него интерпретатор Infocom и приложение для чтения манги. Мне удалось заставить ПО Amazon загружать их как Kindlet и отображать их интегрированными в «читалку». Однако сейчас мне нужна была просто дешёвая и удобная платформа разработки под Linux с eink.

Дешёвый Kindle с Ebay (и причина его дешевизны)

Итак, я отправился на ebay! Нашёл там множество очень дешёвых лотов, помеченных как «Заблокирован Amazon». Я решил, что не стоит их брать, потому что, теоретически, они могут быть краденными. В конечном итоге я выбрал Kindle 4 без сенсорного экрана за 7 фунтов.

Спустя несколько дней он приехал. Тогда я и понял, почему он был таким дешёвым: на экране постоянно отображался некий демо-режим, из которого невозможно выйти:

Я загуглил, и хотя оказалось, что более новые версии Kindle можно было вывести из демо-режима, с этой версией ничего не сработало. Впрочем, это меня не волновало, мне всё равно не надо запускать на устройстве оригинальное ПО Kindle.

Итак, следующий шаг — получение доступа. Изучив форумы mobileread, я обнаружил отладочный последовательный порт: настало время вскрывать корпус!

Физический доступ получен!

Всё оказалось довольно непросто! По периметру есть множество защёлок, а сам корпус приклеен к аккумуляторному отсеку, поэтому потребовалось вмешательство большого ножа. От клея устройство я отчистил ацетоном.

Красное: надоедливые защёлки
Фиолетовое: очень надоедливый клей.
Жёлтое: последовательный порт!

Как обычно и бывает в таких случаях, у последовательного порта нет разъёма, поэтому нужно припаять к плате крошечные контакты. Для подобной работы я люблю использовать провод для скрутки диаметром примерно 0,2 мм и жало для поверхностного монтажа:

Не хочу оставлять болтающиеся провода, но в то же время понимаю, что рано или поздно что-нибудь напутаю и мне понадобится доступ к консоли последовательного порта, поэтому придумал следующее решение:

Я приклеил суперклеем к печатной плате Kindle кусок макетной платы, а затем припаял с одного конца проводники от крошечных контактов на печатной плате. Потом я припаял с другого конца более крупный и удобный разъём Dupont, чтобы можно легко было подключаться к нему. Верхний кабель на плате Kindle — это 0v/GND, а остальные — это TX и RX (я забыл, какой из них где).

Последняя проблема: последовательный порт Kindle работает от 1,8 В, поэтому мне нужен адаптер последовательного порта с поддержкой такого напряжения:

Купленный мной адаптер поддерживает 5 В, 3,3 В, 2,5 В и 1,8 В — очень удобно!

Root-доступ получен!

Далее я подключил адаптер последовательного порта к ноутбуку, запустил ПО последовательного порта minicom и перезапустил Kindle. Затем, поменяв местами провода TX и RX (это всегда неизбежно), я увидел следующую информацию!

U-Boot 2009.08-lab126 (Aug 29 2012 - 12:55:24)

CPU:   Freescale i.MX50 family 1.1V at 800 MHz
mx50 pll1: 800MHz
mx50 pll2: 400MHz
mx50 pll3: 216MHz
ipg clock     : 50000000Hz
ipg per clock : 50000000Hz
uart clock    : 24000000Hz
ahb clock     : 100000000Hz
axi_a clock   : 400000000Hz
axi_b clock   : 200000000Hz
weim_clock    : 100000000Hz
ddr clock     : 800000000Hz
esdhc1 clock  : 80000000Hz
esdhc2 clock  : 80000000Hz
esdhc3 clock  : 80000000Hz
esdhc4 clock  : 80000000Hz
MMC:  FSL_ESDHC: 0, FSL_ESDHC: 1
Board: Tequila
Boot Reason: [POR]
Boot Device: MMC
Board Id: 0031701123730Z56
S/N: B02317022392005M
Initing MDDR memory
ZQ calibration complete: 0x128=0xfffe0010 0x12C=0xffffffff
DRAM:  256 MB
Using default environment

