Jedną z usług, dbającą o monitorowanie stanu UPS-a i wywołująca zamykanie systemu w przypadku krytycznie niskiego poziomu energii w UPS-ie, jest NUT (Network UPS Tools). Możliwości NUT-a są całkiem spore — zasadniczo jest to serwer wraz z klientami, umożliwiający zbudowanie całej sieci maszyn, które podłączając się do serwera, monitorują stan UPS-ów i podejmują decyzję np. o wyłączeniu poszczególnych serwerów.

Poniżej przedstawię konfigurację w najprostszej sytuacji, gdy posiadamy tylko jedną maszynę, która monitoruje bezpośrednio podłączony do niej UPS, czyli pełni rolę serwera, i jednocześnie jest jedynym klientem, który po otrzymaniu informacji o krytycznie niskim poziomie baterii zamyka system operacyjny i wyłącza się. Konfiguracja została przetestowana na Debianie 5.0.

Konfiguracja NUT-a

Konfiguracja NUT-a umieszczona jest w katalogu /etc/nut/. Plik ups.conf zawiera opis naszych UPS-ów wraz ze sterownikami. Korzystam z UPS-a ORVALDI 1500 RT i sterownika megatec_usb. UPS podłączony jest do serwera kablem USB.

[orvaldi]
    driver = megatec_usb
    port = auto

Jak wskazuje definicja, dalej będziemy się odwoływali do tego UPS-a przez nazwę orvaldi.

W następnym kroku konfigurujemy serwer, zapisując w pliku upsd.conf:

ACL localhost 127.0.0.1/32
ACL all 0.0.0.0/0
ACL mojasiec 192.168.2.0/24
ACL mojvpn 10.1.0.0/24
ACL mojserwer 192.168.2.1/32

LISTEN localhost
LISTEN mojserwer

ACCEPT localhost
ACCEPT mojasiec
ACCEPT mojvpn
REJECT all

Tak skonfigurowany serwer NUT-a będzie nasłuchiwał w sieci lokalnej mojasiec i VPN-ie mojvpn. Udostępniając serwer przez VPN-a, zyskujemy możliwość prostego i bezpiecznego zdalnego monitorowania UPS-a, co opiszę dalej.

Tymczasem w pliku upsd.users dodamy użytkownika, który będzie mógł monitorować zasilanie:

[monuser]
    password = bezpiecznehaslo
    allowfrom = localhost
    upsmon master

Konfiguracja upsmona

Serwer został skonfigurowany, czas dodać daemona upsmon, który odpowiada za wyłączanie maszyny i powiadamianie administratora o awarii. Najpierw tworzymy plik upsmon.conf z ustawieniami:

MONITOR orvaldi@localhost 1 monuser bezpiecznehaslo master
SHUTDOWNCMD "/usr/bin/beep -f 4000 -l 100 -r 10 -d 10 ; shutdown -h now"
MINSUPPLIES 1
POLLFREQ 5
POLLFREQALERT 5
HOSTSYNC 15
DEADTIME 15
POWERDOWNFLAG /etc/killpower
NOTIFYCMD /sbin/upssched
NOTIFYFLAG ONLINE SYSLOG+WALL+EXEC
NOTIFYFLAG ONBATT SYSLOG+WALL+EXEC
NOTIFYFLAG LOWBATT SYSLOG+WALL+EXEC
NOTIFYFLAG REPLBATT SYSLOG+WALL+EXEC
FINALDELAY 5

Pozycja MONITOR podłącza nas do monitora wskazanego UPS-a. SHUTDOWNCMD określa, jakie polecenie zamyka system. Tu standardowe shutdown -h now poprzedziłem kilkoma piknięciami głośniczka systemowego. Kolejne opcje to standardowe wartości, określające zależności czasowe między UPS-em, serwerem i klientami. NOTIFYCMD mówi, że powiadomienia nadzorowane są przez program upssched, który daje nieco większe możliwości niż prosty skrypt, wysyłający maile. Pozycje NOTIFYFLAG mowią o akcjach podejmowanych przy zdarzeniach takich jak przejście na zasilanie sieciowe, przejście na zasilanie bateryjne, niski poziom baterii czy konieczność jej wymiany — tu powiadomienia są zapisywane w logu, wypisywane na konsoli i przekazywane do programu upssched.

