Reverse Engineering: Pin sucht Kontakt

Ohne die notwendige Hardware-Unterstützung ist auch ein lauffähiges Linux nicht viel Wert. Mit einigen Tricks analysieren wir, wie der Prozessor die Hardware eines Oszilloskops ansteuert.

Eine Anleitung von Christer Weinigel, übersetzt von veröffentlicht am
Code des Bootloaders
Code des Bootloaders (Bild: Christer Weinigel)

Im dritten Teil meiner fünfteiligen Serie zur Analyse eines Oszilloskops per Reverse Engineering versuche ich, herauszufinden, welche Funktion die GPIO-Pins des SoC haben. Bis jetzt habe ich es geschafft, Linux auf dem Oszilloskop zum Laufen zu bekommen und weiß, was alles in dessen Flashspeicher steckt.

Wo anfangen?

Disassemblierten Binärcode zu analysieren, ist aufwendig und langweilig. Die 3 MByte große Binärdatei mit dem originalen Betriebssystem des Oszilloskops durchzugehen, würde Jahre brauchen, deswegen habe ich beschlossen, eine Abkürzung zu nehmen.

Was mich am meisten interessiert, ist Code, der mit der Hardware interagiert, sprich die GPIO-Pins. Üblicherweise lädt der entsprechende Code zum Zugriff auf die GPIO-Register die Basis-Adresse der zugehörigen GPIO-Bank in ein CPU-Register und steuert dann den Pin mit einer Kombination aus CPU-Register plus Offset-Wert des jeweiligen GPIO-Registers des betreffenden Pins. Eine Bank ist hier ein zusammenhängender Speicherbereich, der eine Anzahl von Pins und ihre Eigenschaften repräsentiert.

Die Basis-Adresse für die GPIO-Register ist 0x56000000. Und der Binärcode für eine ARM-Instruktion, um einen Wert in ein CPU-Register zu laden, ist 0xe3a0?456. Das Fragezeichen steht für die CPU-Register-Nummer und die 56 am Ende sind die höchsten 8 Bit der Adresse. Die Suche ist nun recht trivial, ich gebe die Betriebsystemdatei "os" aus, leite die Ausgabe an das Kommandozeilenprogramm less um und verwende dessen /-Kommando, um nach den Bytes der Instruktionen suchen zu lassen.

$ hd "os" | less
/56 .4 a0 e3

Dann benutze ich das Programm Medusa, um den Code um die Fundstellen anzuschauen und zu analysieren. Immer noch aufwendig, aber immer noch besser, als den gesamten Code durchzugehen.

Ein Blick auf die Fundstellen

So finde ich zum Beispiel einige Wrapper-Funktionen, mit denen die GPIO-Pins GPB4 und GPB9 gesteuert werden.

  • (Foto: Christer Weinigel)
  • (Foto: Christer Weinigel)
  • I2C-Kommunikation (Foto: Christer Weinigel)
  • (Foto: Christer Weinigel)
  • (Foto: Christer Weinigel)
  • (Foto: Christer Weinigel)
  • Analog-Frontend (Foto: Christer Weinigel)
(Foto: Christer Weinigel)

Das ist an sich noch wenig nützlich. Aber ich versehe die Funktionen mit beschreibenden Namen und setze die Disassemblierung fort. So stoße ich auf den Code, wo diese Funktionen aufgerufen werden.

  • (Foto: Christer Weinigel)
  • (Foto: Christer Weinigel)
  • I2C-Kommunikation (Foto: Christer Weinigel)
  • (Foto: Christer Weinigel)
  • (Foto: Christer Weinigel)
  • (Foto: Christer Weinigel)
  • Analog-Frontend (Foto: Christer Weinigel)
(Foto: Christer Weinigel)

Wie bereits an den Funktionsnamen erkennbar, habe ich schon herausgefunden, dass diese Pins für den I2C-Bus benutzt werden. Die erste Funktion i2c_start konfiguriert die beiden Pins für die Ausgabe und setzt dann GPB4 und GPB9 auf Low. Die zweite Funktion setzt GPB4 zuerst auf Low, GPB9 auf High und danach GPB4 ebenfalls auf High.

Hier ist eine Abbildung aus einem I2C-Tutorial, wie der Signalverlauf auf dem I2C-Bus aussieht:

  • (Foto: Christer Weinigel)
  • (Foto: Christer Weinigel)
  • I2C-Kommunikation (Foto: Christer Weinigel)
  • (Foto: Christer Weinigel)
  • (Foto: Christer Weinigel)
  • (Foto: Christer Weinigel)
  • Analog-Frontend (Foto: Christer Weinigel)
I2C-Kommunikation (Foto: Christer Weinigel)

Wenn GPB4 die SDA-Leitung ansteuert und GBP9 die SCL-Leitung entspricht der Code perfekt den I2C-Start- und Stop-Signalen. Weitere Funktionen im Binärcode an dieser Stelle implementieren Schreib- und Lese-Operationen für den I2C-Bus.

Bitte aktivieren Sie Javascript.
Oder nutzen Sie das Golem-pur-Angebot
und lesen Golem.de
  • ohne Werbung
  • mit ausgeschaltetem Javascript
  • mit RSS-Volltext-Feed
I2C mit Linux 
  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
  5. 5
  6.  


AgentBignose 25. Nov 2016

Ähm, ja.... Was meinst du wie Leute wie der ursprüngliche Autor gefragt sind...

Karl-Heinz 23. Nov 2016

heißen die Dinger hier. Vielleicht bin ich aber auch nur zu oldschool :)

Luu 23. Nov 2016

Einfach nur große Klasse. Könnten sich andere eine Scheibe von abschneiden.



Aktuell auf der Startseite von Golem.de
Intel Core i9-14900KS
Intel ist wahnsinnig geworden - zum Glück!

Um den Core i9-14900KS zur schnellsten Allround-CPU zu machen, hat Intel den Weg der Vernunft scheinbar vollständig verlassen. Doch dahinter stecken gute Neuigkeiten für Intel-Kunden.
Ein IMHO von Martin Böckmann

Intel Core i9-14900KS: Intel ist wahnsinnig geworden - zum Glück!
Artikel
  1. Elektromobilität: Warum der Elektroauto-Hype erst anfängt
    Elektromobilität
    Warum der Elektroauto-Hype erst anfängt

    In den vergangenen Wochen konnte man den Eindruck gewinnen, als sei das Elektroauto schon abgeschrieben. Doch das scheint eine typisch deutsche Debatte zu sein.
    Eine Analyse von Friedhelm Greis

  2. Ane Maersk: Methanolbetriebener Containerfrachter kommt nach Hamburg
    Ane Maersk
    Methanolbetriebener Containerfrachter kommt nach Hamburg

    Schiffe sollen sauberer werden. Die dänische Reederei Maersk macht vor, wie das gehen kann.

  3. Bundesnetzagentur: Registrierung von Balkonkraftwerken wird einfacher
    Bundesnetzagentur
    Registrierung von Balkonkraftwerken wird einfacher

    Die Bundesnetzagentur will schon bald weniger Daten bei der Registrierung von Balkonkraftwerken erheben. Weitere Vereinfachungen stehen bevor.

Du willst dich mit Golem.de beruflich verändern oder weiterbilden?
Zum Stellenmarkt
Zur Akademie
Zum Coaching
  • Schnäppchen, Rabatte und Top-Angebote
    Die besten Deals des Tages
    • Daily Deals • Palit 4070 Super 579,95€ • Xbox-Controller ab 39,99€ • AVM Fritzbox + Repeater -30% • DVDs & Blu-rays -31% • EA -75% • Ubisoft -50% • MindStar: AMD Ryzen 9 7900 339€, MSI RTX 4080 Super Ventus 3X OC 1.099€ • Gratis-Zugaben PS5 Slim & Nintendo Switch OLED beim TV-Kauf [Werbung]
    •  /