Программатор из Arduino. Прошиваем маршрутизатор подручными средствами

Нас пов­сюду окру­жают элек­трон­ные циф­ровые устрой­ства. Мно­гие телеви­зоры, авто­маг­нитолы, монито­ры, мар­шру­тиза­торы, материн­ские пла­ты компь­юте­ров и ноут­буков хра­нят свои управля­ющие прог­раммы в мик­росхе­мах памяти SPI Flash. Иног­да для ремон­та или рас­ширения фун­кци­ональ­нос­ти таких устрой­ств тре­бует­ся переп­рошив­ка. А может, ты задумы­ваешь­ся о надеж­ном хра­нении неболь­ших объ­емов цен­ной для тебя информа­ции? Тог­да читай о том, как мож­но исполь­зовать для этой цели SPI Flash!

Вещь в себе

Од­нажды мне в руки попал SOHO-мар­шру­тиза­тор Ethernet/Wi-Fi, который на повер­ку ока­зал­ся одним из брен­дирован­ных вари­антов ZTE H118N. Он вклю­чал­ся, работал, но был прак­тичес­ки бес­полезен без кон­трак­та с интернет‑про­вай­дером. Нас­трой­ки в веб‑интерфей­се ока­зались заб­локиро­ван­ными, сетевые служ­бы — отклю­чен­ными, а поиск в интерне­те показал, что прев­ратить его во что‑то более‑менее при­год­ное мож­но лишь путем замены firmware — прог­рам­мно­го обес­печения, хра­няще­гося в мик­росхе­ме пос­тоян­ного запоми­нающе­го устрой­ства. Изго­тови­тель мар­шру­тиза­тора позабо­тил­ся о том, что­бы пре­сечь прог­рам­мный спо­соб замены содер­жимого пос­тоян­ной памяти. Но путь «переп­рошив­ки» с помощью прог­рамма­тора остался откры­тым.

Про­дол­жив изу­чать воп­рос, я узнал, что на некото­рые мар­шру­тиза­торы подоб­ного клас­са мож­но уста­новить опе­раци­онную сис­тему OpenWrt на осно­ве Linux, зна­читель­но рас­ширя­ющую их воз­можнос­ти. Заод­но не без инте­реса почитал на форумах дис­куссии, пос­вящен­ные вос­ста­нов­лению мар­шру­тиза­торов, «окир­пичен­ных» (не пода­ющих приз­наков жиз­ни) неудач­ными попыт­ками такой уста­нов­ки. В осо­бо тяжелых слу­чаях эта про­цеду­ра сво­дит­ся к заг­рузке «дам­пов» (обра­зов firmware) с помощью прог­рамма­тора. К тому же ока­залось, что мар­шру­тиза­торы раз­ных про­изво­дите­лей, пос­тро­енные на одной или схо­жей аппа­рат­ной плат­форме, могут фун­кци­они­ровать под управле­нием прог­рам­мно­го обес­печения кон­курен­тов. В общем, вся информа­цион­ная сре­да под­талки­вала к тому, что­бы про­вес­ти над име­ющим­ся у меня устрой­ством сме­лые экспе­римен­ты.

Что мы будем делать?

Увы, мои надеж­ды получить ком­пак­тное уни­вер­саль­ное Linux-устрой­ство раз­бились о суровую дей­стви­тель­ность. Сняв крыш­ку кор­пуса, я уви­дел мик­ропро­цес­сор RTL8676S, о котором очень мало тех­ничес­кой информа­ции в сво­бод­ном дос­тупе, а инте­рес к нему со сто­роны сооб­щес­тва OpenWrt про­пор­циона­лен объ­ему этой информа­ции. Но почему бы не дать это­му мар­шру­тиза­тору шанс, заменив его про­шив­ку стан­дар­тной, исполь­зующей­ся на ана­логич­ных устрой­ствах?

У края пла­ты нет­рудно заметить 8-вывод­ную мик­росхе­му пос­тоян­ного запоми­нающе­го устрой­ства W25Q128FVSG, вок­руг которой будут раз­вивать­ся даль­нейшие события. Из спе­цифи­кации мы можем узнать, что она пред­став­ляет собой память, реали­зован­ную по тех­нологии NOR Flash, дос­туп к которой выпол­няет­ся с помощью пос­ледова­тель­ного интерфей­са SPI. Информа­цион­ная емкость мик­росхе­мы сос­тавля­ет 128 Мбит (16 Мбайт), и работа­ет она в диапа­зоне нап­ряжения от 2,7 до 3,6 В.

