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, 3.5мм 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 вбодах. 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<x>на подавляющем числе чипсетов и/dev/ttyMT<x>на MediaTek. Однако учтите, что в некоторых случаях придется патчить загрузчик, дабы редиректнуть логи ядра в /dev/null.
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:
Таким образом, для чтения текстовых данных из UART'а нам достаточно лишь периодически «слушать» stdout команды cat и обрабатывать данные:
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?
Статья была подготовлена при поддержке TimeWeb Cloud. Подписывайтесь на меня и @Timeweb.Cloud, дабы не пропускать новые статьи каждую неделю! Ну а больше подробностей о будущем контенте, как обычно, в первом комменте! Также у меня есть свой Telegram-канал, куда я выкладываю свои мысли, советы по ремонту и моддингу различных гаджетов, а также вовремя публикую ссылки на новые статьи!
Написал свой игровой движок с Lua как скриптовым языком
Всем привет. Относительно недавно мне стало интересно написать свой фреймворк для 2д игр, чтобы собственно их и создавать. Пишу всё это дело на java - вот скриншот типичного кода:
Внутренности
И вот, что мы получаем:
Результат
Я также написал примитивный модуль для физики, всё это можно найти в документации.
Если вам интересно, можете посмотреть проект здесь.
Благодарю за прочтение
Друг познается в чате
«Чат на чат» — новое развлекательное шоу RUTUBE. В нем два известных гостя соревнуются, у кого смешнее друзья. Звезды создают групповые чаты с близкими людьми и в каждом раунде присылают им забавные челленджи и задания. Команда, которая окажется креативнее, побеждает.
Реклама ООО «РУФОРМ», ИНН: 7714886605
В среду выйдет новый подробный материал из рубрики "сам себе экосистема"
Где я подробно рассказываю о том, как реализовал клиент современного мессенджера Telegram на Android 1.5+ и выше. Таким образом, Telegram будет работать даже на самом первом Android-смартфоне в мире, T-Mobile G1, причём на стоковой прошивке!
Установка Legacy Minecraft Launcher на Linux
Всем доброе время суток, сегодня поговорим об установке Minecraft Legacy Launcher на дистрибутивы Linux.
Работать будем с данным сайтом: https://llaun.ch/ru
Скачивание
При переходе на веб-сайт по ссылке выше, мы видим множество платформ, нас интерисуют самые нижние
Flathub
Ubuntu
Java (.jar)
1. Flathub
Перейти по ссылке, нажать кнопку «Install»
Кому подойдет данный способ? Flathub встроен в несколько дистрибутивов Linux, что позволяет пользователям устанавливать и запускать приложения через Flatpak. Некоторые из этих дистрибутивов включают
Fedora, openSUSE, RHEL (Red Hat Enterprise Linux), Debian, Ubuntu, Linux Mint, KDE Neon и другие
Установить Flathub можно множествами способами, а в дистрибутиве Manjaro можно включить поддержку Flathub прямо в встроенном магазине приложении, универсальный вариант подходящий многим если не каждому!
2. Ubuntu, Debian, Linux Mint (.deb)
Кому подойдет данный способ? Пользователям с дистрибутивами основанные на Debian, Ubuntu. Для этого способа ва нужно:
Скачать .deb пакет по данной ссылке, нажать правой кнопкой мыши на него, выбрать установить в магазине приложений, или открыть с помощью магазина приложения
(?) Мой дистрибутив не основан на Ubuntu, а Flathub не работает, что мне делать? Для вас есть утилита debtap, она позволяет устанавливать .deb пакеты во многих дистрибутивах, не поддерживающих их
3. Java (.jar)
Для этого способа, вам нужно скачать данный .jar файл, переместить его например на рабочий стол, после установить java для linux
После чего, мы открываем данный .jar файл, прошу заметить я его переименовал, с помощью jdk вашей версии. В моем случае это OpenJDK java 21
Заключение
Почему Legacy Launcher, а не Tlauncher? Тут дела удобства, вообще в Linux есть множество хороший лаунчеров которые можно установить прямо с центра приложений, или открывать с помощью .jar, или .appimage что очень даже удобно
Микросмартфон за 100 рублей: Покупаем смартфон 11-летней давности и… пишем под него приложения
Размер экрана — краеугольный камень мира современных смартфонов. Кто-то считает, что дисплеи должны становиться только больше, а рамки — меньше, кто-то любит «средние» дисплеи диагональю в 5+", ну а кто-то остаётся ярым поклонником и приверженцем компактных смартфонов с крошечными дисплейчиками. В наше время, купить новый смартфон с относительно небольшим дисплеем за приемлемые деньги почти нереально — самые бюджетные модели будут слишком тормозными для современного пользователя. Некоторое время назад, я купил себе бюджетный крошечный смартфон 2012 года выпуска — Samsung Galaxy Pocket, причём всего за 100 рублей. Конечно же мне захотелось довести его до ума — а доводить пришлось руками и навыками прожженного программера! Какой смартфон можно получить за 100 рублей? Читаем в статье!