Program upssched umożliwia budowanie regułek, reagujących w określony sposób na zdarzenia. Konfigurujemy go w pliku upssched.conf:

CMDSCRIPT /etc/nut/upssched-cmd

PIPEFN /var/lib/nut/upssched.pipe
LOCKFN /var/lib/nut/upssched.lock

AT ONBATT * START-TIMER onbatt 30
AT ONLINE * CANCEL-TIMER onbatt
AT LOWBATT * EXECUTE lowbatt
AT SHUTDOWN * EXECUTE shutdown
AT REPLBATT * EXECUTE replbatt
AT NOCOMM * EXECUTE nocomm

W przypadku prostych systemów najważniejszą możliwością, jaką otrzymujemy, są timery. Tutaj użyłem timera, który po przejściu na zasilanie bateryjne odczekuje 30 sekund i dopiero wtedy wysyła komunikat onbatt do skryptu upssched-cmd. Jeżeli zasilanie sieciowe zniknie na mniej niż 30 sekund, powiadomienie nie zostanie wysłane.

Skrypt upssched-cmd zawiera tylko prostą instrukcję case, odpowiedzialną za wysyłanie odpowiednich maili:

#!/bin/bash
 
EMAIL="twojemail@example.com"
 
case $1 in
    "onbatt")
        msg="Zanik napięcia sieciowego. System zasilany z baterii."
        ;;
    "online")
        msg="Przywrócenie napięcia sieciowego."
        ;;
    "lowbatt")
        msg="Krytycznie niski poziom baterii."
        ;;
    "shutdown")
        msg="Zamknięcie systemu."
        ;;
    "replbatt")
        msg="Bateria wymaga wymiany!"
        ;;
    "nocomm")
        msg="Brak komunikacji z UPS-em!"
        ;;
    *)
        msg="Nieznana komenda: $1."
        ;;
esac
 
echo $msg | mail -s "UPS monitor" $EMAIL

Uruchomienie usług

Aby NUT uruchamiał się wraz z upsmonem, musimy jeszcze zmodyfikować /etc/default/nut:

# start upsd
START_UPSD=yes
 
# set upsd specific options. use "man upsd" for more info
UPSD_OPTIONS=""
 
# start upsmon
START_UPSMON=yes
 
# set upsmon specific options. use "man upsmon" for more info
UPSMON_OPTIONS=""

Na koniec zmieniamy uprawnienia plików konfiguracyjnych, aby nie mieli do nich dostępu niepowołani użytkownicy:

# chown root:nut /etc/nut/*
# chmod o-rwx /etc/nut/*

Teraz możemy zrestartować NUT-a, który załaduje sobie sterownik i podłączy się do UPS-a:

# /etc/init.d/nut restart

W /var/log/daemon.log powinniśmy znaleźć mniej więcej taki log:

Jul 18 22:06:52 mojserwer upsmon[18890]: Signal 15: exiting
Jul 18 22:06:52 mojserwer upsd[18886]: Client monuser@127.0.0.1 logged out
Jul 18 22:06:52 mojserwer upsmon[18888]: upsmon parent: read
Jul 18 22:06:52 mojserwer upsd[18886]: Signal 15: exiting
Jul 18 22:07:02 mojserwer upsd[26794]: listening on localhost port 3493
Jul 18 22:07:02 mojserwer upsd[26794]: listening on mojserwer port 3493
Jul 18 22:07:02 mojserwer upsd[26794]: Connected to UPS [orvaldi]: megatec_usb-orvaldi
Jul 18 22:07:02 mojserwer upsd[26795]: Startup successful
Jul 18 22:07:02 mojserwer upsmon[26797]: Startup successful
Jul 18 22:07:02 mojserwer upsd[26795]: Connection from 127.0.0.1
Jul 18 22:07:02 mojserwer upsd[26795]: Client monuser@127.0.0.1 logged into UPS [orvaldi]