In:    serial
Out:   logbuff
Err:   logbuff
Quick Memory Test 0x70000000, 0x10000000
POST done in 13 ms
Hit any key to stop autoboot:  0 
## Booting kernel from Legacy Image at 70800000 ...
   Image Name:   Linux-2.6.31-rt11-lab126
   Image Type:   ARM Linux Kernel Image (uncompressed)
   Data Size:    4777568 Bytes =  4.6 MB
   Load Address: 70008000
   Entry Point:  70008000
   Verifying Checksum ... OK
   Loading Kernel Image ... OK
OK
Starting kernel ...

[snip]

Welcome to Kindle!

kindle login:

Отлично, это загрузка при помощи uboot-загрузчика, после чего происходит загрузка Linux и запрос логина.

Если попытаться войти как root, система запросит пароль, хм-м-м… Однако из предыдущего опыта работы с Kindle я знал, что пароль можно сгенерировать из серийного номера. Я нашёл этот веб-сайт, генерирующий несколько возможных паролей для конкретного устройства: мой пароль оказался третьим в списке.

На случай смерти сайта вот самый важный фрагмент кода на Javascript:

var md5 = hex_md5(serial);
document.getElementById("rootpw").innerHTML = "fiona" + md5.substring(7,11);
document.getElementById("rootpw2").innerHTML = "fiona" + md5.substring(7,10);
document.getElementById("rootpw3").innerHTML = "fiona" + md5.substr(13,3);

А, я забыл сказать, как извлёк серийный номер устройства. Подключение по USB не «срабатывает» — такие демо-устройства нельзя монтировать как диски. Однако под Linux оно всё равно выводит серийный номер в вывод dmesg Linux (также его можно получить при помощи printenv в uboot, если нажать на Enter при отображении сообщения «Hit any key to stop autoboot»):

[128033.676587] usb 1-2: new high-speed USB device number 51 using xhci_hcd
[128033.829631] usb 1-2: New USB device found, idVendor=1949, idProduct=0004, bcdDevice= 1.00
[128033.829638] usb 1-2: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=3
[128033.829642] usb 1-2: Product: Amazon Kindle
[128033.829645] usb 1-2: Manufacturer: Amazon
[128033.829648] usb 1-2: SerialNumber: XXXXXXXXXXXXXXXX

Отлично! У нас есть root и мы можем выполнить вход! Теперь разберёмся, как чуть упростить себе работу.

Выполняем дамп системы

Первым делом обычно делают дамп дисков для анализа на другом компьютере.

Проверив /proc/mounts, мы увидим множество разделов основного диска на /dev/mmcblk0.

Выполнив fdisk /dev/mmcblk0, получим следующее:

Units = cylinders of 64 * 512 = 32768 bytes

        Device Boot      Start         End      Blocks  Id System
/dev/mmcblk0p1   *        1025       12224      358400  83 Linux
/dev/mmcblk0p2           12225       14272       65536  83 Linux
/dev/mmcblk0p3           14273       15296       32768  83 Linux
/dev/mmcblk0p4           15297       59776     1423360   b Win95 FAT32

Итак, есть четыре раздела — три Linux, один FAT32.
Первый диск начинается довольно далеко: оказалось, что в этой «отсутствующей» области хранится ядро.
После изучения становится ясно, что раздел 1 — это обычная система, 2 — что-то вроде раздела для инструментов диагностики, 3 — для хранения внутреннего приватного состояния Kindle (например, паролей WiFi). 4 — это тот раздел, который вы видите при подключении Kindle по USB: на нём хранятся все книги.
Раздел 4 смонтирован на /mnt/us.

