水墨屏開發裝置，舊 Kindle 改造而成

削微寒發表於2021-02-26

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

原文作者：adq

譯者 & 校正：HelloGitHub-小魚乾 & 滷蛋

我想有個用於（開發）未來專案的水墨屏，剛好我又買了一個帶樹莓派 “hat” 的小玩意。就這樣，靈光一閃的我想到舊 Amazon Kindle 電子書閱讀器可以變廢為寶。

譯者：這便是本文的由來。

我之前有過使用 Kindle 的經驗：我為它移植過一個 Infocom 解析器 和一個 Manga 漫畫閱讀器 。我讓亞馬遜軟體以 “Kindlets” 形式載入 Infocom 和 Manga，並將它們整合到電子書閱讀器 Kindle 中。而現在，我想要一個好用且便宜的水墨屏 Linux 開發平臺。

下面就是全部的操作和流程！

Ebay 上便宜的 Kindle（和它們便宜的原因）

我在 Ebay 上看到了許多便宜的 Kindle，上面標著 “BLOCKED BY AMAZON”，當然我並不打算買它們，因為理論上它們可能被偷了。最後，我選擇了一個 7 英鎊的非觸控版 Kindle 4。

幾天後，我收到貨發現了它這麼便宜的原因：這臺 Kindle 陷入了某種不可退出的演示模式：

我在 Google 上搜了下解決方法，後來版本的 Kindle 是可以退出演示模式，但這些方法在這個 Kindle 4 版本上沒用。不過不要緊，這不重要：因為我並不想在這個 Kindle 上執行原裝的 Kindle 電子書軟體。

嗯，下一步我們就是要去獲得訪問許可權。我瀏覽了 mobileread 論壇 顯示 Kindle 有一個除錯串列埠：是時候動手了！

處理硬體

這臺 Kindle 有點麻煩：它周圍有多個卡扣，外殼粘在電池元件上，我機智地用了一把刀來拆機並用丙酮把 （Kindle 後蓋的）粘合劑擦拭乾淨。

  • 紅色框：討厭的卡扣
  • 紫色：真的非常麻煩的膠水（粘合劑）
  • 黃色：串列埠

一般來說，硬體串列埠是沒有插孔的，我們要將連線線焊接到主機板的串列埠上。我喜歡用大約 0.2mm 電線來連線電子元件，並用我的電烙鐵來重焊 Kindle 底座。

我不想任何電線亂繞，我也深知我可能會焊亂電線但我又需要連線串列埠，所以我想到了一個法子連線電線：

我用強力膠把一塊條板粘在 Kindle 的 PCB 印刷電路板上，然後把迷你 PCB 連線點上的電線焊在一端。最後，在另一端我焊接了一個大的、通用“Dupont”電纜插座，這樣我可以很容易地連線和拆卸它。對啦，Kindle PCB 頂部電纜是 0v/GND，其他電纜是 TX 和 RX （我忘了這兩個電纜的順序）。

最後一個難題：Kindle 串列埠執行電壓是 1.8v，所以我需要一個序列介面卡來供電：

我買的介面卡支援 5v、3.3v、2.5v 和 1.8v，非常搭！

Root Kindle

接下來，我把序列介面卡連到我的膝上型電腦上，執行 minicom 串列埠通訊軟體，再重新啟動 Kindle。然後，我（難免地，譯者：前面有提到作者忘記了 TX 和 RX 順序）交換 TX 和 RX 電纜後，我看到了 Kindle 歡迎資訊！

U-Boot 2009.08-lab126 (Aug 29 2012 - 12:55:24)