Testy

Aby przetestować rozkaz SHUTDOWNCMD z pliku upsmon.conf, wydajemy komendę:

# /usr/local/ups/bin/upsdrvctl -t shutdown

Symuluje ona awarię zasilania i wyświetla sekwencję zamykania systemu. Jeżeli wszystko przedstawia się poprawnie, możemy wykonać test, pozwalający w praktyce sprawdzić, czy system się zamknie:

# /usr/local/ups/sbin/upsmon -c fsd

Uwaga! Symuluje to awarię zasilania i w przypadku poprawnej konfiguracji owocuje wyłączeniem komputera!

Monitorowanie statusu zasilania

Poza automatycznym monitoringiem upsmona możemy skorzystać też z opcji monitoringu na żądanie, np. za pomocą polecenia upsc:

# upsc orvaldi@localhost
battery.charge: 95.0
battery.voltage: 27.00
battery.voltage.nominal: 24.0
driver.name: megatec_usb
driver.parameter.pollinterval: 2
driver.parameter.port: auto
driver.version: 2.2.2
driver.version.internal: 1.5.14
input.frequency: 50.0
input.frequency.nominal: 50.0
input.voltage: 236.5
input.voltage.fault: 140.0
input.voltage.maximum: 240.5
input.voltage.minimum: 228.5
input.voltage.nominal: 230.0
output.voltage: 236.5
ups.beeper.status: disabled
ups.delay.shutdown: 0
ups.delay.start: 2
ups.load: 22.0
ups.mfr:
ups.model:  JP0508C5
ups.serial: unknown
ups.status: OL
ups.temperature: 25.0
ups.type: standby

Wcześniej wspominałem, że możliwa jest także zdalna obserwacja UPS-a, np. z wykorzystaniem VPN-a, jeśli nie chcemy udostępniać portu NUT-a w Internecie. Znakomicie sprawdza się tu klient KNutClient, który czuwa w zasobniku systemowym i wyświetla bieżące obciążenie UPS-a oraz powiadomienia o zdarzeniach takich jak przejście na zasilanie akumulatorowe. W jego konfiguracji wystarczy podać adres serwera i nazwę UPS-a (nie ma potrzeby podawania nazwy użytkownika i hasła, jeśli zależy nam tylko na monitoringu).

Dla dociekliwych

Zainteresowani bardziej skomplikowaną konfiguracją NUT-a, znajdą stosowne informacje w dokumentacji. Na początek polecam rozdział Shutdown design, tłumaczący krok po kroku, jak system obsługuje zdarzenia związane z awarią zasilania.

Exception Type:   UnicodeEncodeError
Exception Value:  'ascii' codec can't encode characters in position 46-49: ordinal not in range(128)

Błąd leży tu jednak nie po stronie Django, a Apache’a, o czym piszą twórcy frameworka:

If you get a UnicodeEncodeError
=============================== 

If you're taking advantage of the internationalization features of Django (see
:ref:`topics-i18n`) and you intend to allow users to upload files, you must
ensure that the environment used to start Apache is configured to accept
non-ASCII file names. If your environment is not correctly configured, you
will trigger ``UnicodeEncodeError`` exceptions when calling functions like
``os.path()`` on filenames that contain non-ASCII characters. 

To avoid these problems, the environment used to start Apache should contain
settings analogous to the following:: 

export LANG='en_US.UTF-8'
export LC_ALL='en_US.UTF-8' 

Consult the documentation for your operating system for the appropriate syntax
and location to put these configuration items; ``/etc/apache2/envvars`` is a
common location on Unix platforms. Once you have added these statements
to your environment, restart Apache.