Ши­роко исполь­зуемое для прог­рамми­рова­ния подоб­ных «мик­росхем 25-й серии» прис­пособ­ление — недоро­гой USB-прог­рамма­тор на кон­верте­ре CH341A. Для внут­рисхем­ного прог­рамми­рова­ния (то есть без сня­тия мик­росхе­мы с пла­ты) он ком­плек­тует­ся спе­циаль­ным зажимом‑при­щеп­кой, который обхва­тыва­ет мик­росхе­му памяти и обес­печива­ет необ­ходимый кон­такт. В моем арсе­нале такого чудес­ного инс­тру­мен­та не ока­залось, зато нашел­ся клон Arduino UNO. Для него есть скетч frser-duino, прев­раща­ющий его в UNO-прог­рамма­тор, с которым уме­ет работать ути­лита flashrom.

Что­бы переп­рограм­мировать наш подопыт­ный мар­шру­тиза­тор, при­дет­ся выпол­нить сле­дующие шаги.

1. Под­готовить рабочую сре­ду на пер­сональ­ном компь­юте­ре.
2. Соб­рать в рабочей сре­де скетч frser-duino из исходных тек­стов.
3. За­писать скетч frser-duino в клон Arduino UNO — получит­ся UNO-прог­рамма­тор.
4. Под­клю­чить мик­росхе­му SPI Flash к UNO-прог­рамма­тору.
5. За­писать firmware из фай­ла обра­за в SPI Flash.

Подготовка рабочей среды

Ра­боту над прог­рам­мным обес­печени­ем я выпол­нял в при­выч­ной мне сре­де Bodhi Linux 4.5 64 бит, базиру­ющей­ся на Ubuntu 16.04. Так что опи­сан­ные дей­ствия дол­жны подой­ти для любых более‑менее сов­ремен­ных дис­три­бути­вов Linux, про­изводных от Ubuntu. Понадо­бит­ся толь­ко уста­новить сле­дующие пакеты:

• build-essential — средс­тва для сбор­ки прог­рам­мно­го обес­печения из исходных тек­стов;
• arduino-core — метапа­кет, содер­жащий кросс‑ком­пилятор gcc-avr для мик­рокон­трол­леров AVR и ути­литу для их прог­рамми­рова­ния avrdude;
• flashrom — ути­лита для управле­ния прог­рамма­тора­ми мик­росхем памяти.

Ус­танов­ка перечис­ленных инс­тру­мен­тов из репози­тория выпол­няет­ся коман­дой

Под­клю­чение пла­ты кло­на Arduino к рабоче­му компь­юте­ру с помощью USB-кабеля соп­ровож­дает­ся соз­дани­ем фай­ла пос­ледова­тель­ного пор­та /dev/ttyUSB0:

Для про­вер­ки работы мож­но вос­поль­зовать­ся сле­дующей коман­дой:

В этой коман­де параметр -c ука­зыва­ет тип прог­рамма­тора, -p (строч­ная бук­ва) — модель прог­рамми­руемо­го мик­рокон­трол­лера, -P (про­пис­ная бук­ва) — файл пос­ледова­тель­ного пор­та прог­рамма­тора, -b — ско­рость информа­цион­ного обме­на. На экра­не дол­жна появить­ся сле­дующая информа­ция:

Ес­ли вмес­то это­го ты видишь стро­ку

зна­чит, у тебя нет прав на дос­туп к пор­ту. Для их получе­ния надо стать чле­ном груп­пы dialout и пов­торно зай­ти в сис­тему:

Вмес­то xakep исполь­зуй имя сво­его поль­зовате­ля. Про­верить членс­тво в груп­пах можешь коман­дой groups.

По­лучи­лось? Тог­да перед тем, как дви­гать­ся даль­ше, сде­лай резер­вную копию флеш‑памяти тво­его кло­на Arduino с находя­щими­ся там сей­час скет­чем и заг­рузчи­ком:

На экран сно­ва будет выведе­но нес­коль­ко информа­цион­ных строк, а в текущем катало­ге появит­ся файл uno_backup.hex, содер­жащий образ флеш‑памяти в фор­мате Intel HEX.

Сборка скетча для UNO-программатора

Что­бы прев­ратить клон Arduino в UNO-прог­рамма­тор, надо записать в него машин­ный код скет­ча frser-duino, который мы пря­мо сей­час соберем из исходных тек­стов. Для получе­ния исходни­ков из интернет‑репози­тория мож­но выпол­нить сле­дующие коман­ды: