Автор текста: dlinyj

Совсем недавно появилась следующая новость: На GitHub опубликован исходный код MS-DOS 4.00 под лицензией MIT. Раз появились исходные коды, стало сразу интересно: а можно ли собрать эту операционную систему?

Задача оказалась нетривиальной и совсем неочевидной. Оказывается, что исходные файлы DOS не так-то уж и легко переносятся в git, и уж как минимум, не как текстовые файлы в кодировке UTF-8. Но, к счастью, в отличие от утечек исходников MS-DOS 6.0, здесь имеется полный комплект файлов и инструментов, достаточный для корректной сборки и тестирования. Остались сущие нюансы, которые попили много крови.

Поэтому я, как и многие — начал свои эксперименты по сборке MS-DOS 4.0, с исправлением ошибок, а также возможностью исследования исходных кодов и тестирования их на реальном железе.

В статье же изложено краткое руководство по сборке и созданию загрузочной дискетки.

❯ Инструментарий

Собирать всё буду в Linux Mint (читай Ubuntu). Средой DOS для сборки выбрал dosbox, к сожалению, это не самый лучший вариант, потому что там идёт замедление частоты (чтобы старые программы корректно работали), поэтому сборка идёт достаточно долго. Лучше всего использовать любой удобный DOS, запущенный в виртуальной машине.

Для создания загрузочной дискеты и тестирования полученной сборки буду задействовать виртуальную машину qemu. А чтобы получить дискеты с готовым образом, я буду использовать установочную дискету MS-DOS 4.0 (найденную тут см. 4.00 OEM [Sampo]).

Прежде чем пойдём дальше — важное замечание:

Никаких чужих прав задеть не собираюсь, все модификации кода были сделаны исключительно в юмористических целях, и не подлежат распространению. Модифицированные исходники удалены.

❯ В чём сложности сборки?

Проблемы две:

1. Некорректная инициализация переменных среды (в самом bat-файле SETENV.BAT содержится ошибки или опечатки).

2. Проблемы с кодировкой при переносе кода с дискеток DOS в GIT с кодировкой UTF-8.

Первая проблема легко исправляется даже самостоятельно, при беглом анализе исходного кода. Она легко вскрывается при сборке, дальше просто необходимо внести правки, либо создать свой обновлённый bat-файл, который будет инициализировать переменные среды окружения.

Значительно сложнее обстоят дела с тем, что в части кода, при переносе в UTF-8, побились некоторые символы. У меня была попытка сборки, которую я описывал у себя в ЖЖ, и, в конце концов, я получил вот это:

Это достаточно частая и болезненная проблема со старыми исходниками времён DOS. С аналогичной задачей я столкнулся и при попытке собрать программу RAM View. Об этом пути и исправлении проблемы, я подробно написал в статье Правка чужого кода.

Здесь же мы исключим ручной труд и автоматизируем исправление проблем с кодировками.

❯ Подготовительные операции перед сборкой

Итак, шаги по сборке ДОС. Клонируем оригинальный репозиторий:

git clone https://github.com/microsoft/MS-DOS.git

Исправляем проблемы с кодировками:

sed -i -re 's/\xEF\xBF\xBD|\xC4\xBF|\xC4\xB4/#/g' MS-DOS/v4.0/src/MAPPER/GETMSG.ASM
sed -i -re 's/\xEF\xBF\xBD|\xC4\xBF|\xC4\xB4/#/g' MS-DOS/v4.0/src/SELECT/SELECT2.ASM
sed -i -re 's/\xEF\xBF\xBD|\xC4\xBF|\xC4\xB4/#/g' MS-DOS/v4.0/src/SELECT/USA.INF

Переходим в рабочую папку:

cd MS-DOS/v4.0

Перекодируем все текстовые файлы в формат MS-DOS:

find -iname '*.bat' -o -iname '*.asm' -o -iname '*.skl' -o -iname 'zero.dat' -o -iname 'locscr' | xargs unix2dos -f
find -iname '*.BAT' -o -iname '*.ASM' -o -iname '*.SKL' -o -iname 'ZERO.DAT' -o -iname 'LOCSCR' | xargs unix2dos -f

и создаём там обновлённый бат-файл для переменных среды окружения, следующего содержания:

$ cat src/e.bat
@Echo off
echo setting up system to build the MS-DOS 4.01 SOURCE BAK...
set CL=
set LINK=
set MASM=
set COUNTRY=usa-ms
set BAKROOT=e:
rem BAKROOT points to the home drive/directory of the sources.
set LIB=%BAKROOT%\src\tools\bld\lib
set INIT=%BAKROOT%\src\tools
set INCLUDE=%BAKROOT%\src\tools\bld\inc
set PATH=%BAKROOT%\src\tools;%PATH%

В принципе этих операций достаточно для сборки, а то что ниже — это лично моё хулиганство, чтобы продемонстрировать, что DOS в действительности собрался, и нет подмены файлов. Я заменяю компанию Microsoft своим ником:

find -name "*.ASM" -type f -exec sed -i 's/Microsoft/Dlinyj/g' {} +
find -name "*.INC" -type f -exec sed -i 's/Microsoft/Dlinyj/g' {} +
find -name "*.H" -type f -exec sed -i 's/Microsoft/Dlinyj/g' {} +
find -name "*.MAC" -type f -exec sed -i 's/Microsoft/Dlinyj/g' {} +
find -name "*.MSG" -type f -exec sed -i 's/Microsoft/Dlinyj/g' {} +
find -name "*.C" -type f -exec sed -i 's/Microsoft/Dlinyj/g' {} +
find -name "*.CLB" -type f -exec sed -i 's/Microsoft/Dlinyj/g' {} +
find -name "*.SKL" -type f -exec sed -i 's/Microsoft/Dlinyj/g' {} +

Всё, теперь исходники подготовлены, для того чтобы их можно было корректно собрать.

❯ Сборка

Собирать буду в dosbox, как показала практика — это не самое лучшее решение, сборка занимает около часа, что, мягко скажем, раздражает.