Dopisujem zatem do /etc/apache2/envvars:

export LANG='en_US.UTF-8'
export LC_ALL='en_US.UTF-8'

Ewentualnie możemy wyedytować zmienną ENV w pliku /etc/init.d/apache2 (oczywiście, jest to mniej eleganckie rozwiązanie), np.:

ENV="env -i LANG=en_US.UTF-8 LC_ALL=en_US.UTF-8 PATH=/usr/local/bin:/usr/bin:/bin"

Teraz Apache powinien uruchamiać się ze zmiennymi środowiskowymi, które nakażą mu korzystanie z Unicodu. Okazuje się jednak, że to nie koniec przygód, bo, zwracając plik użytkownikowi, otrzymamy:

Exception Type:   UnicodeEncodeError
Exception Value:  'ascii' codec can't encode characters in position 23-26: ordinal not in range(128), HTTP response headers must be in US-ASCII format

Okazuje się, że nagłówek HTTP nie może zostać prawidłowo zakodowany. Musimy więc pomóc Django, jawnie kodując nazwę pliku w obiekcie HttpResponse za pomocą metody encode(). Tym samym zamiast:

response = HttpResponse(open(path), mimetype='%s' % (mimetypes.guess_type(path)[0]))
response['Content-Disposition'] = 'attachment; filename=%s' % (myfile.filename())

powinniśmy użyć:

response = HttpResponse(open(path), mimetype='%s' % (mimetypes.guess_type(path)[0]))
response['Content-Disposition'] = 'attachment; filename="%s"' % (myfile.filename().encode('utf-8'))

Nie wszyscy o tym wiedzą, ale przy odrobinie dobrej woli VirtualBox jest w stanie uruchomić system z partycji zamiast z obrazu dysku. W przypadku Windowsa, przynajmniej w wersji XP, istnieje jednak pewna niedogodność — uruchamianie systemu na przemian z dysku i w maszynie wirtualnej powoduje zgłaszanie uciążliwego komunikatu o wykryciu zmian sprzętowych i prośby o ponowną rejestrację. Na razie nie znalazłem sposobu na legalne pozbycie się tego problemu, niemniej warto wiedzieć, jak skłonić maszynę wirtualną do odpalania systemu z fizycznie istniejącej partycji.

W tym celu należy posłużyć się poleceniem createrawvmdk VirtualBoksa. Polecenie to tworzy obraz dysku, który w rzeczywistości jest swego rodzaju linkiem do całego fizycznego dysku lub wybranych partycji. Szczegóły znaleźć można w dokumentacji maszyny wirtualnej, poniżej podam przykład tworzenia obrazu, dającego dostęp do pierwszej partycji fizycznej (oznaczonej numerem 1) i pierwszej partycji logicznej (będącej na ogół partycją o numerze 5).

Wcześniej jednak należy stworzyć obraz sektora rozruchowego MBR, gdyż bez tego maszyna wirtualna dostanie tylko dwie partycje i nie będzie wiedziała, jak uruchomić z nich Windowsa. Przechodzimy zatem do katalogu z obrazami dysków VirtualBoksa i kopiujemy MBR do pliku:

# dd if=/dev/sda1 of=winxp.mbr bs=512 count=1

Pamiętajmy, by sprawdzić dwa razy, czy wpisaliśmy polecenie poprawnie, bo program dd pozwala łatwo uszkodzić partycję, jeżeli uruchamiamy go z poziomu użytkownika o dużych uprawnieniach!

# VBoxManage internalcommands createrawvmdk -filename winxp.vmdk -rawdisk /dev/sda -partitions 1,5 -mbr winxp.mbr -relative -register

Do wykonania tej operacji wymagane są uprawnienia, które pozwalają na odczyt całego dysku oraz odczyt i zapis wybranych partycji. Ja przydzieliłem je sobie, dodając swojego użytkownika do grupy disk (w Archu grupa ta jest domyślnym właścicielem dysków), choć nie jest to najlepsze rozwiązanie, bo daje pełny dostęp do wszystkich dysków.

Teraz pozostaje tylko dodać nową maszynę wirtualną, wskazując utworzony dysk. Oczywiście, podczas pracy tej maszyny lepiej nie montować w systemie partycji, z których korzysta.

Niestety, opisując proces kompilacji Linuksa dla MMneta1002 zapomniałem o zapewnieniu dostępu do GPIO. Sterowanie pinami na potrzeby migania diodą, załączania przekaźnika czy sprawdzania stanu przełącznika jest jednak bardzo proste — wymaga tylko włączenia odpowiednich opcji w konfiguracji jądra i wykonywania operacji na plikach reprezentujących poszczególne piny. Dodatkowo mamy możliwość automatycznej obsługi LED-ów przez jądro w celu sygnalizacji np. dostępu do nośników danych.

Zaczynamy od tego, że w konfiguracji jądra zaznaczamy opcję /sys/class/gpio/… (sysfs interface) w zakładce GPIO Support (CONFIG_GPIO_SYSFS=y). Warto też włączyć LED Heartbeat Trigger i LED Timer Trigger w LED Support (CONFIG_LEDS_TRIGGER_HEARTBEAT=y i LEDS_TRIGGER_TIMER=y).

Następnie poprawiamy łatkę dla pliku arch/arm/mach-at91/board-sam9260ek.c. W pliku tym definiujemy, które piny będą dostępne dla jądra jako urządzenia LED:

/*
 * LEDs
 */
static struct gpio_led ek_leds[] = {
	{	/* "DISK" LED */
		.name			= "disk",
		.gpio			= AT91_PIN_PC1,
		.active_low		= 1,
		.default_trigger	= "nand-disk",
	},
	{	/* "USR" LED */
		.name			= "usr",
		.gpio			= AT91_PIN_PC15,
		.active_low		= 1,
		.default_trigger	= "heartbeat",
	}
};

Gotową łatkę można pobrać tutaj: linux-2.6.32.9-mmnet1002.patch.

Po rekompilacji jądra dostajemy dostęp do poszczególnych pinów w przestrzeni użytkownika. Przykład: jeżeli chcemy zaświecić diodę podłączoną do pinu PC2 (gpio98), najpierw eksportujemy ten pin:

# echo 98 > /sys/class/gpio/export

a następnie konfigurujemy go jako wyjście w stanie niskim:

# echo "low" > /sys/class/gpio/gpio98/direction

Oczywiście, jeżeli do tego pinu podłączymy przycisk, możemy sprawdzić jego stan za pomocą dwóch prostych poleceń:

# echo "in" > /sys/class/gpio/gpio98/direction
# cat /sys/class/gpio/gpio98/value

Szczegóły implementacji GPIO w Linuksie można znaleźć w dokumentacji jądra.

A teraz przyjrzyjmy się diodom podłączonym do PC1 i PC15. Pierwsza z nich (nie jest ona wlutowana w płytkę — dodałem ją samodzielnie na potrzeby własnego projektu) ma ustawiony wyzwalacz nand-disk, co można łatwo sprawdzić:

# cat /sys/class/leds/disk/trigger
none [nand-disk] timer heartbeat default-on

Oznacza to, że dioda będzie migać, gdy system będzie korzystał z pamięci NANDFlash. Dioda USR (umieszczona obok diody PWR) ma zaś wyzwalacz heartbeat, co oznacza, że imituje bicie serca, a jej „tętno” zależy od obciążenia systemu (przyśpiesza wyraźnie dopiero, gdy system jest bardzo obciążony).

Oczywiście, plik trigger możemy nadpisywać swoją wartością. Poniższe polecenia sprawią, że dioda będzie cieszyć nasze oczy krótkim błyśnięciem raz na sekundę:

# echo "timer" > /sys/class/leds/usr/trigger
# echo 100 > /sys/class/leds/usr/delay_on
# echo 900 > /sys/class/leds/usr/delay_off

Szczegóły implementacji urządzeń LED również można znaleźć w dokumentacji jądra.

Buildroot, z którego korzystam ma w paczkach jedynie Pythona w wersji 2.4. Pomyślałem, że byłoby dobrze mieć nieco świeższą wersję, więc postanowiłem zmodyfikować patche i skompilować wersję 2.6. Nie było to łatwe zadanie, ale łącząc oryginalne patche Buildroota z tym, co udało mi się wygooglować otrzymałem działające rozwiązanie.