CPU:   Freescale i.MX50 family 1.1V at 800 MHz
mx50 pll1: 800MHz
mx50 pll2: 400MHz
mx50 pll3: 216MHz
ipg clock     : 50000000Hz
ipg per clock : 50000000Hz
uart clock    : 24000000Hz
ahb clock     : 100000000Hz
axi_a clock   : 400000000Hz
axi_b clock   : 200000000Hz
weim_clock    : 100000000Hz
ddr clock     : 800000000Hz
esdhc1 clock  : 80000000Hz
esdhc2 clock  : 80000000Hz
esdhc3 clock  : 80000000Hz
esdhc4 clock  : 80000000Hz
MMC:  FSL_ESDHC: 0, FSL_ESDHC: 1
Board: Tequila
Boot Reason: [POR]
Boot Device: MMC
Board Id: 0031701123730Z56
S/N: B02317022392005M
Initing MDDR memory
ZQ calibration complete: 0x128=0xfffe0010 0x12C=0xffffffff
DRAM:  256 MB
Using default environment

In:    serial
Out:   logbuff
Err:   logbuff
Quick Memory Test 0x70000000, 0x10000000
POST done in 13 ms
Hit any key to stop autoboot:  0 
## Booting kernel from Legacy Image at 70800000 ...
   Image Name:   Linux-2.6.31-rt11-lab126
   Image Type:   ARM Linux Kernel Image (uncompressed)
   Data Size:    4777568 Bytes =  4.6 MB
   Load Address: 70008000
   Entry Point:  70008000
   Verifying Checksum ... OK
   Loading Kernel Image ... OK
OK
Starting kernel ...

[snip]

Welcome to Kindle!

kindle login:

很好，這是啟動 uboot 的啟動載入器（ bootloader ）在啟動 Linux 並要求我登入。

以 root 登入，提示要輸入密碼：Emmm…密碼？從以前的 Kindle 使用經驗中，我知道可以用 Kindle 的序列號生成密碼。然後我找到了 這個網站，它會為一個特定的裝置生成許多可能的密碼：我的 Kindle root 登入密碼是第三個。

為防止網站倒閉，這裡是 Javascript 生成密碼的關鍵片段:

var md5 = hex_md5(serial);
document.getElementById("rootpw").innerHTML = "fiona" + md5.substring(7,11);
document.getElementById("rootpw2").innerHTML = "fiona" + md5.substring(7,10);
document.getElementById("rootpw3").innerHTML = "fiona" + md5.substr(13,3);

對對，我忘了說我是如何拿到裝置序列號的。Kindle 以非工作狀態插上 USB，即，你不能將這些演示裝置作為磁碟。但在這個狀態的 Kindle 可用 Linux 的 dmesg 命令輸出序列號（你也可以在 uboot 中使用 printenv 命令得到序列號，當它顯示 “Hit any key to stop autoboot” 時按 Enter Enter鍵）：

[128033.676587] usb 1-2: new high-speed USB device number 51 using xhci_hcd
[128033.829631] usb 1-2: New USB device found, idVendor=1949, idProduct=0004, bcdDevice= 1.00
[128033.829638] usb 1-2: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=3
[128033.829642] usb 1-2: Product: Amazon Kindle
[128033.829645] usb 1-2: Manufacturer: Amazon
[128033.829648] usb 1-2: SerialNumber: XXXXXXXXXXXXXXXX

Cool！我們有 root 許可權，可以登入了！現在來看看如何讓它更方便地使用。

轉儲系統

一般來說，第一步是將磁碟資訊轉到另一臺計算機上進行分析。

檢查 /proc/mounts，顯示主磁碟 /dev/mmcblk0 上有多個分割槽。

執行 fdisk /dev/mmcblk0 會得到如下結果:

Units = cylinders of 64 * 512 = 32768 bytes

        Device Boot      Start         End      Blocks  Id System
/dev/mmcblk0p1   *        1025       12224      358400  83 Linux
/dev/mmcblk0p2           12225       14272       65536  83 Linux
/dev/mmcblk0p3           14273       15296       32768  83 Linux
/dev/mmcblk0p4           15297       59776     1423360   b Win95 FAT32
  • 四個分割槽：三個 Linux 系統，一個 FAT32 系統。
  • 第一個磁碟開始時離磁碟很遠：原來核心儲存在那個 “丟失的” 區域。
  • 深入研究後發現分割槽 1 是正常系統，2 是一種診斷工具，3 是儲存 Kindle 私密資訊（例如 Wi-Fi 密碼）。當你通過 USB 插入 Kindle 時，你會看到分割槽 4：你電子書的儲存地方。
    — 分割槽 4 掛載在 /mnt/us”`。