Минутка предыстории
С самого появления смартфонов на рынке, весь мир шагал к тотальному увеличению дисплеев и уменьшению рамок. В какой-то момент, большие смартфоны даже получили отдельное название — падфоны или смартпэды. Такой ход событий было не трудно предугадать: ведь производители дисплейных матриц осваивали всё более и более высокие разрешения и предлагали больше вариантов производителям смартфонов.
Однако несмотря на всеобщее засилие больших «лопат», в мире всё ещё оставались поклонники маленьких и компактных телефонов, которыми очень удобно пользоваться одной рукой. Сейчас подобные устройства представляют только небольшие бренды, известные достаточно в узких кругах — в основном, их можно купить на маркетплейсах, в обычных салонах связи их не найти. Мне известно о нескольких подобных устройствах, которые сейчас присутствуют на рынке. Первый из них «закос» под iPhone — Soyes XS11:
Но тут уж, если честно, хочется назвать такой смартфон не просто компактным, а совсем малюсеньким. На нём вполне удобно выполнять задачи звонилки, но совсем неудобно набирать текст — поэтому под наши задачи, он не особо подходит. Кроме того, эти девайсы работают на базе бюджетного смартфонного железа 6-7 летней давности, поэтому их производительность будет достаточно невысокой по меркам современного пользователя. Конечно же есть и более серьёзные варианты — например, компания Unihertz (да, тот самый продолжатель идей BlackBerry) делает смартфоны Jelly 2: дисплей с диагональю 3", Helio P61 под капотом и Android 11 на борту. Вот только цена, мягко говоря, кусачая — 18 тысяч рублей на момент написания статьи. Это слишком дорого!
Но если душа прямо таки лежит к компактным смартфонам, почему бы не обратиться к рынку Б/У устройств и не присмотреть что-то из… прошлого десятилетия? А вариантов ведь реально много — тут и LG Optimus L3 (3.2"), и Samsung Galaxy Pocket Neo (2.8"), Samsung Galaxy Star (3"), Samsung Galaxy Fame (3.5"), Samsung Galaxy Young. Все перечисленные девайсы стоят реально копейки — можно купить живой вариант до 400-500 рублей!
Я решил взять себе целых два смартфона: Samsung Galaxy Mini и Samsung Galaxy Pocket первого поколения. Оба достались мне в одном лоте за 2.000 рублей (с 20 телефонами) и обошлись мне по сто рублей, причём оба смартфона были рабочими! Чуть позже я докупил отдельно Galaxy Star (250 рублей), Galaxy Fame (250 рублей) и Galaxy Pocket Neo (~400 рублей) для полноты коллекции — вышло совсем недорого. Итак, что за характеристики мы получаем в смартфоне за 100 рублей:
Android: 2.3 Gingerbread.
Чипсет: Broadcom BCM21553 с одним ядром Cortex-A5 на частоте 832мгц. Видеочип: VideoCore IV, он же использовался в Raspberry Pi.
ОЗУ: 256 мегабайт (предположительно — DDR1).
Встроенная память: 3 гигабайта + слот для SD.
Дисплей: 2.8", 240x320, емкостной тачскрин.
Сеть: Поддержка 2G/3G. Об LTE и речи не идёт.