Запускаю dosbox:

dosbox

Далее в нём монтирую текущую директорию как диск E.

mount e: ./

И переходим на диск e, запускаем в dosbox бат-файл, который инициализирует среду окружения, и начинаем сборку:

e:
cd SRC
e.bat

и запускаем сборку командой nmake:

Если вы делаете это в dosbox, то можно пойти погулять. Окончанием сборки будет выглядеть следующим образом:

После этого надо скопировать все собранные файлы в один каталог. Создаём каталог «4» в корне диска и копируем все бинарники специальным скриптом:

mkdir \4
CPY.BAT \4

Далее самое интересное:проверка того, что файлы запускаются. Для этого надо сделать так, чтобы dosbox прикидывался старым ДОСом. Выполняем следующую команду:

ver set 4.0

После переходим в каталог\4и можно выполнить в нёмcommand.com:

Хулиганство сработало, ДОС собрался и прикидывается, будто бы я его разработал. Дело стало за малым — протестировать это на реальном железе.

❯ Создание загрузочной дискетки

Дальше я думал просто примонтировать в dosbox пустой образ дискетки, и прямо из собранных файлов выполнить перенос системных файлов командой:

sys <path> a:

Но, факир был пьян, и фокус не удался. Поэтому решил MBR (Master Boot Record) позаимствовать с загрузочной дискетки DOS 4.0. К сожалению, MBR от MS-DOS 6.22 у меня не заработал.

Скачиваем установочные дискетки, попутно создаём пустую дискетку командой:

truncate --size 1474560 fdd.img

Загружаемся с установочной дискетки и ставим наш пустой образ 1,44 МБ дискетки в дисковод B, с помощью qemu:

qemu-system-i386 -fda Disk01.img -fdb fdd.img

Отменяем установку и форматируем дискету с переносом системных файлов:

По окончании можно закрывать окно qemu. Возвращаемся к окну с dosbox и монтируем полученный образ дискетки, с помощью следующей команды:

imgmount a: <path to fdd.img> -t floppy

И потом просто вручную переносим файлы COMMAND.COM, IO.SYS и MSDOS.SYS на дискету:

Всё, образ готов. Можно его протестировать в виртуальной машине, или даже записать на настоящую дискету и загрузиться!

Для запуска в qemu следует использовать следующую команду:

qemu-system-i386 -fda fdd.img

Записать на дискетку можно командой dd, я использую USB-FDD дисковод.

sudo dd if=fdd.img of=/dev/sdk status=progress

И, да! Эта система успешно работает на реальном железе. В данном случае проверка идёт на 386 компьютере.

❯ Выводы

Не буду лукавить, сборка MS-DOS 4.0 оказалась не столь простой. Пришлось посмотреть некоторые видео, пошерстить различные репозитории. Но всё же это прекрасный опыт, который позволяет заглянуть внутрь исторических исходников и покопаться в них.

Давняя утечка MS-DOS 6.0 была неполной, и собрать его не представлялось возможным. А теперь у исследователей есть готовый инструментарий, для того чтобы попрактиковаться в разработки каких-то своих модулей старой операционной системы.

Конечно же, я по-настоящему жду, когда же обнародуют исходники MS-DOS 6.22, так как ещё надеюсь увидеть их на своём веку.

Удачи вам в ваших экспериментах!

❯ Полезные ссылки:

1. Исходные коды MS-DOS от Microsoft

2. Пример сборки MS-DOS 4.0 во FreeDOS (видео)

3. Compiling MS-DOS 4.0 from DOS 4.0, on a PS/2!

• Написано специально для Timeweb Cloud и читателей Пикабу. Подписывайтесь на наш блог, чтобы не пропустить новые интересные статьи.

• Облачные сервисы Timeweb Cloud — это реферальная ссылка, которая может помочь поддержать наши проекты.

• Автор текста: dlinyj

Расширение сферы применения биометрической системы контроля доступа на других существ, открывает поистине потрясающие возможности.

Так сложилось, что на территории мануфактуры, где я располагаюсь, живёт достаточно большое семейство иссиня-чёрных котов, все братья от одной матери, но из разных помётов. Весь этот прайд мы именуем просто Бандиты, по соответствующему характеру и поведению. Из всей этой стаи один кошак полюбился мне больше всего: самый адекватный и интеллигентный; и именно его я иногда пускаю в свои кабинеты.

И возжелал я пускать того прекрасного кошака, а остальных отсеивать, дабы не хулиганили в моё отсутствие. И пришла в мою голову мысль о пропускной системе, именуемой КотСКУД — кошачья система контроля доступа.

❯ Концепция КотСКУДа

Долго размышлял о том, каким образом это решение сделать простым, дешёвым, повторяемым и не требующим серьёзного электропитания. В очередной раз, почесав за холку любимого Бандита, пришёл к выводу, что лучше всего использовать для этих целей сканер отпечатков пальцев.

Кошачий нос или лапка имеет уникальный рисунок, точно так же как рисунок отпечатка пальцев у человека. Значит осталось найти способ сканировать подушечку лап или носик (зависимости от того, что коту больше понравится).

Достаточно долго анализировал, что же есть доступного и недорогого на рынке, а после остановился на оптическом сканере отпечатков пальца модели FPM10A. Для него имеется огромное количество примеров, ПО, есть куча библиотек на Python и Arduino, а значит, по идее, с ним проблем возникнуть не должно.

❯ Пару слов об устройстве оптического сканера отпечатков

Оптический сканер отпечатков работает по принципу того, что свет под определённым углом полностью отражается на границе двух сред. И если какой-то объект прикасается к этой границе, то такое отражение нарушается и можно считать отпечаток этого объекта. Для примера приведу схему устройства оптического датчика R307, взятую с этого сайта:

Оптический сенсор — весьма сложное устройство, в котором есть призма, реализующая границу сред, и полноценная камера с процессором, которая позволяет считывать отпечатки. Когда нет прикосновения, то ровный белый свет попадает в объектив камеры. А если прикасается носик к нашему КотСКУДу, то интенсивность света уменьшается, и камера таким образом фотографирует отпечаток.

Далее там идёт сложная система распознавания отпечатков по базе данных, по каким-то хитрым алгоритмам, действие которых мне неведомо.

❯ Подключение сканера FPM10A

Прелесть сканера FPM10A заключается в том, что он подключается по-обычному UART и питается от 3,3 вольта. Для его подключения понадобится любой обычный переходник USB-UART. Не буду подробно останавливаться на способе подключения этого датчика, всё достаточно подробно расписано в официальном документе.

Мне понадобилось сделать несколько пассов паяльником, чтобы подключить его к компьютеру, но с этим справиться даже ребёнок.

Дело стало только за программным обеспечением. Возиться с Python библиотеками мне было лениво, поэтому решил использовать для начала демонстрационную программу для этих датчиков, запустив её на виртуальной машине. Программа работает весьма нестабильно, иногда вылетает, не всегда видит датчик. И, думаю, это связано с тем, что она очень плохо реализована.

Но в целом, всё как в анекдоте: мой кот раньше не любил пылесосы, но ничего, потом втянулся… Так и я, втянулся, и а потом она даже начала мне нравиться.

Настало самое интересное – перейти к натурным испытаниям.

❯ Натурные испытания

Наверное, самый сложный и волнительный момент. Бандит был накормлен, и максимально обласкан. Думаю, он ни разу в жизни не испытывал такого тёплого внимания к своей персоне со времён своего рождения и уж тем более не ожидал, что ему перепадёт столько вкусняшек. Во всех опытах со сканером проявлял живое участие и интерес и даже смотрел, что же будет.

Сканер отпечатка лапы

Вообще, мне казалось, что научить кота тыкать лапой в сканер будет самым простым действием. Плюс, это достаточно простая и лёгкая операция.

Но я столкнулся с суровой реальностью: в отличие от домашних питомцев, у которых мягчайшие розовые подушечки, у заводских Бандитов подошва лап больше напоминает твёрдую наждачную бумагу. И как бы это странно не звучало, сканер наотрез отказывался сканировать какую-либо кошачью лапку. Или если уж и делал, то на выходе было что-то совсем неразборчивое. Поэтому отпечаток кошачьей лапы я вам не покажу.

Отпечаток кошачьего носа

Не могу сказать, что Бандит был в восторге, что ему хотят отсканировать носик, но и большого сопротивления не оказывал. Вообще, в этой всей процедуре никаких насильственных или неприятных действий к любимому котику не применялось, всё было достаточно добровольно, да и кот очень разумен. Проблема была скорее в том, что он не хотел прикоснуться к сканеру и замереть, чтобы качественно носопырка его была отсканирована.

Всё же, после нескольких не самых удачных попыток, Бандит согласился более спокойно ткнуться носом в эту светящуюся штуку, и отпечатки удались. После этого я начал сохранять результаты на компьютере, и он с невероятным любопытством, следил за всеми моими действиями, чем просто поразил меня, будто бы он сам всё понимал, что я там делаю.

Настал момент истины, можно ли использовать оптический сканер отпечатков для кошачьих носиков и далее реализовывать мой КотСКУД?

❯ Результаты

Вам же тоже, как и мне не терпится посмотреть, что же там удалось насканировать? Удачных сканов не так много, как я уже говорил, Бандит достаточно резво крутил мордой, а проявлять насилие или как-то фиксировать его — мне не позволяла совесть.

Вот первые два более-менее удачных снимка отпечатка кошачьего носика, ощутите уникальность момента: вы видите их первыми.

В конце концов, мне удалось получить более-менее чёткий снимок котоноса. И как раз к этому моменту, Бандиту надоела эта игра, и он решил слинять.

Считаю это настоящим успехом!

❯ Выводы

Главный вывод из всей этой затеи такой: отпечаток кошачьего носика можно использовать в системе КотСКУД для доступа животного в помещение.

Однако я не учёл несколько факторов:

1. Сбор массива отпечатков одного носика. Чтобы собрать достаточное количество отпечатков носа с разных ракурсов, для корректного распознавания и добавления в базу данных, требуется длительное время. А кот не желает так долго заниматься этими глупостями и начинает сопротивляться.

2. Дрессировка. Второй фактор, который почему-то мне не пришёл в голову – что котика надо будет обучить тыкать носом в эту светящуюся штуковину. А, как показала практика, тыкать носом, да ещё с достаточным усилием, чтобы отпечаток чётко читался, кот не хочет. И никакие вкусняшки и поглаживания его не соблазнят в этом действе.

3. Носик мокрый. А это означает, что сам сканер будет достаточно быстро пачкаться кошачьими соплями и потребуется регулярная очистка.

Так что научно-исследовательская работа по внедрению КотСКУДа продолжается. Думаю, следующие результаты будут обнародованы через год, ровно первого апреля.

❯ Полезные ссылки

1. Устройство и принцип работы оптического сканера отпечатков пальца.

2. Документация подключения оптического датчика отпечатков FPM10A.

Если вам интересна металлообработка, старое железо, всякие DIY штуки, погроммирование и linux, то вы можете следить за мной ещё в телеграмме.

• Написано специально для Timeweb Cloud и читателей Пикабу. Подписывайтесь на наш блог, чтобы не пропустить новые интересные материалы.

• Облачные сервисы Timeweb Cloud — это реферальная ссылка, которая может помочь поддержать наши проекты.

Приветствую всех!
Месяц с небольшим назад я рассказывал о таком девайсе как МС6205. Тема подобных экранов меня заинтересовала, и вот ко мне в руки попал другой экземпляр, однострочный и с более простым управлением. Тем не менее, несмотря на схожий вид, внутри он устроен совершенно иначе — если в МС6205 был матричный индикатор, то тут используется панель с самосканированием. Как же оно работает и как это запустить? Давайте разбираться.

Итак, в сегодняшней статье поговорим о семействе советских текстовых индикаторов ПИУ. Узнаем, как они устроены и как работают. Попутно поговорим о текстовых газоразрядных дисплеях с самосканированием. Традиционно будет много интересного.

❯ Суть такова

Началась эта история ещё в 2022 году, когда я услышал про существование такого устройства как ПИУ-2 и немедленно захотел себе такой экземпляр. Девайс был куплен без промедления, интереса ради. Далее последовали выпившие немало моей крови попытки его подключения, которыми я наконец и решил поделиться.

ПИУ-1 и ПИУ-2 — две модели индикаторных приборов, использовавшихся в неком оборудовании (мне так и не удалось выяснить, где именно, но, по слухам, стояли такие где-то на ЖД). Оба этих девайса имеют схожую конструкцию и отличаются лишь кодовой таблицей. Так что практически всё, что будет сказано тут, применимо и к ПИУ-1.

