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水墨屏开发设备,旧 Kindle 改造而成

原文地址:Turning an old Amazon Kindle into a eink development platform

原文作者:adq

译者 & 校正:HelloGitHub-小鱼干 & 卤蛋

我想有个用于(开发)未来项目的水墨屏,刚好我又买了一个带树莓派 “hat” 的小玩意。就这样,灵光一闪的我想到旧 Amazon Kindle 电子书阅读器可以变废为宝。

译者:这便是本文的由来。

我之前有过使用 Kindle 的经验:我为它移植过一个 Infocom 解析器 和一个 Manga 漫画阅读器 。我让亚马逊软件以 “Kindlets” 形式加载 Infocom 和 Manga,并将它们集成到电子书阅读器 Kindle 中。而现在,我想要一个好用且便宜的水墨屏 Linux 开发平台。

下面就是全部的操作和流程!

Ebay 上便宜的 Kindle(和它们便宜的原因)

我在 Ebay 上看到了许多便宜的 Kindle,上面标着 “BLOCKED BY AMAZON”,当然我并不打算买它们,因为理论上它们可能被偷了。最后,我选择了一个 7 英镑的非触摸版 Kindle 4。

几天后,我收到货发现了它这么便宜的原因:这台 Kindle 陷入了某种不可退出的演示模式:

我在 Google 上搜了下解决方法,后来版本的 Kindle 是可以退出演示模式,但这些方法在这个 Kindle 4 版本上没用。不过不要紧,这不重要:因为我并不想在这个 Kindle 上运行原装的 Kindle 电子书软件。

嗯,下一步我们就是要去获得访问权限。我浏览了 mobileread 论坛 显示 Kindle 有一个调试串口:是时候动手了!

处理硬件

这台 Kindle 有点麻烦:它周围有多个卡扣,外壳粘在电池组件上,我机智地用了一把刀来拆机并用丙酮把 (Kindle 后盖的)粘合剂擦拭干净。

  • 红色框:讨厌的卡扣
  • 紫色:真的非常麻烦的胶水(粘合剂)
  • 黄色:串口

一般来说,硬件串口是没有插孔的,我们要将连接线焊接到主板的串口上。我喜欢用大约 0.2mm 电线来连接电子元件,并用我的电烙铁来重焊 Kindle 底座。

我不想任何电线乱绕,我也深知我可能会焊乱电线但我又需要连接串口,所以我想到了一个法子连接电线:

我用强力胶把一块条板粘在 Kindle 的 PCB 印刷电路板上,然后把迷你 PCB 连接点上的电线焊在一端。最后,在另一端我焊接了一个大的、通用“Dupont”电缆插座,这样我可以很容易地连接和拆卸它。对啦,Kindle PCB 顶部电缆是 0v/GND,其他电缆是 TX 和 RX (我忘了这两个电缆的顺序)。

最后一个难题:Kindle 串口运行电压是 1.8v,所以我需要一个串行适配器来供电:

我买的适配器支持 5v、3.3v、2.5v 和 1.8v,非常搭!

Root Kindle

接下来,我把串行适配器连到我的笔记本电脑上,运行 minicom 串口通信软件,再重新启动 Kindle。然后,我(难免地,译者:前面有提到作者忘记了 TX 和 RX 顺序)交换 TX 和 RX 电缆后,我看到了 Kindle 欢迎信息!

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: 
复制代码

很好,这是启动 uboot 的启动加载器( bootloader )在启动 Linux 并要求我登录。

以 root 登录,提示要输入密码:Emmm…密码?从以前的 Kindle 使用经验中,我知道可以用 Kindle 的序列号生成密码。然后我找到了 这个网站,它会为一个特定的设备生成许多可能的密码:我的 Kindle root 登录密码是第三个。

为防止网站倒闭,这里是 Javascript 生成密码的关键片段:

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);
复制代码

对对,我忘了说我是如何拿到设备序列号的。Kindle 以非工作状态插上 USB,即,你不能将这些演示设备作为磁盘。但在这个状态的 Kindle 可用 Linux 的 dmesg 命令输出序列号(你也可以在 uboot 中使用 printenv 命令得到序列号,当它显示 “Hit any key to stop autoboot” 时按 Enter 回车键):

[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
复制代码

Cool!我们有 root 权限,可以登录了!现在来看看如何让它更方便地使用。

转储系统

一般来说,第一步是将磁盘信息转到另一台计算机上进行分析。

检查 /proc/mounts,显示主磁盘 /dev/mmcblk0 上有多个分区。

运行 fdisk /dev/mmcblk0 会得到如下结果:

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
复制代码
  • 四个分区:三个 Linux 系统,一个 FAT32 系统。
  • 第一个磁盘开始时离磁盘很远:原来内核存储在那个 “丢失的” 区域。
  • 深入研究后发现分区 1 是正常系统,2 是一种诊断工具,3 是存储 Kindle 私密信息(例如 Wi-Fi 密码)。当你通过 USB 插入 Kindle 时,你会看到分区 4:你电子书的存储地方。

— 分区 4 挂载在 /mnt/us”`。

我用 dd 命令将磁盘和分区 1-3 转储到 /mnt/us 上(一般我中意备份一个完整的原始映像,以便在出现问题时可以恢复它):