С помощью dd я сдампил начало диска и разделы 1-3 на /mnt/us (мне нравится делать полный сырой образ, чтобы можно было его восстановить на случай, если что-то пойдёт не так):

dd if=/dev/mmcblk0 of=/mnt/us/kindle.img bs=32768 count=15297

Хотя этот Kindle не отображает диск по USB, поскольку у меня есть root, я могу просто заставить отобразить его:

rmmod g_file_storage
modprobe g_file_storage file=/dev/mmcblk0p4

После этого я скопировал всё на ноутбук.

Анализ системы

Далее я смонтировал разделы из kindle.img на свой ноутбук:

kpartx -v kindle.img

После чего я смог монтировать отдельные разделы на ноутбук. Я извлёк все файлы в папку, чтобы можно было их просматривать и исследовать grep. Выяснилось следующее:

В качестве системы инициализации используется rc.d, поэтому там много скриптов, написанных обычным текстом.
Уровень инициализации 5 — это «обычная» система, запускающая ПО электронной книги
ПО электронной книги находится в /opt/amazon, оно написано на Java (я вроде бы уже знал это, но мне понадобилось освежить память).
Там есть целая куча интересных скриптов diag для тестирования, написанных обычным текстом.
Есть довольно удобный демон wifid для управления wifi-соединением: из скриптов diag я выяснил, как с ним общаться.
Можно выполнять запись на экран eink из командной строки с помощью команды /usr/sbin/eips (документация находится здесь).
Я не смог найти очевидного переключателя «отключить демо-режим»: похоже, он встроен в ПО электронной книги на Java.
Следующие системные сервисы связаны с неподдерживаемыми функциями, ПО электронной книги или общением с Amazon: S50wan S70wand S75phd S81usbnetd S93webreaderd S94browserd S95framework S96boot_finished.

Общение с Wifid

Можно использовать встроенный wifid для подключения к wifi и управления профилями wifi. О, и надо помнить о том, что многие Kindle поддерживают WiFi только на 2,4 ГГц, имейте это в виду, если что-то не будет работать.

Перечисление количества профилей WIFI:

lipc-get-prop com.lab126.wifid profileCount

Показ содержимого профиля WIFI:

echo "{index=(0)}" | lipc-hash-prop com.lab126.wifid profileData

Удаление профиля WIFI:

lipc-set-prop com.lab126.wifid deleteProfile WIFIESSID

Создание профиля WIFI:

echo '{essid="WIFIESSID", smethod="wpa2", secured="yes", psk="WIFIPSK"}' | lipc-hash-prop com.lab126.wifid createProfile

Возможные варианты smethod: open,wep,wpa,wpa2 (если вы выберете open, то задайте для secured значение «no»).

WIFIPSK — это WIFI PSK, сгенерированный утилитой wpa_passphrase (которая есть в Kindle): обычная «wifi passphrase» не сработает.

Подключение профиля WIFI:

lipc-set-prop com.lab126.wifid cmConnect WIFIESSID

Отображение состояния подключения WIFI:

echo "{index = (0)}" | lipc-hash-prop -n com.lab126.wifid currentEssid

Внесение изменений в Root

Во многих из представленных ниже инструкций требуется изменение root-диска в kindle. Однако по умолчанию он монтируется в режиме read only. Чтобы решить эту проблему, запустим на kindle следующую команду:

mntroot rw

После завершения верните диск в режим read only, чтобы избежать нежелательных изменений:

mntroot ro

Установка Dropbear SSH

Я хотел иметь возможность подключения к kindle по ssh, поэтому решил установить ssh-демон dropbear. Разумеется, это устройство на ARM, поэтому мне нужно было или скомпилировать его самостоятельно, или где-то найти. К счастью, существует поддерживаемый разработчиками хак USBNET для kindle: я решил не использовать этот хак у себя, потому что хотел полностью контролировать своё устройство, но всё равно смог позаимствовать из него двоичный файл dropbear.