Oto patch, który należy umieścić w katalogu package/python/: python-2.6-001-multi.patch.

Należy też wyedytować package/python/python.mk:

PYTHON_VERSION=2.6.4
PYTHON_VERSION_MAJOR=2.6

w konfiguracji Buildroota należy wybrać Pythona w Package Selection for the target -> Interpreter languages / Scripting. Jeżeli chcemy korzystać z Django należy także pamiętać, że będziemy jeszcze potrzebowali bibliotek dla programistów, czyli python -> development files on target. Należy przy okazji zaznaczyć Build options -> development files in target filesystem, niestety wyraźnie zwiększy to ilość zajętego przez system miejsca, bo Buildroot dołączy mnóstwo plików nagłówkowych. Na koniec należy wybrać jakąś bazę danych. Myślę, że w przypadku aplikacji uruchamianych na systemie wbudowanym w zupełności wystarczy SQLite: Package Selection for the target -> Database -> sqlite.

A tak wyglądają u mnie newralgiczne fragmenty pliku konfiguracyjnego:

# BR2_HAVE_MANPAGES is not set
# BR2_HAVE_INFOPAGES is not set
# BR2_HAVE_DOCUMENTATION is not set
BR2_HAVE_DEVFILES=y
BR2_UPDATE_CONFIG=y
 
BR2_PACKAGE_READLINE=y
 
BR2_PACKAGE_SQLITE=y
# BR2_PACKAGE_SQLITE_READLINE is not set
 
BR2_PACKAGE_OPENSSL=y
 
BR2_PACKAGE_NCURSES=y
# BR2_PACKAGE_NCURSES_TARGET_PANEL is not set
# BR2_PACKAGE_NCURSES_TARGET_FORM is not set
# BR2_PACKAGE_NCURSES_TARGET_MENU is not set
# BR2_PACKAGE_NEWT is not set
# BR2_PACKAGE_SLANG is not set
 
BR2_PACKAGE_PYTHON=y
BR2_PACKAGE_PYTHON_DEV=y
# BR2_PACKAGE_PYTHON_PY_ONLY is not set
BR2_PACKAGE_PYTHON_PYC_ONLY=y
# BR2_PACKAGE_PYTHON_PY_PYC is not set
 
# BR2_PACKAGE_PYTHON_BSDDB is not set
# BR2_PACKAGE_PYTHON_CODECSCJK is not set
# BR2_PACKAGE_PYTHON_CURSES is not set
# BR2_PACKAGE_PYTHON_PYEXPAT is not set
BR2_PACKAGE_PYTHON_READLINE=y
# BR2_PACKAGE_PYTHON_SSL is not set
# BR2_PACKAGE_PYTHON_TKINTER is not set
BR2_PACKAGE_PYTHON_UNICODEDATA=y

Po tych zabiegach Python powinien już działać, może jedynie wystąpić błąd podczas uruchamiania powłoki interaktywnej:

# python
Python 2.6.4 (r264:75706, Mar 18 2010, 09:24:08)
[GCC 4.3.4] on linux2
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
python: can't resolve symbol 'BC'

Rozwiązaniem jest dopisanie do target_skeleton/etc/profiles:

# Dla interaktywnego Pythona:
export LD_PRELOAD=/usr/lib/libncurses.so

Jak dotąd nie napotkałem na żadne inne przeszkody. Django działa i współpracuje z SQLite, choć, rzecz jasna, demonem szybkości nie jest. Uruchomienie python manage.py runserver trwa wieki, ale gdy w końcu serwer wstanie, to działa w miarę sprawnie i zajmuje połowę RAM-u (ok. 30MB). Na razie jestem w stanie to zaakceptować, gdyż Django będzie w moim systemie główną aplikacją i nie jest problemem fakt, że pożera większość zasobów. Mam tylko nadzieję, że w połowie pracy nie zostanę zmuszony do przejścia na jakieś inne CGI.