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

虽然这款 Kindle 不能在 USB 上显示为磁盘,但因为我有 root 权限能让它这样:

rmmod g_file_storage
modprobe g_file_storage file=/dev/mmcblk0p4
复制代码

它会出现在我的笔记本上,然后我把所有东西都复制了下来。

分析系统

终于,我用以下命令在笔记本安装 kindle.img 中的分区:

kpartx -v kindle.img
复制代码

接着,我将 Kindle 各个分区安装到我的笔记本电脑上。我把所有分区文件放在一个文件夹中,这样我可以方便地用 grep 命令查看它们。我发现:

  • Kindle 用 rc.d 作为它的系统初始化系统,文件夹中有很多优雅的纯文本脚本。
  • Init level 5 是运行电子书软件的 “通用” 系统
  • 电子书软件在 /opt/amazon目录,用 Java 编写(我知道要快速复习 Java 了)。
  • Kindle 有一堆有意思的纯文本 “diag” 脚本用来测试。
  • 有一个相当漂亮的 wifid daemon 来管理 Wi-Fi 连接:我从 diag 脚本中找到了与它对话的方法。
  • /usr/sbin/eps 命令(文档见这里)从命令行写入数据到水墨屏。
  • 我没找到可见的 “turn off demo mode” 开关:看样子演示模式是 Java 电子书软件的定制功能。
  • 以下系统服务与不支持的功能或电子书软件有关,或与 Amazon 联系:S50wan S70wand S75phd S81usbnetd S93webreaderd S94browserd S95framework S96boot_finished。

对话 Wifid

你可以用 Kindle 内置的 wifid 连接 Wi-Fi,并管理你的 Wi-Fi 配置文件。对啦,如果你的 Wi-Fi 连接失败,一定要记住许多 Kindle 只支持 2.4Ghz Wi-Fi 😉

列出 Wi-Fi 配置文件数量

lipc-get-prop com.lab126.wifid profileCount
复制代码

显示 Wi-Fi 配置文件

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

删除某个 Wi-Fi 配置文件

lipc-set-prop com.lab126.wifid deleteProfile WIFIESSID
复制代码

创建 Wi-Fi 配置文件

echo '{essid="WIFIESSID", smethod="wpa2", secured="yes", psk="WIFIPSK"}' | lipc-hash-prop com.lab126.wifid createProfile
复制代码
  • smethod 可以是 open / wep / wpa / wpa2 之一(如果选择 open,请设置 secured 为 “no”)
  • WIFIPSK 是 wpa_passphrase 实用程序(这实际上是在 Kindle 上)生成的 WIFI PSK:一个正常的 “wifi passphrase” 将不起作用。

连接 Wi-Fi 配置文件

lipc-set-prop com.lab126.wifid cmConnect WIFIESSID
复制代码

显示 Wi-Fi 连接情况

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

修改 Root

下面的许多说明需要更改 Kindle 的根磁盘。但是,默认情况下根磁盘为防止被修改以只读模式挂载。要解决这个问题,在 Kindle 上运行以下命令:

mntroot rw
复制代码

完成修改后,将其设置为只读模式,以防止任何不必要的更改:

mntroot ro
复制代码

安装 Dropbear SSH

我想 ssh 到我的 Kindle,所以我要安装 ssh 程序 dropbear。当然,Kindle 是一个基于 ARM 的设备,所以要么我自己编译 dropbear,要么在某个地方找到 dropbear 二进制文件。刚好,Kindle 有一个遗留的 USBNET 漏洞:我自己不直接用这个漏洞,因为我想完全控制这个开发套件,但是我可以从 USBNET 那里借用 dropbear 二进制文件。

不巧的是,USBNET 漏洞是用 Kindle 自有诡异的更新格式发布的,所以我们需要把 USBNET 提取出来:

在你的电脑中:

  • 下载这个 git repo 并编译它——这会让我们解码 Kindle 更新。
  • 这里 下载 kindle-usbnetwork-0.57.N-k4.zip,并复制到 KindleTool/Release/
cd KindleTool/Release/
unzip 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
复制代码
  • src/usbnet/bin/dropbearmulti 复制到你的 Kindle(我重装它为 USB 设备并复制过来)。

在 Kindle 中:

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
复制代码

定制 Kindle

我用下面的方式重命名了所有不需要的系统服务:

cd /etc/rc5.d; mv S95framework DISABLED.S95framework
复制代码

我在 /etc/rc5.d/S99adq 中添加了自己的初始化脚本来添加自己的定制设置:

#!/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
复制代码
  • 在电子书屏幕的启动页显示一些有用信息
  • 连上 Wi-Fi。
  • 允许通过防火墙 SSH。
  • 运行 dropbear ssh 进程。
  • 在 dropbear 中添加我的 ssh 公钥。
  • 移除 “pretend to be a disk” USB 功能。
  • 通过 USB 连接时,假装为串行设备并给出一个登录提示:如果我通过 USB 插入它并使用 minicom,我就会得到一个登录提示… 嗯,这是为了防止出现问题。

一旦启动,我的 Kindle 就是现在这样,然后我可以作为 root 用户 ssh 连接它。

差不多了:我现在可以 ssh 连 Kindle,如果发生问题,我也有多级别的串行控制台来解决问题。这是一个小巧的、支持无线网、电池供电的水墨屏 Linux 开发系统。

最后的操作,把后盖合上来保护电路。

展望

这个库 (FBInk)看起来可以取代亚马逊的 eip 软件;如果我想把显示器集成到我自己的软件中,FBInk 可能会更好。

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