我用 dd 命令將磁碟和分割槽 1-3 轉儲到 /mnt/us 上（一般我中意備份一個完整的原始映像，以便在出現問題時可以恢復它）：

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

雖然這款 Kindle 不能在 USB 上顯示為磁碟，但因為我有 root 許可權能讓它這樣：

rmmod g_file_storage
modprobe g_file_storage file=/dev/mmcblk0p4

它會出現在我的筆記本上，然後我把所有東西都複製了下來。

分析系統

終於，我用以下命令在筆記本安裝 kindle.img 中的分割槽：

kpartx -v kindle.img

接著，我將 Kindle 各個分割槽安裝到我的膝上型電腦上。我把所有分割槽檔案放在一個資料夾中，這樣我可以方便地用 grep 命令檢視它們。我發現：

  • Kindle 用 rc.d 作為它的系統初始化系統，資料夾中有很多優雅的純文字指令碼。
  • Init level 5 是執行電子書軟體的 “通用” 系統
  • 電子書軟體在 /opt/amazon目錄，用 Java 編寫（我知道要快速複習 Java 了）。
  • Kindle 有一堆有意思的純文字 “diag” 指令碼用來測試。
  • 有一個相當漂亮的 wifid daemon 來管理 Wi-Fi 連線：我從 diag 指令碼中找到了與它對話的方法。
  • 用 /usr/sbin/eps 命令（文件見這裡）從命令列寫入資料到水墨屏。
  • 我沒找到可見的 “turn off demo mode” 開關：看樣子演示模式是 Java 電子書軟體的定製功能。
  • 以下系統服務與不支援的功能或電子書軟體有關，或與 Amazon 聯絡：S50wan S70wand S75phd S81usbnetd S93webreaderd S94browserd S95framework S96boot_finished。

對話 Wifid

你可以用 Kindle 內建的 wifid 連線 Wi-Fi，並管理你的 Wi-Fi 配置檔案。對啦，如果你的 Wi-Fi 連線失敗，一定要記住許多 Kindle 只支援 2.4Ghz Wi-Fi ?

列出 Wi-Fi 配置檔案數量

lipc-get-prop com.lab126.wifid profileCount

顯示 Wi-Fi 配置檔案

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

刪除某個 Wi-Fi 配置檔案

lipc-set-prop com.lab126.wifid deleteProfile WIFIESSID

建立 Wi-Fi 配置檔案

echo '{essid="WIFIESSID", smethod="wpa2", secured="yes", psk="WIFIPSK"}' | lipc-hash-prop com.lab126.wifid createProfile
  • smethod 可以是 open / wep / wpa / wpa2 之一（如果選擇 open，請設定 secured 為 “no”）
  • WIFIPSK 是 wpa_passphrase 實用程式（這實際上是在 Kindle 上）生成的 WIFI PSK：一個正常的 “wifi passphrase” 將不起作用。

連線 Wi-Fi 配置檔案

lipc-set-prop com.lab126.wifid cmConnect WIFIESSID

顯示 Wi-Fi 連線情況

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

修改 Root

下面的許多說明需要更改 Kindle 的根磁碟。但是，預設情況下根磁碟為防止被修改以只讀模式掛載。要解決這個問題，在 Kindle 上執行以下命令:

mntroot rw

完成修改後，將其設定為只讀模式，以防止任何不必要的更改:

mntroot ro

安裝 Dropbear SSH

我想 ssh 到我的 Kindle，所以我要安裝 ssh 程式 dropbear。當然，Kindle 是一個基於 ARM 的裝置，所以要麼我自己編譯 dropbear，要麼在某個地方找到 dropbear 二進位制檔案。剛好，Kindle 有一個遺留的 USBNET 漏洞：我自己不直接用這個漏洞，因為我想完全控制這個開發套件，但是我可以從 USBNET 那裡借用 dropbear 二進位制檔案。