Выглядит не особо густо, да? И разрешение весьма низкое — большинство софта не запустится, а о клиентах современных сервисов и мечтать не приходится… или приходится?
Конечно же шаловливым ручкам захотелось вернуть жизнь этому миниатюрному красавцу и я решил использовать его как второй смартфон — при этом с клиентом ВК и музыкой, которые я запилил сам.
Разработка под старые версии Android
На самом деле, разработка под старые версии Android не особо отличается от современных версий системы. Кое-где приходится костылить, велосипедить и юзать AppCompat для реализации современных фишек на старых версий системы, но, будем честным, подобного и в последних версиях Android достаточно.
Даже сейчас нет никакой проблемы скачать последнюю версию Android Studio, подключить смартфон с включенной отладкой и отлаживать приложение прямо на девайсе — logcat тоже есть. Единственный нюанс — поиск драйверов и ручное закрытие приложений в таскменеджере, если вы деплоите под Android 2.x (Android Studio не умеет сам закрывать приложение, чтобы переустановить пакет).
В целом, за всё время разработки под старые устройства, я пришёл к следующим выводам:
Поскольку большинство устройств имеет одно ядро, для плавности интерфейса нужно минимизировать любую работу в фоне.
Взаимодействие с современными веб-сервисами может быть осложнено из-за отсутствия поддержки TLS1.2 и устаревших сертификатов (проверка сертификатов легко обходится специальным костылем, а вот TLS — нет).
У Android до 3.0 вся отрисовка интерфейса программная и она опять же, будет сказываться на скорости работы фоновых служб. Чем менее интерфейс комплексный, тем лучше.
Пушей нет — да, вообще. Однако это ничуть не помешает нам сделать уведомления практически в реальном времени с помощью… очередного костыля!
Допиливаем ВК
Я уже писал клиент ВК в рамках одной из прошлых статей. Теперь нам нужно довести его до ума — подогнать под разрешение экрана и переработать интерфейс для большей удобности, а также добавить недостающие разделы — я тот ещё любитель полистать мемчики, сидя в автобусе.
Честно сказать, вся концепция интерфейса требовала полной переработки — боковое меню банально очень неудобно использовать на подобных устройствах из-за малых размеров каждой строчки. Поэтому я решил не изобретать велосипед, а обратился к дизайнерам Apple и первоисточнику: официальному клиенту ВК для iOS 6, родом из 2012 года!
Приложение для Android выглядело +- также в те годы. Видите вкладки с разделами снизу? Они то нам и нужны — это самый удобный способ навигации на таких смартфонах! Накидав макет в layout'е, я приступил к реализации:
Изначально мне хотелось, чтобы всё приложение было плавным и анимированным: для этого я обратился к фреймворку анимаций Android. Суть очень простая — это обычный интерполятор значений от a до b за определенный промежуток времени. При этом мы не можем анимировать произвольное свойство — только те, который уже реализованы в системе (переход, поворот, масштабирование, альфа-канал). Более наглядно это можно представить вот так:
Да, это всё анимация :) Получаем примерно такой результат:
Обратите внимание, что запуск большого количества анимаций будет вызывать перерисовку даже в том случае, если элемент не видно на экране — от чего у нас будут дикие тормоза! Осторожнее с этим.
После этого, я решил доработать раздел с музыкой: я все еще пользуюсь грязными хаками для получения доступа к API музыки, поскольку «левым» клиентам такой возможности не дают. Публично его расписывать не буду, поскольку это скорее всего нелегально, да и сами ребята из ВК об этом знают (но не думаю, что будут применять какие-то санкции по отношению к «маленьким» разработчикам) — но если нужно, пишите в личку, расскажу всю концепцию.
Во первых, мне хотелось добавить возможность скачивать треки на внутреннюю память/флэшку. А во вторых, мне хотелось добавить фоновое воспроизведение — до этого возможность свернуть приложение и послушать музыку уже была, однако Android мог в любой момент прибить окно с музыкой и оставить нас с носом, остаётся только реализация в виде foreground-сервиса:
В Android есть два типа служб: background (фоновые) и foreground (видимые пользователю). Первый тип служб система может прибить когда угодно — например мало памяти или экономия заряда АКБ. А вот второй тип служб система не прибивает практически никогда, поскольку они обозначают выполнение важной операции в фоне — например скачивание файла или обновление системы. Однако у них есть одно ограничение — они должны быть привязаны к собственному уведомлению, которое нельзя закрыть. В процессе реализации возникло еще пару проблем — Wakelock'и (механизм, предотвращающий уход девайса в «сон») и WiFiLock'и (тоже самое, но для WiFi).
Точно таким же способом я реализовал механизм уведомлений — как я уже говорил раньше, пушей на старых смартфонах нет вообще ни в каком виде, поэтому пришлось реализовывать свой механизм «обновления»: каждые 3-5 секунд запрашиваем список последних 5 диалогов с сервера и сравниваем с предыдущим результатом, если есть новые сообщения — создаём нотификацию (листинг слишком длинный - пришлось перезалить на pastebin):
После этого, я начал рутинную работу по реализации интерфейса для данных с сервера — паблики, друзья, профили, лента и.т.п. В некотором смысле, реализация лента весьма занимательна: вообще, для очень больших списков существуют т.н виртуализация ListView — это когда ListView отображает только видимый пользователю кусок датасета (набора данных — например, список записей на стене) и на старых версиях Android она доступна. Однако мне было интересно реализовать вариант, который потреблял бы минимальное количество ОЗУ и где я точно знал бы, когда пользователь видит тот или иной фрагмент приложения. Поэтому я реализовал… пагинацию свайпами! Вот так привет из нулевых!
Для этого я использовал GestureDetector — встроенный в систему класс для обнаружения простых жестов — свайпов и.т.п. ВК при запросе ленты отдаёт специальную метку для получения следующей страницы новостей (поскольку она может динамически меняться и нужно хранить её стейт), мы эти метки просто сохраняем и переключаемся по странницам новостей с помощью обычных свайпов вправо-влево:
Выглядит весьма забавно.
Юзабельно ли всё это на деле?
Давайте смотреть, может ли юзать такой смартфон в наши дни. Берём наш девайс в руки, логинимся и оцениваем его производительность «вхолостую».
Работает весьма шустренько, учитывая что это бюджетник 2012 года. Как насчет нашего самопального клиента ВК? Смотрим:
Работает весьма бодро. Не сказать что также плавно, как последний айфон, но и совсем плохим результат явно не назвать!
Смартфонный функционал у девайса тоже вполне ничего: 1-2 SIM (в зависимости от версии), нормальная синхронизация контактов с ПК (однако Kies вроде-бы не работает на Windows 10, но есть vcf):
Встроенный почтовый клиент продолжает работать без каких либо проблем. Однако настраивать некоторые почтовые сервисы нужно вручную и с помощью «паролей приложений» — напрямую залогинится возможности нет. В случае «покета», придется поставить стоковый клиент из Android 2.3 вручную.
Мультимедийные возможности тоже радуют: встроенный плеер тачвиза мне всегда очень нравился. Есть и настройки эквалайзера.
Единственное, что откровенно подводит — браузер. Последним вариантом осталась Opera Mini 7 — она позволяет смотреть сайты, но не поддерживает динамический контент, только статику. Ну, зайти на википедию или почитать статью на Хабре хватит. Родной браузер уже не в состоянии что либо загрузить :(
Ну а в общем, производителньость смартфона весьма радует, согласитесь? Нельзя сказать, что он уж слишком тормозной — по крайней мере, современные ультрабюджетные смартфоны (до 4-5 тысяч рублей) зачастую показывают себя гораздо хуже чем и флагманы прошлых лет, и даже бюджетники!
Заключение
И всё таки, я считаю что мне удалось в каком-то смысле вдохнуть новую жизнь в старенький девайс. Если использовать подобный девайс как второй — на случай, если сел основной смартфон, то такой миниатюрный красаввчик может неождианно выручить даже в довольно сложной ситуации. Кроме того, эти смартфоны всеядны к аккумуляторам — достаточно подпаять + и — и они будут работать хоть от BL-4C.
Главная ценность Galaxy Pocket — в его компактных размерах. А поскольку по настоящему дешевых, маленьких и шустрых смартфонов становится всё меньше и меньше, то нам остаётся лишь продлять жизнь моделям прошлых лет! Есть ли в этом смысл и получил ли смартфон новую жизнь? Пишите в комментариях!
Клиент ВК можно сказать на 4pda. Там лежит самая последняя версия (для скачивания нужна регистрация на форуме). Если по каким-то причинам не хотите регистрироваться на форуме — я выложил актуальную версию в комментариях.
Эта статья поддерживается командой ITGLOBAL.COM
Мы — первый облачный провайдер в России, а также интегратор, поставщик ИТ-услуг, продуктов, сервисов и разработчик собственного ПО.
• Наш сайт
• Наш блог про виртуализацию и Enterprise IT
• Истории успеха наших клиентов
Python — вновь занял топ в TIOBE
TIOBE — рейтинг самых популярных языков мира. В августе 2023 года Python ворвался в топ-1 индекса, опередив C и C++
Источник:https://t.me/pyth0n_er
Сам себе игровая консоль: превращаем планшет с нерабочим тачскрином в игровой девайс из 8 кнопок и микроконтроллера
К сожалению, в наше время многие старые, но весьма неплохие по характеристикам гаджеты отправляются напрямую в помойку, и их владельцы не подозревают, что им можно найти применение. Сервер, мультимедийная-станция, да даже просто как TV-приставка — люди в упор не замечают сфер, где старенький планшет мог бы быть полезен. Но как быть, если посвящаешь жизнь портативным гаджетам, кодингу и копанию в железе? Правильно: сделать довольно мощную игровую консоль из старого планшета самому! Сегодня вам расскажу, как я сделал свою портативную приставку из планшета с нерабочим тачскрином, Raspberry Pi Pico и 8 кнопок! За рабочим результатом прячется несколько дней работы: поиск UART на плате, разработка контроллера геймпада на базе RPi Pico, написание приложения-сервиса, которое слушает события и отправляет их в подсистему ввода Linux в обход Android. Интересно? Тогда жду вас под катом!
❯ Мотивация
Прошло уже практически 10 лет с того момента, как у меня появилась моя первая портативная консоль. Несмотря на то, что я был заядлым ПК-игроком, я уже успел посмотреть на PS3 и PSP, но денег на их покупку у меня особо не было, да и к тому времени уже был в наличии Android-планшет. Но к моему 13-летию в 2014 году, когда я ходил и выбирал себе будущий девайс на день рождения, отец и мама решили подарить мне мою первую портативную консоль. Изначально, я уговаривал её купить мне целых два девайса, но бюджет был ограничен 4.000 рублей, а я хотел взять смартфон Fly IQ239 и консоль JXD S601 одновременно:
Однако, увидев здоровую 7-дюймовую консоль в магазине TREC (думаю, жители южной части РФ помнят такой), мама уговорила меня взять именно её, мотивируя это «ну и чего ты будешь тыкаться в этот мелкий экран? Возьми большую». После покупки гаджета, я был доволен: играл какие-то игрушки с ретро-платформ, устанавливал игры на Android, сидел в ВК через Kate Mobile. Что еще нужно было школяру? Однако, планшет прожил у меня недолго: с очередного лага я психанул и ударил по нему кулачком, унеся на тот свет и дисплей и тачскрин. Так консолька и пролежала в подвале около 8 лет. Впрочем, мне продолжали импонировать подобные устройства и в прошлом году я купил и написал про несколько подобных девайсов.
Несколько месяцев назад, мой читатель Кирилл Севостьянов с Хабра прислал мне HTC HD2 в качестве донора и планшет Prestigio PMP7170B3G, который был рабочим, но… у него отказал тачскрин. Я всё думал, чего бы с ним сделать и решил реализовать игровую консольку своими руками из подручных средств. Идея крутилась в голове довольно давно, но реализовал я её только сейчас.
❯ Что нам нужно сделать?
Итак, что должно быть у портативной консоли? Чипсет, дисплей, звук, ОС — это всё нам уже предоставляет планшет. Нам остаётся лишь сделать свой геймпад. Давайте подумаем, что нам будет нужно для того, чтобы его сделать и передавать от него события на планшет:
Контроллер для геймпада: тут нам подойдет практически любой микроконтроллер, который работает от 3.3в. Выбор большой: Arduino Pro Mini 3.3v, ESP32, RPi Pico. Я остановился на последнем: недавно я взял себе две штучки «пощупать» их — и они мне очень понравились!
Физический интерфейс: с планшетом нужно как-то общаться. У нас есть три варианта: USB (не факт, что поддержка преобразователей включена в ядре), UART и SPI/I2C на пятачках тачскрина (потребуют написания драйвера т. к. в android-устройствах нет прямого доступа к SPI/I2C из userland'а). Я остановился на UART: его легко найти на большинстве китайских планшетов, а если не получилось — то на помощь может прийти схема платы.
Программная реализация: как это будет работать? Я решил реализовать геймпад в виде сервиса на Android, который слушает состояния кнопок с UART и «инжектит» события напрямую в драйвер ввода. Таким образом, поддержка нашего геймпада появляется даже в самой системе — можно управлять менюшкой или приложениями как с клавиатуры!
С планом определились, пора начать с программной части: сначала нам обязательно понадобится ROOT-доступ. Его получение на разных девайсах отличается — на prestigio уже был порт CWM и я просто поставил SuperSU. Без ROOT доступа мы не сможем использовать UART!
Теперь нам нужно найти пятачки UART на плате. Разведен он не везде, но в случае устройств на MediaTek — почти всегда, ещё и пятачки подписаны. На моём планшете он нашёлся сразу: был между двух металлических экранов и соответствовал 4-ому каналу UART. Получить к нему доступ можно в /dev/ttyMT3. Я использую ESP32 в качестве UART преобразователя: подпаиваемся к RX/TX, запускаем putty и заходим в adb shell. Определяем бодрейт (скорость) нашего UART порта — на MediaTek он обычно равен 921600, на других чипсетах — 115200. Пытаемся что-то вывести и хоба — мы уже можем «поболтать» с планшетом!
❯ Приложение-сервис
Итак, у нас уже есть доступ к UART и мы можем общаться с планшетом из внешнего мира. Но получить события с кнопок пол дела, нужно их ещё и послать в систему. Для этого есть целых три способа:
InputManager.injectInputEvent — именно этим методом пользуется команда input, которую вы можете использовать через adb. Но увы, он работает только при наличие разрешения INJECT_EVENTS, который доступен только системным приложениям — находятся они в /system/app и подписаны тем же сертификатом, что и остальная прошивка.
Модуль uinput дает возможность создать виртуальное устройство ввода и посылать события из userland'а — т. е. из прикладного приложения. У моего планшета было устройство /dev/uinput, но lsmod показывал, что сам модуль не загружен. Так что отметаем — он есть не везде.
Прямой инжект событий в character устройство — весьма грязный хак, который позволяет инжектить события, не притворяясь системным приложением, но имеет некоторые ограничения. Именно его я и выбрал и о ограничениях ниже.
