Делаем из битого планшета одноплатник: подключаем Android-устройства к дешевым микроконтроллерам через UART
В наше время, из-за санкций одноплатники стали стоить каких-то «конских» денег. Даже б/у RaspberryPi Zero стоит 2–3 тысячи рублей на барахолках, что, мягко скажем, не совсем лояльная цена для «самого дешевого одноплатного компьютера в мире». Конечно, Orange Pi Zero всё ещё можно купить в пределах 1.500–2.000 рублей, но как по мне и эта цена не слишком лояльна за те характеристики, который предлагает такой одноплатник. С другой стороны, Android-планшеты 10-летней давности продаются на барахолках по 100–300 рублей, что выглядит гораздо привлекательнее, причём на некоторые устройства практически без костылей можно установить полноценный дистрибутив Linux! Вероятно, многие читатели скажут мол «автор бомж» и будут правы: ведь в рамках этой статьи, я хочу рассказать о том, как использовать полурабочий древний планшет в качестве полноценного одноплатника путём подключения его к микроконтроллеру и выводу GPIO! Сегодня мы с вами: узнаем, как подключить микроконтроллер к шине UART в планшете и научимся работать с последовательной шиной в Android прямо из Java и нативных программ. Интересна моя концепция антикризисного одноплатника? Тогда добро пожаловать под кат!
❯ Зачем это нужно?
Пожалуй, нельзя сказать, что подобная концепция пристраивания старых планшетов — вопрос исключительно цены. 2–3 тысячи рублей не такие уж и большие деньги и при желании можно купить хотя-бы Б/У, но всё таки полноценный одноплатник с нормальной GPIO-гребенкой. Однако здесь стоит вопрос не столько дешевизны, сколько E-Waste: зачем выкидывать в помойку потенциально рабочие планшеты с живым процессором, если их можно пристроить куда-то ещё?
На самом деле, планшеты с ROOT-доступом уже из коробки могут выполнять весьма полезные задачи, как, например, хостинг http-сервера для домашней страницы, работать как панель с часиками и погодой, или, например, работать в качестве HMI-панели для оформления заказов в шаурмечной. Кроме того, многие планшеты на базе смартфонных чипсетов (MediaTek, Spreadtrum) имеют полноценный Bluetooth-модуль, что позволяет «подружить» планшет с микроконтроллером через радиоканал, что значительно расширяет возможный спектр применений.
Преимуществ у такого подхода много: у «пожилого» планшета уже есть большой, достаточно качественный (хороший TN, либо даже IPS) дисплей с тачскрином, который поддерживает мультитач, GPU для вывода 3D-графики, 3.5 мм для вывода звука + встроенные динамики, а также весьма неплохое, по сравнению с дешевыми одноплатниками, железо. Звучит весьма вкусно для цены в 300 рублей: собрать хоть немного похожую конфигурацию на базе RPi выйдет в 10–15 тысяч рублей (учитывая дороговизну MIPI-матриц с тачскринами + цену самой «малинки» и обвязки для аудиотракта).
Но при всех перечисленных достоинствах, атрибутом любого полноценного одноплатника является наличие GPIO — и даже здесь мы сможем с вами выкрутится! Первый способ, о котором я чуть выше вскользь рассказал, позволяет реализовать общение с МК и «ногодрыг» через BT-радиоканал, но минусы такого подхода очевидны (МК с BT дороже, радиоканал потребляет дополнительную энергию, некоторые могут посчитать BT небезопасным). Однако есть и второй подход, который заключается в использовании диагностических пятачков UART на плате устройства для наших личных целей!
С таким подходом можно использовать как «голый» Linux, используя концепцию, которую я представил в этой статье, так и взаимодействовать из Java-приложений для Android (что даёт уже, как минимум, удобный GUI-фреймворк). Сегодняшняя статья будет «без воды», только чистая конкретика, поэтому давайте перейдем к реализации!
❯ Подготовка
Как я уже говорил выше — в рамках данной статьи мы рассмотрим использование UART в планшете для наших собственных целей. UART — это двунаправленная полнодуплексная цифровая шина, которая позволяет обеспечить стабильную передачу данных при относительно невысокой скорости, измеряемой в бодах. То есть, быстро стримить картинку с её помощью вы не сможете, но сможете, например, получить состояние входов МК, прочитать что-то на шине I2C, используя мост UART → I2C или, например, прочитать показания датчиков, которые МК предварительно опросил.