❯ Обзор оборудования

Так уж вышло, что в моих руках побывали два ПИУ — ранней и поздней версии.

Общий вид первого экземпляра. Здесь только индикаторный модуль. Также по бокам должны были располагаться два крепёжных ушка, но у моего прибора они замяты.

На обратной стороне разъём, клемма заземления, крепёжные винты (один из которых под пломбой) и заводская табличка. Как и практически все интересные и необычные советские приборы индикации, выпускался девайс на ровненском «Газотроне».

Снимем кожух. Внутри металлическая рама, к которой прикручены плата, панель и разъём.

С обратной стороны ничего интересного.

Плата. На ней вся электроника — чипы логики, память, ПЗУшка с таблицей символов и импульсный преобразователь для питания панели.

Разъём, связывающий панель с внешним миром. Почему-то очень сложно было найти какую-то информацию на этот счёт, так что оставлю тут для потомков: ответная его часть называется 2РМ30КПН32Г5В1В.

Панель представляет собой законченный модуль, соединённый с платой разъёмом МРН. Состоит он из стеклянного индикатора, рамки и платы, к которой он подключается.

Интересно то, как подключается непосредственно стеклянная колба к плате — тоненькими проволочками-волосинками, которые легко сминаются и рвутся. Для защиты от жизненных ударов щели заклеены полоской липкой ленты.

А вот более старая панель. Внешне отличия заметны не особо…

С обратной стороны отличие лишь в годе выпуска — 1983. Также видно, что изолятор в разъёме на этот раз карболитовый.

Вскрываем. Внутри это совершенно иное устройство, построенное уже на двух платах. Эти платы вставляются в слоты, позволяющие при необходимости вытащить какую-либо из них без паяльника.

Первая плата — низковольтная. На ней расположена управляющая логика и ПЗУшки.

Вторая — высоковольтная. Здесь преобразователь, выдающий все необходимые для питания панели напряжения, а также транзисторные сборки, призванные управлять анодами и катодами индикатора. Интересное схемотехническое решение в виде дорожки-спиральки — явно какая-то катушка низкой индуктивности.

Шасси со снятыми платами.

Оба модуля втыкаются в расположенную на боковой стенке кросс-плату. От неё же расходятся жгуты проводов к разъёму и индикатору. К слову, о разъёме. Вместо ОНЦ здесь стоит другой разъём — 2РМ30Б32Ш5В1В. Впрочем, ответная часть к нему та же самая.

Те самые слоты.

Разъём МРН, через который подключается индикатор.

Индикатор отдельно. От рассмотренного ранее он не отличается ничем.

❯ Как работает ПИУ

Вообще, по своей структуре ПИУ во многом схож с МС6205 — здесь тоже есть преобразователь питания, генератор импульсов, знакогенератор, блок интерфейса и подобная логика. Но вот индикаторы тут стоят совершенно иные. Это так называемые газоразрядные индикаторы с самосканированием.

Вообще, если вы никогда не интересовались подобным железом, то вид матричного индикатора, способного работать всего по двенадцати проводам, уже способен заинтересовать. А уж упоминание того, что прибор этот не содержит ни единого полупроводника, и вовсе поставит в ступор обывателя.

Наиболее доходчиво о работе таких ГРИ рассказывал товарищ radiolok. Я сам узнал об этих индикаторах, посмотрев этот ролик, после чего немедленно захотел себе какой-то законченный девайс на базе такой панели. Именно им и стал ПИУ.

Принцип работы таких панелей очень схож с декатронами, а также (немного) с газоразрядным индикатором ИН-33. Помимо обычных анодов и катодов девайс имеет вспомогательные аноды (аноды сканирования). Если последовательно подавать импульсы между группой анодов сканирования и одной из групп катодов, то можно получить разряд, последовательно проходящий все столбцы индикатора. Если в момент, когда разряд сканирования горит в некотором положении (которое можно однозначно отсчитать благодаря наличию отдельно выведенного катода сброса, с которого начинается прохождение разряда по столбцам), подать импульс на анод сканирования, то в выбранной строке этого столбца загорится точка. Таким образом, для работы индикатора необходима схема сканирования, которая постоянно будет проходить по всей панели, и схема индикации, которая, зная, где сейчас находится разряд (благодаря работе от того же тактового генератора) может включать и выключать аноды индикации.

❯ В чём разница между ПИУ-1 и ПИУ-2

Изначально я думал, что эти две модели — разные ревизии одного и того же прибора. Но всё оказалось куда интереснее. Первая и вторая версия отличаются кодовой таблицей.

У ПИУ-1 она такая.

А у ПИУ-2 — вот такая.
По просторам гуляют две документации: одна называется «ПИУ-1: паспорт, техническое описание и руководство по эксплуатации», другая — «Приборы индикаторные универсальные ПИУ-1, ПИУ-2: паспорт, техническое описание и руководство по эксплуатации». При этом они описывают по сути два совершенно разных по схемотехнике устройства. Первая рассказывает про более старую версию, имеющую внутри два слотовых модуля и кросс-плату, вторая — про поздний вариант, собранный на одной плате. Помимо этого в первой инструкции детально описаны некоторые аспекты работы устройства в синхронном и асинхронном режимах (в документации к ПИУ-2 эти моменты скромно опущены). Чтобы вам не пришлось искать эти архивы среди кучи битых, ссылку на них я дам чуть позже.

❯ Первый запуск

Итак, самое время приступить к экспериментам.

Берём ответную часть разъёма и припаиваем провода. Распиновка есть в документации.
Но, увы, при попытке что-то вывести меня ждала неудача — на экране отображался один и тот же символ. Последующие проверки показали, что в индикаторе, судя по всему, вылетела ПЗушка, так как адресный счётчик работал исправно. Я понятия не имею, где взять такую же, чем её прошить и какой прошивкой, так что разбирательства с этим индикатором я забросил, а через полгода его лежания у меня и вовсе продал.

Также именно упомянутый экземпляр успел засветиться в ролике всё того же radiolok, где на 2:37 показаны внутренности моего ПИУ. Этими фотографиями я поделился в чатике давным-давно, и вот они наконец пригодились.