Сначала нам нужно узнать, какие кнопки поддерживают загруженные устройства ввода в системе. Для этого используем команду getevent -li. Там есть разные устройства ввода, в том числе и тачскрин (если вам нужно симулировать нажатия на экран), мне же подошёл драйвер физических кнопок mtk-kpd. Он занимается обработкой кнопок громкости, включения и т. п. Тут важно обратить внимание на то, что если попытаться послать кнопку, которое устройство не реализует (например пробел), то ничего не произойдет:
Инжект событий я писал на C, т. к. это требовало прямой записи input_event, а в Java прокинул его через Jni. Концепция простая: открываем устройство /dev/input/event2 и посылаем в него события ввода и синхронизации (это обязательно!), которые затем Android читает и обрабатывает:
#include <linux/uinput.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <android/log.h>
#include <jni.h>
int uinput;
extern "C" JNIEXPORT void JNICALL Java_com_monobogdan_inputservicebridge_InputNative_init(JNIEnv *env, jclass clazz) {
uinput = open("/dev/input/event2", O_WRONLY);
__android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG , "Test", uinput >= 0 ? "Open event OK" : "Failed to open event"); }
void emit(int fd, int type, int code, int val) {
struct input_event ie; ie.type = type;
ie.code = code; ie.value = val;
ie.time.tv_sec = 0;
ie.time.tv_usec = 0;
write(fd, &ie, sizeof(ie)); }
extern "C" JNIEXPORT void JNICALL Java_com_monobogdan_inputservicebridge_InputNative_sendKeyEvent(JNIEnv *env, jclass clazz, jint key_code, jboolean pressed) {
__android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG , "Test", "Send");
emit(uinput, EV_KEY, key_code, (bool)pressed ? 1 : 0);
emit(uinput, EV_SYN, SYN_REPORT, 0);
}
Основной обработкой занимается сервис, который я реализовал в отдельном потоке: он слушает события с UART и посылает соответствующие изменения состояния через sendKeyEvent. На вход приходят простые сообщения вида:
U L где U/D — нажато, не нажато, а L — однобайтовый идентификатор кнопки. В случае L — это влево, R — вправо и т. п. Вся доступная раскладка хранится в словаре. Причём само чтение из UART реализовано костылем с чтением «чужого» stdout, т. к. android-приложения не умеют сами по себе работать с root правами. В теории, это могло дать неприятный оверхед, но на практике никакого серьезного инпут лага это не создает. Не забываем сделать устройство event записываемым — ставим ему права 777:
package com.monobogdan.inputservicebridge;
public class InputListener extends Service {
private static final int tty = 3;
private InputManager iManager;
private Map<Character, Integer> keyMap;
private Method injectMethod;
private Process runAsRoot(String cmd)
{
try {
return Runtime.getRuntime().exec(new String[] { "su", "-c", cmd });
}
catch (IOException e)
{
e.printStackTrace();
return null;
}
}
public void onCreate() {
super.onCreate();
// According to linux key map (input-event-codes.h)
keyMap = new HashMap<>();
keyMap.put('U', 103);
keyMap.put('D', 108);
keyMap.put('L', 105);
keyMap.put('R', 106);
keyMap.put('E', 115);
keyMap.put('B', 158);
keyMap.put('A', 232);
keyMap.put('C', 212);
InputNative.init();
try {
runAsRoot("chmod 777 /dev/input/event2").waitFor();
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
Executors.newSingleThreadExecutor().execute(new Runnable() {
public void run() {
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) {
Log.i("Hi", "run: " + line);
boolean pressing = line.charAt(0) == 'D';
int keyCode = keyMap.get(line.charAt(2));
Log.i("TAG", "run: " + keyCode);
InputNative.sendKeyEvent(keyCode, pressing);
}
}
catch(IOException e)
{
e.printStackTrace();
}
/*try {
Thread.sleep(1000 / 30);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}*/
}
}
});
}
public IBinder onBind(Intent intent) {
return null;
}
}
Таким образом, если мы отправляем с ПК «D L» — система считает, что мы зажали стрелку влево, а U L — считает что мы отпустили. Но если mtk-kpd поддерживает стрелки и еще некоторые действия без каких либо проблем, то enter в список обрабатываемых кнопок не входит: придется мудрить! И тут нам приходит на помощь механизм трансляции кодов кнопок в действия: они хранятся в специальных файлах .kl в /system/usr/keylayout/. Я назначил DPAD_CENTER на… кнопку регулировки громкости звука! Ну, а почему бы и нет. :) Таким образом можно переназначить уже имеющиеся кнопки громкости на, например, start/select.
❯ Геймпад
После того, как сервис был готов и отлажен, нужно было реализовать хардварную часть проекта — сам геймпад. В качестве контроллера я, как уже говорил, выбрал Raspberry Pi Pico на базе МК RP2040 — бодреньком контроллере с двумя ARM Cortex-M0 ядрами. Стоит копейки, а в отличии от ESP'шек, его SDK не такое перегруженное и выглядит более приближенным к bare-metal.