К сожалению, USBNET поставляется в собственном странном формате обновления Kindle, поэтому нужно извлечь из него двоичный файл:

На компьютере:

Скачать этот репозиторий git и скомпилировать его — это позволит нам декодировать обновления kindle.
Скачать kindle-usbnetwork-0.57.N-k4.zip отсюда и скопировать его в KindleTool/Release/.
cd KindleTool/Release/
Распаковать kindle-usbnetwork-0.57.N-k4.zip
./kindletool extract Update_usbnetwork_0.57.N_k4_install.bin usbnet
cd usbnet
tar Jxf usbnet.tar.xz
Скопировать src/usbnet/bin/dropbearmulti на Kindle (я перемонтировал его как USB-устройство и скопировал файлы).

В Kindle:

cd /
mv /mnt/us/dropbearmulti /
chmod a+x /dropbearmulti
ln -sf /dropbear /dropbearmulti
ln -sf /dropbearkey /dropbearmulti
ln -sf /bin/scp /dropbearmulti
/dropbearkey -t rsa /dropbear_rsa_host_key

Преобразуем всё под мои проекты

Я переименовал все ненужные системные сервисы:

cd /etc/rc5.d; mv S95framework DISABLED.S95framework

Добавил собственный скрипт инициализации в /etc/rc5.d/S99adq, чтобы вносить свои изменения:

#!/bin/sh
NAME="adq"

case "$1" in

   start)
        # display some stuff!
        /usr/sbin/eips -c 20 20 "HELLO ADQ"
        IP=`ifconfig wlan0 | awk '/t addr:/{gsub(/.*:/,"",$2);print$2}'`
        /usr/sbin/eips 1 1 "IP Address: $IP"
        /usr/sbin/eips 1 2 "Root Password: <MY ROOT PASSWORD>"
        /usr/sbin/eips ""

        # connect to wifi and allow ssh in
        lipc-set-prop com.lab126.wifid cmConnect MYWIFISSID
        iptables -A INPUT -i wlan0 -p tcp --dport 22 -j ACCEPT
        /dropbear -r /dropbear_rsa_host_key
        mkdir -p /mnt/us/usbnet/etc
        echo "<MY SSH PUBKEY>" > /mnt/us/usbnet/etc/authorized_keys

        # expose shell over usb
        modprobe -r g_file_storage
        modprobe g_serial
        /sbin/getty -L 115200 ttyGS0 -l /bin/login &
        ;;

   stop)
        ;;
    *)
        msg "Usage: /etc/init.d/$NAME {start|stop}" W >&2
        exit 1
        ;;
esac

exit 0

Теперь устройство может:

При загрузке отображать на экране полезную информацию
Подключаться к wifi.
Использовать SSH через файрвол.
Запускать ssh-демон dropbear.
Добавлять мой публичный ключ ssh в нужное для dropbear место.
Удалять USB-функцию «притворяемся диском»
Заставлять его «притворяться последовательным устройством» через USB и отображать запрос логина: если подключить его через USB и использовать minicom, я получу запрос логина на случай, если что-то пойдёт не так.

Теперь при загрузке мой kindle выглядит так и я могу подключаться как root по ssh.

Всё практически готово: теперь я могу подключаться по ssh к kindle и у меня есть несколько уровней последовательной консоли на случай, если что-то пойдёт не так. Это довольно удобная система разработки под Linux с e-ink, подключением по wifi и с работой от аккумулятора.

Последнее улучшение — я убрал некоторые защёлки с задней крышки и установил её на место.

Дальнейшее развитие

Похоже, что эта библиотека (FBInk) сможет заменить ПО Amazon eips; вероятно, оно будет удобнее, если я захочу интегрировать дисплей с моим собственным ПО.

На правах рекламы

Эпичные серверы — это надёжные серверы на Linux или Windows с мощными процессорами семейства AMD EPYC и очень быстрой файловой системой, используем исключительно NVMe диски от Intel. Попробуйте как можно быстрее!

Теги:

Хабы: