UART
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Informazioni di Base
UART è un protocollo seriale, il che significa che trasferisce i dati tra i componenti un bit alla volta. Al contrario, i protocolli di comunicazione parallela trasmettono i dati simultaneamente attraverso più canali. I protocolli seriali comuni includono RS-232, I2C, SPI, CAN, Ethernet, HDMI, PCI Express e USB.
Generalmente, la linea viene mantenuta alta (a un valore logico 1) mentre UART è nello stato di inattività. Quindi, per segnalare l'inizio di un trasferimento dati, il trasmettitore invia un bit di start al ricevitore, durante il quale il segnale viene mantenuto basso (a un valore logico 0). Successivamente, il trasmettitore invia cinque otto bit di dati contenenti il messaggio effettivo, seguiti da un bit di parità opzionale e uno o due bit di stop (con un valore logico 1), a seconda della configurazione. Il bit di parità, utilizzato per il controllo degli errori, è raramente visto in pratica. Il bit di stop (o i bit) indicano la fine della trasmissione.
Chiamiamo la configurazione più comune 8N1: otto bit di dati, nessuna parità e un bit di stop. Ad esempio, se volessimo inviare il carattere C, o 0x43 in ASCII, in una configurazione UART 8N1, invieremmo i seguenti bit: 0 (il bit di start); 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1 (il valore di 0x43 in binario), e 0 (il bit di stop).
Strumenti hardware per comunicare con UART:
Adattatore USB-seriale
Adattatori con chip CP2102 o PL2303
Strumento multipurpose come: Bus Pirate, l'Adafruit FT232H, lo Shikra o l'Attify Badge
Identificazione delle Porte UART
UART ha 4 porte: TX(Trasmetti), RX(Ricevi), Vcc(Tensione) e GND(Terra). Potresti trovare 4 porte con le lettere TX e RX scritte sulla PCB. Ma se non c'è alcuna indicazione, potresti dover cercare di trovarle tu stesso utilizzando un multimetro o un analizzatore logico.
Con un multimetro e il dispositivo spento:
Per identificare il pin GND utilizza la modalità Test di continuità, posiziona il morsetto posteriore a terra e testa con quello rosso fino a sentire un suono dal multimetro. Sulla PCB possono essere presenti diversi pin GND, quindi potresti aver trovato o meno quello appartenente a UART.
Per identificare la porta VCC, imposta la modalità tensione DC e impostala fino a 20 V di tensione. Morsetto nero a terra e morsetto rosso sul pin. Accendi il dispositivo. Se il multimetro misura una tensione costante di 3,3 V o 5 V, hai trovato il pin Vcc. Se ottieni altre tensioni, riprova con altre porte.
Per identificare la porta TX, modalità tensione DC fino a 20 V di tensione, morsetto nero a terra e morsetto rosso sul pin, e accendi il dispositivo. Se trovi che la tensione fluttua per alcuni secondi e poi si stabilizza al valore di Vcc, hai molto probabilmente trovato la porta TX. Questo perché quando si accende, invia alcuni dati di debug.
La porta RX sarebbe la più vicina alle altre 3, ha la minore fluttuazione di tensione e il valore complessivo più basso di tutti i pin UART.
Puoi confondere i pin TX e RX e non succederebbe nulla, ma se confondi il pin GND e il pin VCC potresti bruciare il circuito.
In alcuni dispositivi target, la porta UART è disabilitata dal produttore disabilitando RX o TX o addirittura entrambi. In tal caso, può essere utile tracciare le connessioni nella scheda del circuito e trovare un punto di breakout. Un forte suggerimento per confermare la mancata rilevazione di UART e la rottura del circuito è controllare la garanzia del dispositivo. Se il dispositivo è stato spedito con una qualche garanzia, il produttore lascia alcune interfacce di debug (in questo caso, UART) e quindi, deve aver scollegato l'UART e lo riattaccherebbe durante il debug. Questi pin di breakout possono essere collegati saldando o con fili jumper.
Identificazione del Baud Rate UART
Il modo più semplice per identificare il baud rate corretto è guardare l'output del pin TX e provare a leggere i dati. Se i dati che ricevi non sono leggibili, passa al prossimo baud rate possibile fino a quando i dati diventano leggibili. Puoi utilizzare un adattatore USB-seriale o un dispositivo multipurpose come Bus Pirate per fare ciò, abbinato a uno script di aiuto, come baudrate.py. I baud rate più comuni sono 9600, 38400, 19200, 57600 e 115200.
È importante notare che in questo protocollo è necessario collegare il TX di un dispositivo al RX dell'altro!
Adattatore UART CP210X a TTY
Il Chip CP210X è utilizzato in molti prototipi come NodeMCU (con esp8266) per la comunicazione seriale. Questi adattatori sono relativamente economici e possono essere utilizzati per connettersi all'interfaccia UART del target. Il dispositivo ha 5 pin: 5V, GND, RXD, TXD, 3.3V. Assicurati di collegare la tensione supportata dal target per evitare danni. Infine, collega il pin RXD dell'Adattatore al TXD del target e il pin TXD dell'Adattatore al RXD del target.
Nel caso in cui l'adattatore non venga rilevato, assicurati che i driver CP210X siano installati nel sistema host. Una volta che l'adattatore viene rilevato e collegato, possono essere utilizzati strumenti come picocom, minicom o screen.
Per elencare i dispositivi collegati ai sistemi Linux/MacOS:
Per interagire in modo basilare con l'interfaccia UART, utilizza il seguente comando:
Per minicom, utilizza il seguente comando per configurarlo:
Configura le impostazioni come il baudrate e il nome del dispositivo nell'opzione Impostazioni della porta seriale.
Dopo la configurazione, utilizza il comando minicom per avviare la Console UART.
UART tramite Arduino UNO R3 (schede chip Atmel 328p rimovibili)
Nel caso in cui gli adattatori UART Serial to USB non siano disponibili, è possibile utilizzare Arduino UNO R3 con un rapido hack. Poiché Arduino UNO R3 è di solito disponibile ovunque, questo può risparmiare molto tempo.
Arduino UNO R3 ha un adattatore USB a seriale integrato sulla scheda stessa. Per ottenere la connessione UART, basta staccare il chip microcontrollore Atmel 328p dalla scheda. Questo hack funziona su varianti di Arduino UNO R3 che non hanno saldato il chip Atmel 328p sulla scheda (viene utilizzata la versione SMD). Collega il pin RX di Arduino (Pin digitale 0) al pin TX dell'interfaccia UART e il pin TX di Arduino (Pin digitale 1) al pin RX dell'interfaccia UART.
Infine, è consigliabile utilizzare Arduino IDE per ottenere la Console Seriale. Nella sezione strumenti nel menu, seleziona l'opzione Console Seriale e imposta il baud rate in base all'interfaccia UART.
Bus Pirate
In questo scenario andremo a intercettare la comunicazione UART dell'Arduino che sta inviando tutte le stampe del programma al Monitor Seriale.
Dumping Firmware con la Console UART
La Console UART fornisce un ottimo modo per lavorare con il firmware sottostante nell'ambiente di runtime. Ma quando l'accesso alla Console UART è in sola lettura, potrebbe introdurre molti vincoli. In molti dispositivi embedded, il firmware è memorizzato in EEPROM e eseguito in processori che hanno memoria volatile. Pertanto, il firmware viene mantenuto in sola lettura poiché il firmware originale durante la produzione è all'interno della stessa EEPROM e qualsiasi nuovo file verrebbe perso a causa della memoria volatile. Pertanto, il dump del firmware è uno sforzo prezioso durante il lavoro con i firmware embedded.
Ci sono molti modi per farlo e la sezione SPI copre metodi per estrarre il firmware direttamente dalla EEPROM con vari dispositivi. Anche se è consigliabile provare prima a fare il dump del firmware con UART poiché fare il dump del firmware con dispositivi fisici e interazioni esterne può essere rischioso.
Il dump del firmware dalla Console UART richiede prima di tutto di ottenere l'accesso ai bootloader. Molti fornitori popolari utilizzano uboot (Universal Bootloader) come loro bootloader per caricare Linux. Pertanto, è necessario ottenere l'accesso a uboot.
Per ottenere l'accesso al bootloader, collegare la porta UART al computer e utilizzare uno qualsiasi degli strumenti Serial Console e mantenere disconnesso l'alimentatore del dispositivo. Una volta che la configurazione è pronta, premere il tasto Invio e tenerlo premuto. Infine, collegare l'alimentatore al dispositivo e lasciarlo avviare.
Fare ciò interromperà uboot dal caricamento e fornirà un menu. È consigliabile comprendere i comandi di uboot e utilizzare il menu di aiuto per elencarli. Questo potrebbe essere il comando help. Poiché i diversi fornitori utilizzano diverse configurazioni, è necessario capirle separatamente.
Di solito, il comando per fare il dump del firmware è:
Il termine "memory dump" sta per "dump di memoria". Questo dump della memoria (Contenuto dell'EEPROM) verrà visualizzato sullo schermo. Si consiglia di registrare l'output della Console Seriale prima di avviare la procedura per catturare il dump di memoria.
Infine, eliminare tutti i dati non necessari dal file di registro e memorizzare il file come filename.rom e utilizzare binwalk per estrarre i contenuti:
Questo elencherà i possibili contenuti dall'EEPROM in base alle firme trovate nel file esadecimale.
Anche se è necessario notare che non è sempre il caso che l'uboot sia sbloccato anche se viene utilizzato. Se il tasto Invio non fa nulla, controllare se ci sono tasti diversi come il tasto Spazio, ecc. Se il bootloader è bloccato e non viene interrotto, questo metodo non funzionerebbe. Per verificare se uboot è il bootloader del dispositivo, controllare l'output sulla Console UART durante l'avvio del dispositivo. Potrebbe menzionare uboot durante l'avvio.
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