❯ Подключение

Так уж вышло, что детального описания работы ПИУ практически нигде нет. Есть, конечно, документация (причём сразу в двух версиях), но на этом всё. Поэтому сейчас я расскажу о том, как же вообще работает эта штука с точки зрения программиста микроконтроллеров.

Начнём, конечно же, с разъёма. Предыдущая ответная часть ушла вместе с неисправной панелью, пришлось намутить другой. Как оказалось, за минувший год такие разъёмы в местном магазине радиодеталей кончились, пришлось купить у сборщика металла. На этот раз он уже был частью какого-то жгута (если вдруг это условное обозначение вам о чём-то говорит, напишите в комментариях).

Разбираем разъём и выпаиваем остатки проводов. Их, разумеется, не выкидываем — ещё пригодятся.
Теперь можно перейти к распиновке самого блока. Она здесь оказалась вот такая:

1. X8

2. Первая строка

3. X7

4. Вторая строка

5. X6

6. Третья строка

7. X5

8. Четвёртая строка

9. X4

10. Пятая строка

11. X3

12. Шестая строка

13. X2

14. Седьмая строка

15. X1

16. Ничего

17. Гашение

18. Синхросигнал

19. Запись/индикация

20. Импульсы сброса

21. Строб

22. Ничего

23. Сброс

24. 5 В

25. Управление яркостью

26. -12,6 В

27. Ничего

28. Ничего

29. Ничего

30. Земля

31. Ничего

32. Масса

Для питания требуется два напряжения — +5 и -12,6 В. Взять их можно, разумеется, в компьютерном БП. Как показала практика, от -12 В он девайс тоже отлично стартует.

Если просто подать питание, девайс тоже должен запуститься — послышится тихое пищание преобразователя, а экран очень тускло засветится оранжевым — именно так выглядит процесс сканирования. Для примера фото я сделал в темноте при большой выдержке и почти полностью открытой диафрагме, в реальности увидеть это свечение получится только если приглядываться.

❯ Синхронный и асинхронный режим

Индикатор может работать в двух режимах — синхронном и асинхронном.
В асинхронном режиме ПИУ находится в одном из двух состояний. Когда на контакте 19 разъёма присутствует высокий уровень, управляющая схема ожидает поступления на вход данных. Когда напряжение снимается, прибор переходит в режим индикации.
В синхронном режиме контакт 19 всегда заземлён, а отображаемая информация обновляется сразу при поступлении новых данных. Именно этот режим мы и задействуем.

❯ Пишем первую программу

Памятуя о жёстких глюках неясной природы при подключении МС6205 напрямую к выводам МК, я решил и тут использовать сдвиговый регистр. Подключение, таким образом, очень простое — строб и сброс к выводам МК, X1...X8 — к Q0...Q7 регистра. В качестве управляющего девайса была взята всё та же тестовая ардуино.

Саму микросхему удалось уместить внутри разъёма.
Теперь о программе. Для начала необходимо сбросить экран (после чего он погаснет), после чего последовательно загрузить в регистр каждый символ, не забывая после этого дёргать строб. У ПИУ нет шины адреса как у МС6205, он работает по сути как обычный дисплей 1602: выставляем на шине код, после чего даём высокий уровень на строб. Для программиста единственное отличие лишь в том, что у HD44780 строб по спаду сигнала, а также есть поддержка управляющих команд, тогда как единственная команда, которую знает ПИУ, — это считать код символа с восьмибитной шины и протолкнуть его в буфер.

Прибор работает в кодировке КОИ-7, что тоже надо учитывать.
Остаётся только залить её, и, если ПИУ живой, на экране должно будет появиться примерно следующее:

Наконец-то оно работает!

❯ Немного про ГТИ и внешний знакогенератор

У индикатора имеется возможность управления полностью извне. Оно позволяет использовать ПИУ при отсутствии возможности подключить его по штатному интерфейсу, а также если встроенный знакогенератор сдох.

Для этого индикатор обладает выводами управления строками, ГТИ и импульсов сброса.
Контакты 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 служат для непосредственного включения или выключения пикселей в столбце. ГТИ — генератор тактовых импульсов, от которого работает схема сканирования. В момент смены уровня этого сигнала с высокого на низкий происходит считывание данных с выводов управления строками. Контакт импульсов сброса нужен для определения начала панели — на нём появляется низкий уровень в тот момент, когда сканирующий разряд проходит «нулевой» катод.

И при попытке запустить индикатор в таком режиме можно наглядно увидеть, насколько же всё-таки слабо работает Arduino! «Медленные» digitalWrite не справляются с таким переключением, отчего изображение размазывается.

Смена «медленных» pinMode и digitalWrite на «быструю» работу с портами резко меняет ситуацию к лучшему.

❯ Управление яркостью

25 контакт разъёма — ещё один генератор импульсов, служащий для управления яркостью панели. Если подать высокий уровень на контакт 17, то индикатор погаснет. Но, само собой, если подавать на него сигнал случайной частоты и фазы, то индикатор будет мерцать. Чтобы этого не происходило, существует контакт управления яркостью: импульсы на контакт гашения подаются синхронно с таковыми на 25 выводе, а их длительность позволяет регулировать время горения столбца панели.

❯ Неожиданные глюки

В процессе опытов столкнулся с проблемой, что после прогрева девайсу плохеет — при выводе появляются фантомные символы, сброс не приводит к полному гашению экрана. Предположительно, всему виной электролиты, которые следует поменять все и полностью.

❯ Библиотека для Arduino

Я прекрасно понимаю, что большинство из заинтерсовавшихся, скорее всего, будут использовать ПИУ для сборки часов или другого подобного устройства. Специально для них я привёл все тестовые проги в нормальный вид и написал библиотеку для работы с этим прибором при помощи Arduino. Также в репозитории лежат обе версии документации, упомянутые ранее.

❯ Вот как-то так

При кажущейся простоте ПИУ оказался прибором, не менее интересным, что и МС6205.

По сравнению с цифровыми ГРИ или ВЛИ, проектов на подобных девайсах немного, но они всё же есть. На просторах удалось найти вот такой вот шикарнейший девайс. Индикатор очень круто выглядит и разбавляет уже приевшиеся проекты типа привычных «ИН-12 с синей подсветкой».

Такие дела.