Сама по себе концепция очень простая: многие китайские производители планшетов и смартфонов не только разводят UART в виде отдельного пятачка на плате, но и подписывают его, задействуя UART-канал как вывод для логов ядра, а иногда и предоставляя доступ к рутовой консоли! В свою очередь, из юзерспейса мы можем получить доступ к UART с помощью устройства /dev/ttyS
Однако наличие UART на плате — не всегда признак того, что он сконфигурирован в системе верно. Например, на смартфонах с чипсетами SC6820 нормально завести UART я так и не смог, а на некоторых устройствах на базе MT657x нужно патчить загрузчик, дабы он «увидел» нужный канал UART! В моём случае, героем статьи стал планшет Prestigio, у которого отказал тачскрин, но был доступен UART:
Конкретно в моём случае, после установки последней официальной прошивки планшет перестал слать логи на UART и устройство /dev/ttyMT3 оказалось доступным для наших операций, в вашем же случае может потребоваться настройка devicetree, или просто патчинг загрузчика, дабы редиректнуть консоль на другой вывод UART. Кроме того, необходимо обязательно получить root-доступ хотя-бы к adb shell, поскольку доступ к /dev/tty устройствам возможен только от имени суперпользователя. Как же проверить UART на возможность чтения/записи? Сначала нам необходимо взять ESP32 или любой UART-USB преобразователь, припаять сигнальные линии RX/TX и использовать любую программу для работы с последовательным портом, например Putty. Заходим в adb shell, и пишем что-нибудь в консоль:
Вуаля! Всё работает :)
Работает? Замечательно, значит мы сможем использовать планшет вместе с микроконтроллером! Переходим к практической реализации нашего приложения!
❯ Используем из Java
Я специально решил выделить для Java-подхода отдельный раздел, поскольку просто взять и открыть /dev/ttyMT3 с помощью FileInputStream не выйдет. Дело в том, что даже несмотря на наличие root-доступа, по факту ни одно Android-приложение его не имеет (за исключением подписанных системных в папке /system/app/) и для всех операций, требующих повышенных привилегий, либо распаковывают и запускают внешнюю нативную программу из под суперпользователя, либо с помощью специального костыля с запуском sh-программ читают/пишут нужные блочные устройства сами. Связано это с тем, что все Android-приложения работают в хост-процессе app_process, который форкается (отпочковывается) от «главного» процесса, который запущен из под «простого» пользователя, который не находится в группе system.
Здесь концепция также очень простая: su имеет аргумент -c, который позволяет запустить команду от имени root-пользователя и возвращает объект процесса, дабы мы потом могли перехватить stdout:
private Process runAsRoot(String cmd)
{
try {
return Runtime.getRuntime().exec(new String[] { "su", "-c", cmd });
}
catch (IOException e)
{
e.printStackTrace();
return null;
}
Таким образом, для чтения текстовых данных из UART’а нам достаточно лишь периодически «слушать» stdout команды cat и обрабатывать данные:
Process proc = runAsRoot("cat /dev/ttyMT" + tty);
BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(proc.getInputStream()));
while(true)
{
try {
String line = reader.readLine();
if(line != null && line.length() > 0) {
processCommand(line);
}
}
catch(IOException e)
{
e.printStackTrace();
}
/*try {
Thread.sleep(1000 / 30);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}*/
}
Костыль, но со вкусом :) Если вас не устраивает такой подход или ваше приложение значительно более комплексное, вы можете использовать UART и из под нативных программ.
❯ Используем из C
Работа с последовательными портами в Linux не отличается от работы с любыми другими файлами и устройствами: вызовов open, read, write и close обычно хватает и лишь иногда к ним в довесок нужен ioctl.
int fd = open("/dev/ttyMT3", O_RDWR);
int result = write(fd, command, strlen(command));
Для работы с терминалом необходимо использовать модуль termio который предоставляет все необходимые структуры для настройки режима работы терминала, в т.ч и бодрейт. Дело в том, что изначально последовательное устройство настроено на режим работы в качестве терминала, т.е драйвер отдаст данные только после того, как устройство на UART пошлёт \n, или превысит размер внутреннего буфера для сообщения. Если вам нужно работать с бинарными данными и получать их «на лету» — необходимо настроить последовательный порт в «binary» режим:
tcgetattr(modemFd, &tio);
tio.c_iflag &= ~(BRKINT | ICRNL | INPCK | ISTRIP | IXON);
tio.c_oflag &= ~(OPOST);
tio.c_cflag |= (CS8);
tio.c_lflag &= ~(ECHO | ICANON | IEXTEN | ISIG);
tcsetattr(modemFd, TCSAFLUSH, &tio);
Если же вам достаточно текстового терминального режима, то можно продолжить как есть и использовать fgets, fscanf и прочие удобные функции из libc! О том, как собрать нативную программу для смартфона и как вообще выбросить Android из него, читайте в моей отдельной статье.
❯ Заключение
Вот таким образом можно использовать проводную шину в планшете для собственных нужд! Как видите, совершенно ничего сложного и используя эти наработки, я реализовал уже не один проект!
Надеюсь, материал вам был интересен и полезен :) Пишите своё мнение, можно ли использовать дешевые планшеты по 300 рублей в качестве одноплатников? Также у меня есть свой Telegram-канал, куда я выкладываю свои мысли, советы по ремонту и моддингу разных девайсов, бэкстейджи статей и вовремя выкладываю ссылки на новые материалы!
Возможно, захочется почитать и это:
Новости, обзоры продуктов и конкурсы от команды Timeweb.Cloud — в нашем Telegram-канале ↩