Poniższy tutorial nie jest zbyt szczegółowy, zakładam, że Czytelnik pracuje na Linuksie i umie się nim posłużyć w podstawowym zakresie, a także, że zapoznał się z dokumentacją rzeczonej płyty ewaluacyjnej i umie posługiwać się programatorem SAM-BA.

Buildroot

Buildroot jest zestawem Makefile’i i patchy, ułatwiających budowę toolchaina z cross-kompilatorem, jądra Linux i głównego systemu plików z BusyBoksem na systemy wbudowane, na których potrzebujemy lekkiego systemu operacyjnego opartego o uClibc w miejsce GNU libc. Eksperymentowałem wprawdzie ze środowiskiem wyrosłym z Buildroota — OpenEmbedded — jest ono bardziej rozbudowane, ale dla mnie mniej wygodne. Nie udało mi się zresztą skompilować w nim działającego jądra, zdecydowałem się więc na Buildroota.

Wadą Buildroota są problemy z kompilacją tylko wybranej części systemu. W zasadzie powinniśmy zawsze kompilować wszystkie składniki, łącznie z toolchainem. Niestety, wciąż nie udało mi się wydzielić budowy systemu plików jako oddzielnego zadania; jedynie jądro z powodzeniem udawało mi się rekompilować bez budowania od nowa całości, dzięki czemu proces kompilacji trwał najwyżej kilkanaście zamiast kilkudziesięciu minut.

Po co nam dwa systemy?

Ze względu na pewne problemy w działaniu i powolne przesyłanie danych chciałem w miarę możliwości pozbyć się konieczności używania programatora SAM-BA. Poza tym SAM-BA raczej nie nadaje się do flashowania obrazów UBIFS, co wyjaśnię dalej. Zdecydowałem się zatem na następującą metodologię.

Budujemy dwa systemy: pierwszy zawiera tylko podstawowe narzędzia, nie posiada oddzielnego obrazu systemu plików, ale ma wkompilowany intramfs, dzięki czemu całość pracuje tylko w RAM-ie i może swobodnie zarządzać całym obszarem pamięci NANDFlash. Drugi to nasz właściwy system, który zawiera wszystkie narzędzia na obrazie UBIFS, a jego jądro nie posiada ani obrazu initramfs, ani initrd, dlatego może on wstać tylko z pamięci nieulotnej.

Pierwszy system będzie pobierany przez bootloader z sieci lokalnej i uruchamiany tylko po to, by wgrać ten drugi. Taka sytuacja będzie jednak miała miejsce tylko podczas rozwijania naszych projektów — podczas codziennej pracy od razu będzie uruchamiany drugi system, wstający z pamięci nieulotnej.

Budowa obu systemów

Po pobraniu i rozpakowania Buildroota uruchamiamy polecenie

$ make menuconfig

Uruchomi się konfigurator, który nas jednak w tej chwili nie interesuje — chcieliśmy tylko, by zostały utworzone dodatkowe pliki konfiguracyjne, niezbędne do dalszej pracy. Zamykamy więc program, wybierając Exit i nie zapisują zmian. Ścieżkę do Buildroota ustawiamy w zmiennej BUILDROOT w skrypcie Buildroot/build_root z mojego archiwum. Skrypt ten jest protezą, którą stworzyłem w miejsce własnej płytki, którą powinienem był dodać do środowiska Buildroota. Wygodniej mi jednak było wykorzystać pliki konfiguracyjne płytki AT91SAM9260-EK, na które skrypt nanosi pewne poprawki. Poprawki te zgromadzone są w katalogach mmnet1002 i mmnet1002-initramfs:

config

główny plik konfiguracyjny zastępujący .config Buildroota.

linux26-config

plik konfiguracyjny z wytycznymi kompilacji dla jądra.

target_skeleton

katalog z systemem plików (z wyjątkiem urządzeń w /dev).

device_table.txt

lista urządzeń, które będą dostępne w /dev.

ubifs.cfg

konfiguracja obrazu UBIFS.

dl

patche, które zostaną dodane do źródeł w katalogu dl Buildroota.