Больше фото в источнике материала на Хабре. Увы, все фото не влезли (их действительно много), а именно в них вся суть и самое вкусное. Так же там элементы кода и прошивка :)

• Написано специально для Timeweb Cloud и читателей Пикабу. Подписывайтесь на наш блог, чтобы не пропустить новые интересные материалы.

• Также подписывайтесь на наш телеграмм-канал — только здесь, технично, информативно и с юмором об IT, технике и электронике. Будет интересно.

• Облачные сервисы Timeweb Cloud — это реферальная ссылка, которая может помочь поддержать наши проекты.

• Автор текста: Frazick

Давным-давно, в далёкой-далёкой яблочной компании зародилась идея создать собственный процессор для ноутбуков. И вот, спустя годы, Apple презентовала свой десктопный процессор M1.

В этой статье мы сосредоточимся на разборе безопасности процессора M1 от Apple. Компания всегда уделяла значительное внимание информационной безопасности своих устройств, особенно мобильных. Это не значит, что iPhone или iPad нельзя взломать. Нет, можно, конечно, вопрос лишь в цене. Просто цена взлома iOS существенно выше, чем взлома устройств на других ОС.

Но за всё приходится платить. И пользователи Apple платят сполна. Невозможно установить стороннее приложение, кроме как из AppStore, невозможно пользоваться NFC, кроме как через ApplePay, невозможно скачивать сторонние оформления иконок, шрифтов, клавиатур и т. д. Да даже бесполезный в большинстве случаев авиарежим и AirDrop нельзя убрать из панели быстрого доступа. Фактически — это непроницаемый железный занавес, который опустился от Штеттина на Балтике до Триеста на Адриатике.

Пользователи из России уже второй год живут на устройствах, функционал которых был искусственно обрезан. Не работает NFC, нельзя установить (или обновить установленные) основные банковские приложения, Apple даже телеграмм цензурирует. Фактически, телефоны яблочной марки лишились крайне важного для повседневности функционала.

Всё же, вернёмся к Apple M1. Что это такое? Фактически, это существенно улучшенный вариант 5-нм мобильного чипа A14 Bionic, который установлен в линейке смартфонов iPhone 12 и на двух iPad. Его мощность позволила Купертино поставить его в ноутбуки — сначала в MacBook Air, а затем в MacBook Pro — аж в 3-х версиях.

Apple M1 — это не только центральный процессор (CPU), это система из множества чипов, которые находятся под одним колпаком. То есть, система на чипе (system on the chip, SoC). Если в обычных процессорах от Intel и AMD стоит множество универсальных ядер, то в M1, как у наследника энергоэффективных мобильных чипов, сильно фрагментированы ядра и, соответственно, решаемые ими задачи.

Apple М1 — это:

• Центральный процессор CPU — главный вычислительный центр, ответственный за большинство ежедневных задач. Выполняет большинство задач компьютера и программ.

• Графический процессор GPU — работа с графикой, видео, изображениями и игры, конечно же.

• Блок нейронной обработки (Neural processing unit, NPU) — машинное обучение и искусственный интеллект – зона ответственности данного чипа.

• Обработчик цифровых сигналов (digital signal processor, DSP) — сложные математические вычисления. Выполняет более сложные математические функции, чем центральный процессор, включая декомпрессию музыкальных файлов.

• Блок обработки изображений ISP — думаю, из расшифровки понятно, зачем он нужен.

• Кодировщик видео (Video encoder/decoder) — аналогично.

• Блок единой памяти (Unified memory) — позволяет модулям чипа взаимодействовать максимально быстро.

• Блок безопасности (Secure Enclave) — самое интересное для нас место, скоро перейдём к нему.

Децентрализация позволяет подбирать под каждую задачу отдельное ядро, не задействуя другие части чипа. Помимо внушительной мощности (M1 кладёт на лопатки всех своих синих предков) такая система позволила существенно увеличить время работы того же мака. Показатели автономности выросли на 3-4 часа экрана, очень хороший результат. Также Air стали пассивно охлаждаться — единственный их кулер был убран.

Apple M1 и устройства на нём действительно открыли новую страницу в истории микроэлектроники, можно сказать — совершили революцию. Мощные, не требующие много энергии компьютерные процессоры стали новой фишкой компании. Но давайте чуть глубже зароемся в тот компонент M1 и устройства на его основе и узреем те технологии, которые обеспечивают мощную защиту яблочным устройствам.

❯ Secure Enclave — цитадель чипа M1

Secure Enclave — не новомодное изобретение. Его встраивают в чипы Apple уже давно — с 2013 года яблочные гаджеты постепенно обзаводились этим островком безопасности. Первыми устройствами с ним были iPhone 5S и iPad Air, а уже сейчас он находится на всех без исключения гаджетах Apple. Зачем он нужен и как он работает?

Secure Enclave это фактически компьютер в компьютере, а именно — выделенная защищенная подсистема. Она обеспечивает защиту вашим самым сокровенным тайнам (нет, не фоткам в iCloud) — код-паролю и биометрической информации, которая хранится в отдельном хранилище. Естественно, Secure Enclave шифрует и обычные данные на накопитель, но не так, как для код-пароля и биометрии. Работает он чуть менее, чем постоянно. Вы его используете каждый день, но не замечаете этого. Как он работает?

Приведу простой пример. Есть у нас приложение “Госуслуги”. В нём – куча разной полезной информации для вас и, что самое главное, о вас. Поэтому при настройке приложения оно вам крайне рекомендует задать пароль для входа. Но чтобы не вводить пароль каждый раз, его можно дополнить биометрией —Touch ID/Face ID.

Её регистрация осуществляется при первом включении и настройке устройства пользователем. Датчики считывают вашу биометрию и отправляют её в Secure Enclave. В нём происходит обработка, шифровка и сохранение данных в выделенном хранилище в качестве шаблона. Он, кстати, не является чем-то постоянным и постоянно совершенствуется, каждое новое прикосновение пальца или изменение внешности лица учитывается в существующем шаблоне, развивая его.

Когда вы запускаете приложение, то оно просит вас провести аутентификацию. Touch ID/Face ID её проводит (заменяя ввод пароля), и вы получаете доступ к Госуслугам.

Именно в момент проведения аутентификации Secure Enclave включается в работу — сенсоры отправляют ему считанную биометрию в зашифрованном виде. Secure Enclave дешифровывает её и сверяет с шаблоном, который находится в выделенном хранилище. Если обнаружено сходство — вы получаете доступ к Госуслугам. Если нет — вас просят ввести пароль и заново пройти аутентификацию.

Концептуально безопасность Secure Enсlave построена на двух основных принципах.

Первый— изоляция Secure Enclave от основного процессора телефона. Это две параллельные системы, которые связаны между собой только защищенными каналами связи.

Второй — на Secure Enclave не хранится никакой информации о пользователе (он просто не имеет собственного хранилища). Эта система лишь контролирует поступление и извлечение информации, которая хранится в защищенном энергозависимом хранилище.

А вот как и с помощью чего происходит этот контроль я и предлагаю поговорить ниже. За основу взят материал про Secure Enclave, опубликованный на сайте службы поддержки Apple.

Схема Secure Enclave

Начнём с самого главного — сопроцессора процессора процессора (хе-хе). Он обеспечивает основную вычислительную мощность Secure Enclave, занимаясь управлением всех функций системы.

Его тактовая частота ниже частоты основного чипа, что позволяет блокировать атаки, которые направлены на изменение тактовой частоты процессора и его питания. Также за счёт изоляции от процессора сопроцессору нельзя повредить тем же программным обеспечением, которое может взломать центральный процессор. За счёт этих мер шанс добраться до ваших данных становится практически ничтожным.

Модуль защиты памяти. Смотрите, сам Secure Enclave работает в выделенной области DRAM-памяти (т. е. оперативке). Когда вы запускаете устройство, загрузочное ПЗУ (постоянное запоминающее устройство — энергонезависимое хранилище, как CD-диск, грубо говоря, о нём ниже) генерирует случайный кратковременный ключ защиты памяти для модуля защиты памяти, с помощью которого происходит ваша аутентификация.

Когда Secure Enclave записывает информацию в отдельный блок памяти, модуль защиты зашифровывает выделенный блок. Чтобы получить доступ к зашифрованной информации, модуль защиты должен получить необходимый тег аутентификации, и тогда модуль производит расшифровку блока. Если же тег не совпадает, МЗП передаёт Secure Enclave сообщение об ошибке и дальнейшие операции останавливаются до перезагрузки системы.

Загрузочное ПЗУ. Постоянно запоминающее устройство, где находится постоянный код, задающий аппаратный корень доверия для всего Анклава. Когда устройство включается, ПЗУ генерирует случайный кратковременный ключ, защищающий модуль защиты памяти. Также он шифрует блоки памяти, которые записывает Анклав в свою выделенную область.

Генератор истинных случайных чисел. Его задача создавать случайные криптографические ключи, которые будут использоваться при передаче данных от модуля к модулю.

Ещё одним важным элементом защиты является корневой криптографический ключ уникального идентификатора (UID). Это значение является уникальным для каждого устройства и не связано ни с какими другими ID на устройстве. Они генерируются генератором случайных чисел Secure Enclave на этапе производства, при этом процесс происходит исключительно в Анклаве. Это означает, что никто ни на каком этапе производства и продажи техники не может получить доступ к UID.

Модуль AES Secure Enclave. Это аппаратный блок, который выполняет симметричное дополнительное шифрование на основе шифра AES (один блок данных шифруется в другой посредством ключа шифрования).

Эта разработка предотвращает утечку данных на основе анализа тактовой частоты, статического и динамического анализа питания. То есть, модуль шифрует данные о базовых параметрах работы процессора в данный конкретный момент.

Ключи, используемые AES SE, не видны даже загрузочному ПЗУ Secure Enclave, хоть он и может запрашивать операции по шифровке и дешифровке данных.

Модуль AES. Ага, кроме того, что выше, существует ещё и отдельный AES модуль. Как показано на схемке ниже, он не находится в составе Secure Enclave. Он заключен между энергонезависимой изолированной флеш-памятью NAND и основной системной памятью.

В момент загрузки sepOS (операционка Secure Enclave) создаёт с помощью генератора случайных чисел случайный кратковременный ключ. AES модуль передаёт этот ключ по выделенным проводам, что ограничивает доступ к модулю одним Secure Enclave.

Этот модуль выполняет роль таможни, которая запаковывает и распаковывает ключи для Secure Enclave. Он обладает ключами для расшифровки данных Secure Enclave, но при этом он никогда не предоставляет этот ключ какому бы то ни было программному обеспечению. Его работа, опять же, представлена на схеме.

Акселератор открытого ключа (PKA) — это ещё один аппаратный блок, но уже внутри Secure Enclave, который выполняет криптографические операции. В отличие от модуля AES выше его шифрование — асимметрично.

Также как и AES, он защищает информацию от отслеживания по тактовым частотам процессора. Ключи шифрования видны только РКА и никому более, по аналогии, опять же, с AES.

Чтобы было более понятно различие этих двух систем, разберём разницу между симметричным (AES) и асимметричным (PKA) шифрованием. Более подробно прочитайте в этой статье на Хабре.

Симметричное шифрование в своей работе всегда использует один-единственный ключ, который известен и отправителю, и получателю. Он расшифровывает и шифрует информацию во всех сценариях работы.

Принцип простой как дверь, что даёт ему два плюса — он быстро работает и его создание не является чем-то сложным. Минус также лежит на поверхности — если ключ будет скомпрометирован, то вся информация будет известна обладателю ключа.

Асимметричное шифрование использует другой, более сложный принцип. Отправитель кодирует сообщение при помощи открытого ключа, который был заранее известен от получателя. Закодированное таким образом сообщение принимает адресат, но какую-то информацию он может получить, используя закрытый ключ шифрования, известный только ему.

Самый главный плюс этой системы — максимальная защищенность. Жертвуя временем, мы получаем крайне тяжелую для взлома структуру передачи информации.

В Secure Enclave используется оба этих принципах в схожих по своей сути задачах, но в разных модулях. Причина дублирования, в целом, очевидна — если ключ от модуля AES в Secure Enclave будет скомпрометирован, то им не получится воспользоваться для дальнейшего продвижения через модуль РКА.

