暗渡陈仓:用低消耗设备进行破解和渗透测试2.2.2 BeagleBone
2.2.2 BeagleBone
BeagleBone于2011年万圣节(10月31日)发布(http://beagleboard.org/Products/BeagleBone)。2009年Arduino Duemilanove(http://arduino.cc)发布之后,很多人开始对用微控制器搭建自己的电子设备感兴趣。可能有人不熟悉Arduino,它是另一个开源硬件项目。这个板子售价不到35美元,发布后,很快就围绕它形成了一个社区。通过可以接插扩展板(shield)的硬件和带有大量功能库、易于使用的编程环境,Arduino把单片机引入到了非技术群体。虽然可以用基于16MHz 8位AVR单片机的Arduino做很多事情,但一些项目需要更强的计算能力,这正是BeagleBone大显身手的地方。
BeagleBone可以看作是一个威力大大加强的“类Arduino”板。很多Arduino那 16MHz 8位单片机无能为力的情况,德州仪器的主频达720MHz的32位Cortex-A8处理器则游刃有余。除了提升通用计算和数学处理的能力之外,BeagleBone还能运行完整的操作系统(Arduino的处理能力只够运行一个装载到其中的程序)。与Arduino类似,它也被设计成能够使用扩展板。每个板子的扩展插针的布局不一样。BeagleBone的扩展板叫作“马夹”——cape,它们经常在以太网口的地方开个豁口,样子很像一个马夹,这个称呼显得尤为形象。BeagleBone如图2.5和图2.6所示。
图2.5 BeagleBone的正面 图2.6 BeagleBone的背面
以下信息来自于《BeagleBone System Reference Manual》,该手册可以从http://circuitco.com/support/index.php?title?BeagleBone#Rev_A6A获取。与BeagleBoard-xM相似,BeagleBone也采用Cortex-A8处理器,但芯片封装不同,运行速度稍慢。最大的好处是BeagleBoard-xM能运行的操作系统和软件它都能运行。要知道,BeagleBoard诞生至今,已有大量的操作系统和软件可用。
BeagleBone载有256MB DDR2内存,只有BeagleBoard-xM内存量的一半,这在运行某些大软件(例如Metasploit框架)时可能会有问题。但这与Arduino 2K 的RAM相比还是很有优势的。BeagleBone的板名、版本和序列号等信息都存储在32KB(早期版本是4KB)板上的EEPROM中。其余大部分剩余EEPROM空间留给操作系统和应用软件使用。巧合的是Arduino也有32KB以flash实现的非易失存储,它用来存储bootloader和唯一的程序。
BeagleBone可由5V直流电源或USB供电。BeagleBone使用了TI公司的TPS65127B电源管理芯片。需要注意,当通过USB口供电时,为了确保板子运行和USB外设工作的电力充足,CPU速度被限制在了500MHz。推荐使用5±0.1V,1A的直流电源供电。
BeagleBone相对于Arduino的另一个强项在USB方面,它带有一个USB集线器,允许使用一条USB线带起多个USB设备。当BeagleBone连接到PC时,上位机会检测到一个调试串口、一个JTAG端口和一个USB0端口,这个USB0端口直接连到BeagleBone处理器上。当采用直流电源供电时,USB host端口能提供500mA,5V供电能力。当采用USB供电时,则USB host端口只能使用低功耗的设备,例如键盘鼠标等。
与BeagleBoard-xM一样,BeagleBone也有一个microSD插槽,因为BeagleBone没有內置存储,所以用microSD卡来存储操作系统和其他文件。microSD卡的读写是4位的(这是SD卡的标准)。BeagleBone支持3.3V的microSD卡,包括高容量卡。Arduino没有内置SD卡存储支持,如果不介意占用几个GPIO,有一些扩展板可以提供SD卡支持。
比起Arduino,BeagleBone的另一个优势是内建快速以太网。与BeagleBoard-xM不同,以太网是由专用的网络芯片实现的,而不是用USB实现的。采用的芯片是SMSC LAN8710A。因为这个不同,BeagleBone每次启动都会报告相同的MAC地址,会通过DHCP获得相同的IP地址。
扩展cape被通过46针的插头连接到BeagleBone上,最多可以同时堆叠4个cape,只要它们互相之间不冲突。难以想象有什么样的项目是BeagleBone实现不了的。它有66个可用的GPIO(而Arduino只有14个)。一个需要注意的要点是,BeagleBone的GPIO是3.3V的,而不是5V。BeagleBone支持一个带有背光的全功能LCD触摸屏。通过扩展插座上的处理器引脚,还可以扩展出一个额外的SD/MMC卡接口。
在嵌入式电子系统中有两种常用的串行外设互联标准:SPI和I2C。BeagleBone完全支持这两种标准,它有2路SPI和2路I2C接口。每一路都可以连接多个设备。其中第二路I2C必须小心使用,因为它被BeagleBone用来识别和配置扩展cape(后面会有详细说明)。Arduino只有1路SPI和1路I2C接口。
扩展插座上引出了4路串口,在破解攻击机应用中,可以用其中的一个连接IEEE 802.15.4无线。BeagleBone还支持2路CAN总线,这是一种在汽车上常用的低速但高可靠性的总线,在其他环境中也有应用。
定时器、模数转换器(ADC)、脉宽调制器(PWM)进一步提高了BeagleBone的扩展能力。4路定时器信号被输出到扩展插头上,这些定时器对于周期性工作或重启cape上的组件很有用。BeagleBone提供了7路每秒100 000次采样的ADC,可用来连接一组老式的模拟传感器。ADC是1.8V的,必须小心使用,因为这些信号直接连在处理器上。PWM可调节输出信号的占空比,常用来驱动步进电机或用来调节LED的亮度。
虽然没有制作cape的统一规则,但有一些最大化兼容性的推荐标准。为了使一款cape能够被Beagle产品经销商出售,板上至少要有一个EEPROM,BeagleBone以此来识别这个cape。前边所说的第2路I2C总线用于和EEPROM通信。需要2个跳线或拨码开关来设置EEPROM的I2C地址,使EEPROM互相不干扰,从而使系统支持多达4个堆叠的cape。
像BeagleBoard-xM的情况一样,也强烈建议为BeagleBone配上保护外壳。有一些像Special Computing(http://specialcomp.com)和Adafruit Industries(http://adafruit.com)这样厂商出售外壳。根据使用不同cape的情况,优化的外壳方案也不同。如果BeagleBone板子不是嵌入到其他东西里工作,至少要用铜柱固定上亚克力板或其他绝缘板以防短路。如果自己设计制作外壳,一定要使用最小的铜柱,因为板上的某些表贴原件离安装孔很近,很容易被碰坏。
到这里,读者应该明白为什么BeagleBone在这些铁杆硬件玩家中如此流行了吧。通过本书你会看到,BeagleBone还是一个功能强大、体积小巧的计算机系统,而接下来要介绍的新推出的升级版——BeagleBone Black则更胜一筹。
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