不巧的是，USBNET 漏洞是用 Kindle 自有詭異的更新格式釋出的，所以我們需要把 USBNET 提取出來：

在你的電腦中：

  • 下載這個 git repo 並編譯它——這會讓我們解碼 Kindle 更新。
  • 在 這裡 下載 kindle-usbnetwork-0.57.N-k4.zip，並複製到 KindleTool/Release/。
cd KindleTool/Release/
unzip kindle-usbnetwork-0.57.N-k4.zip
./kindletool extract Update_usbnetwork_0.57.N_k4_install.bin usbnet
cd usbnet
tar Jxf usbnet.tar.xz
  • 將 src/usbnet/bin/dropbearmulti 複製到你的 Kindle（我重灌它為 USB 裝置並複製過來）。

在 Kindle 中：

cd /
mv /mnt/us/dropbearmulti /
chmod a+x /dropbearmulti
ln -sf /dropbear /dropbearmulti
ln -sf /dropbearkey /dropbearmulti
ln -sf /bin/scp /dropbearmulti
/dropbearkey -t rsa /dropbear_rsa_host_key

定製 Kindle

我用下面的方式重新命名了所有不需要的系統服務：

cd /etc/rc5.d; mv S95framework DISABLED.S95framework

我在 /etc/rc5.d/S99adq 中新增了自己的初始化指令碼來新增自己的定製設定：

#!/bin/sh
NAME="adq"

case "$1" in

   start)
        # display some stuff!
        /usr/sbin/eips -c 20 20 "HELLO ADQ"
        IP=`ifconfig wlan0 | awk '/t addr:/{gsub(/.*:/,"",$2);print$2}'`
        /usr/sbin/eips 1 1 "IP Address: $IP"
        /usr/sbin/eips 1 2 "Root Password: <MY ROOT PASSWORD>"
        /usr/sbin/eips ""

        # connect to wifi and allow ssh in
        lipc-set-prop com.lab126.wifid cmConnect MYWIFISSID
        iptables -A INPUT -i wlan0 -p tcp --dport 22 -j ACCEPT
        /dropbear -r /dropbear_rsa_host_key
        mkdir -p /mnt/us/usbnet/etc
        echo "<MY SSH PUBKEY>" > /mnt/us/usbnet/etc/authorized_keys

        # expose shell over usb
        modprobe -r g_file_storage
        modprobe g_serial
        /sbin/getty -L 115200 ttyGS0 -l /bin/login &
        ;;

   stop)
        ;;
    *)
        msg "Usage: /etc/init.d/$NAME {start|stop}" W >&2
        exit 1
        ;;
esac

exit 0
  • 在電子書螢幕的啟動頁顯示一些有用資訊
  • 連上 Wi-Fi。
  • 允許通過防火牆 SSH。
  • 執行 dropbear ssh 程式。
  • 在 dropbear 中新增我的 ssh 公鑰。
  • 移除 “pretend to be a disk” USB 功能。
  • 通過 USB 連線時，假裝為序列裝置並給出一個登入提示：如果我通過 USB 插入它並使用 minicom，我就會得到一個登入提示… 嗯，這是為了防止出現問題。

一旦啟動，我的 Kindle 就是現在這樣，然後我可以作為 root 使用者 ssh 連線它。

差不多了：我現在可以 ssh 連 Kindle，如果發生問題，我也有多級別的序列控制檯來解決問題。這是一個小巧的、支援無線網、電池供電的水墨屏 Linux 開發系統。

最後的操作，把後蓋合上來保護電路。

展望

這個庫 （FBInk）看起來可以取代亞馬遜的 eip 軟體；如果我想把顯示器整合到我自己的軟體中，FBInk 可能會更好。

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