На данный момент, я решил развести все кнопки на бредборде — макетной плате без пайки, т. к. макеток для пайки у меня под рукой не было. Сделал примитивный геймпад:
Развел на соответствующие GPIO:
И написал примитивную прошивку, которая отслеживает состояние кнопок. В прошивке точно так же есть словарь, задающий ассоциацию между физическими пинами и «виртуальными» кнопками. При нажатии или отжатии кнопки, программа изменяет стейт и отсылает новое состояние планшету.
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "pico/stdlib.h"
#include "pico/time.h"
#include "hardware/uart.h"
struct keyMap
{
int gpio;
char key;
bool pressed;
int lastTick;
};
keyMap keys[] = {
{
15,
'L',
false,
0
},
{
14,
'U',
false,
0
},
{
13,
'D',
false,
0
},
{
12,
'R',
false,
0
},
{
11,
'E',
false,
0
},
{
10,
'B',
false,
0
},
{
20,
'A',
false,
0
},
{
21,
'C',
false,
0
}
};
#define KEY_NUM 8
int main() {
stdio_init_all();
uart_init(uart0, 921600);
gpio_set_function(PICO_DEFAULT_UART_TX_PIN, GPIO_FUNC_UART);
gpio_set_function(PICO_DEFAULT_UART_RX_PIN, GPIO_FUNC_UART);
sleep_ms(1000); // Allow serial monitor to settle
for(int i = 0; i < KEY_NUM; i++)
{
gpio_init(keys[i].gpio);
gpio_set_dir(keys[i].gpio, false);
gpio_pull_up(keys[i].gpio);
}
while(true)
{
int now = time_us_32();
for(int i = 0; i < KEY_NUM; i++)
{
char buf[5];
buf[1] = ' ';
buf[3] = '\n';
buf[4] = 0;
if(!gpio_get(keys[i].gpio) && !keys[i].pressed && now - keys[i].lastTick > 15500)
{
buf[0] = 'D';
buf[2] = keys[i].key;
puts(buf);
keys[i].lastTick = now;
keys[i].pressed = true;
continue;
}
if(gpio_get(keys[i].gpio) && keys[i].pressed && now - keys[i].lastTick > 15500)
{
buf[0] = 'U';
buf[2] = keys[i].key;
puts(buf);
keys[i].pressed = false;
keys[i].lastTick = now;
}
}
}
}
Собираем всё вместе и тестируем. Хоба, всё работает, мы можем перемещаться по менюшке используя наш геймпад!
А почему бы не попробовать поиграть в какую-нибудь игру? Ну мы же консоль вроде делаем: берём эмулятор NES, биндим кнопки в настройках и наслаждаемся игрой в Марио!
❯ Заключение
Реализация этого проекта заняла у меня не так уж и много времени: всего около 3-х дней работы по вечерам. Вероятно кто-то спросит: «а чего ты просто Bluetooth геймпад не купил?». Так это не прикольно ведь. Гораздо приятнее играть в девайс, к которому ты приложил руку сам. Более того, не у всех старых планшетов есть BT. Обошёлся на данной стадии проект недорого: планшет мне подарили бесплатно (точно также у вас дома может лежать подобный), RPi Pico — 350 рублей, кнопки по 10 рублей/штучка.
В целом, я сам по себе обожаю копаться в различных железках и их софтварной части (вспомнить хотя-бы статью про перекомпиляциюu-boot из вендорских исходников для нонейм консоли), а созидать что-то свое вообще вызывает какие-то нереальные всплески эндорфина — оно и понятно! :)
Однако несмотря на то, что мы уже имеем рабочий «прототип», проект далёк от завершения: я намерен довести его до конца и окончательно перевоплотить старый планшет в автономную игровую консоль (и рассказать об этом во второй части статьи). Для этого мне понадобится распечатать корпус и кнопки на 3D-принтере. К сожалению, у меня в городе ни у кого особо нет 3D-принтеров, поэтому начну копить на Ender 3, а от вас, читателей, с удовольствием почитаю мнение в комментариях и советы касательно выбора принтера!
Статья подготовлена при поддержке TimeWeb Cloud. Подписывайтесь на меня и @Timeweb.Cloud, чтобы не пропускать еженедельные статьи про моддинг различных гаджетов!