Переходим к последним модулям Secure Enclave — шина I2C, защищенное энергонезависимое хранилище и защищенный нейронный модуль, который не представлен на схемах Анклава, так как его, с недавних пор, там тупо нет.

Шина I2C обеспечивает физическое соединение Secure Enclave с защищенным энергозависимым хранилищем с помощью двухканального соединения. Один провод отвечает за передачу данных, другой – за управление этим процессом. Само хранилище представляет собой, грубо говоря, CD-диск, на котором записана определенная информация.

Что там за информация? Там записаны корни всех ключей шифрования данных пользователей, UID, биометрия, данные Apple Pay и самое главное — значение код-пароля. Кроме того, там находится счетчик попыток входа и количество этих самых доступных попыток. По истечению этих попыток (допустим, 10 попыток на айфоне) происходит либо блокировка устройства, либо уничтожение всех данных, которые были защищены код-паролем пользователя.

То есть, в этом хранилище находятся ваши личные данные, а также ключи, которые позволяют расшифровать данные на вашем накопителе, и именно это хранилище и защищает Secure Enclave.

Защищенный нейронный модуль. Он интегрирован в Neural Engine, но связан только с Secure Enclave. На смартфонах и планшетах с Face ID модуль преобразует двумерные изображения и карты глубины лица в математические данные. А они уже по этапу отправляются через Анклав в защищенное хранилище.

После того, как мы познакомились со всеми частями Secure Enclave, я предлагаю чуть ближе рассмотреть процесс поступления и извлечения информации из защищенного хранилища. К сожалению, на сайте Apple я так и не нашёл последовательную цепочку поступления информации в защищенное энергонезависимое хранилище. Поэтому нижеследующие описание этого процесса является лишь моей догадкой, построенной на некоторых фрагментах статьи службы поддержки и здравом смысле.

Поступление информации:

1. В момент регистрации Face ID/Touch ID датчики сканируют вашу биометрию и направляют её в зашифрованном виде в Secure Enclave.

2. Прежде чем попасть в Анклав, данные проходят через AES-модуль, который их шифрует.

3. Зашифрованная вне Secure Enclave биометрия проходит уже через внутреннюю симметричную шифровку аналогичного AES-модуля.

4. Происходит финальный этап шифрования — асимметричным способом через акселератор открытого ключа.

5. Наконец, идёт запись шаблона биометрии на защищенное энергонезависимое хранилище.

Извлечение информации, а вернее — сверка шаблона:

1. В момент прохождения аутентификации Face ID/Touch ID датчики сканируют вашу биометрию и направляют её в зашифрованном виде в Secure Enclave.

2. Прежде чем попасть в Анклав, данные проходят через AES-модуль, который их шифрует.

3. Зашифрованная вне Secure Enclave биометрия проходит уже через внутреннюю симметричную шифровку аналогичного AES-модуля. И вот здесь момент, в котором я не уверен, — либо полученная биометрия сверяется сопроцессором Secure Enclave с шаблоном между AES модулем и РКА, либо она сверяется между РКА и защищенным хранилищем. Я больше склоняюсь ко второй версии.

4. Защищенное хранилище по запросу РКА отправляет шаблон для сверки.

5. Если совпадения были найдены, то аутентификация считается пройденной, а полученные данные стирается за ненадобностью (кроме случаев, когда они улучшают существующий шаблон).

Шифровка обычной информации на накопитель:

T2 – это один из родителей M1 — по крайне мере, в сфере аппаратной безопасности.

1. Мы нажимаем на кнопочку «Сохранить» сохраняя нашу красивую презентацию.

2. Файл с презентацией отправляется в AES модуль вне Secure Enclave и проходит через симметричное шифрование.

3. Для шифровки данных используется ключ из защищенного хранилища.

4. Ваша презентация в зашифрованном виде записана на накопитель.

❯ Аппаратное отключение микрофона

Ещё одна интересная аппаратная функция защиты безопасности, про которую мне хотелось рассказать, это аппаратное отключение микрофона при закрытие крышки ноутбука. Оно защищает вас от прослушки, даже если каким-то образом был взломан сам Макбук или Айпад. Впервые функция была реализована на Макбуках с поддержкой сопроцессора Apple T2 (чип безопасности для интеловских маков). Сейчас она применяется на всех современных макбуках и айпадах компании.

Схема реализации

Для работы этой схемы применяются датчики крышки ноутбука, которые фиксируют физическое закрытие крышки (в частности, через датчик угла наклона шарнира). Параметры, заданные в них на производстве, невозможно перепрограммировать или изменить любым другим способом.

После закрытия крышки или чехла проходит буквально 0,5 секунд и система отключает каналы передачи данных между микрофоном и ЦП, либо отключает один из каналов ввода микрофона, которые обеспечивают его работу. То есть, просто-напросто технически отключая микрофон от системы. Опять же, если ваше устройство было взломано — прослушать вас при закрытой книжке будет технически невозможно, так как физического контакта между микрофоном и системой нет.

❯ Резюмируя

Ну как-то так. В основе аппаратной безопасности чипа Apple M1 лежит Secure Enclave. Несмотря на кажущуюся сложность чипа, принцип его работы довольно… Понятен? Зашифрованная информация поступает в Анклав, проходит через ещё два уровня шифровки и записывается в защищенное хранилище. Для хранилища всех остальных данных применяется один уровень шифровки. Если уж совсем упрощать.

Разбирая каждый модуль отдельно, можно просто сдохнуть от количества различных терминов. Но если рассматривать общий принцип защиты информации в Secure Enclave, то можно понять, что Apple ничего сверхсложного не выдумывала.

Аппаратное отключение микрофона является пусть и небольшим, но важным штрихом ко всей картине аппаратной безопасности систем на чипе Apple M1.

Cписок источников:

• Статья службы поддержки Apple о Secure Enclave;

• Статья службы поддержки Apple о безопасности Face ID и Touch ID.

• Написано специально для Timeweb Cloud и читателей Пикабу. Подписывайтесь на наш блог, чтобы не пропустить новые интересные материалы.

• Также подписывайтесь на наш телеграмм-канал — только здесь, технично, информативно и с юмором об IT, технике и электронике. Будет интересно.

• Облачные сервисы Timeweb Cloud — это реферальная ссылка, которая может помочь поддержать наши проекты.