(Opracowując poprawki bazowałem między innymi na tutorialu, który opisuje, inne, być może rozsądniejsze, podejście do modyfikacji Buildroota na potrzeby MMneta).

Budowa pierwszego systemu sprowadza się do:

$ ./build_root all mmnet1002-initramfs

zaś drugiego do:

$ ./build_root all mmnet1002

Po kompilacji trwającej każdorazowo zapewne od 30 do 60 minut, powinniśmy otrzymać obrazy systemów w podkatalogach images-mmnet1002-initramfs i images-mmnet1002, które znajdą się w tym samym katalogu, w którym umieściliśmy skrypt build_root.

Za każdym razem skrypt będzie chciał usunąć podkatalog output w katalogu Buildroota — należy mu na to zezwolić po upewnieniu się, że nie usuwamy sobie np. home’a (jedna zbędna spacja w zmiennej BUILDROOT i może dojść do tragedii).

Warto też na początku zastąpić opcję all opcją source, skrypt powinien wtedy tylko pobrać niezbędne źródła, bez budowania ich. Polecam to zwłaszcza użytkownikom powolnych i niepewnych łączy.

Partycje MTD i woluminy UBIFS

Na tym etapie warto zwrócić uwagę na plik linux-2.6.32.9-mmnet1002.patch w katalogu dl. Jest to patch, który odpowiada między innymi za podział Flasha na partycje MTD. Nie są to partycje w ścisłym tego słowa znaczeniu. Urządzenia MTD, a więc surowe pamięci Flash, w przeciwieństwie do np. kart SD czy pendrive’ów nie są urządzeniami blokowymi (raczej czymś pośrednim między urządzeniem blokowym a znakowym) i nie mogą być obsługiwane przez tradycyjne systemy plików. Nie zapisujemy też na nich tablicy partycji — podział surowej pamięci Flash jest umowny i może być zapisany na stałe w jądrze lub podawany jako argument mtdparts przez bootloader. Wybrałem to pierwsze rozwiązanie, a podział zachowałem taki sam jak w fabrycznej wersji:

0x00000000-0x00040000 : "bootstrap"
0x00040000-0x00080000 : "u-boot"
0x00080000-0x00200000 : "u-boot-env"
0x00200000-0x00800000 : "kernel"
0x00800000-0x40000000 : "filesystems"

Jako system plików dla MTD wybrałem UBIFS, również tak, jak w rozwiązaniu fabrycznym, z tym, że poprzestałem na jednym woluminie UBI. Do wygenerowania obrazu UBI niezbędne są programy mkfs.ubifs i ubinize, które użytkownicy Arch Linuksa znajdą w AUR w pakiecie mtd-utils-git. Pierwszy z tych programów wymaga uprawnień roota (poza tym musimy operować na plikach urządzeń, co też wymaga uprawnień superużytkownika), dlatego też skrypt build_root pyta się o to hasło przed stworzeniem obrazu systemu plików.

Należy pamiętać, że odradza się bezpośrednie flashowanie obrazów UBI, a preferuje się wykorzystanie programu ubiformat, gdyż daje to gwarancję, że system plików poprawnie obsłuży baderaseblocki. Jest to jeden z powodów, dla których starałem się odejść od stosowania SAM-B-y.

Bootloadery

AT91Bootstrap to bootloader pierwszego stopnia, którego najważniejszym zadaniem jest wczytanie większego i znacznie bardziej funkcjonalnego U-Boota. Nie możemy wczytać od razu tego drugiego, ponieważ ROM Boot Program mikrokontrolera może udostępnić bootloaderowi pierwszego stopnia tylko 4KB wbudowanej pamięci RAM. Z tego też względu należy upewnić się, że skompilowany AT91Bootstrap ma mniej niż 4KB!

Do kompilacji obu bootloaderów niezbędny jest cross-kompilator, np. polecany przez twórców U-Boota ELDK. My jednak nie będziemy zaśmiecać sobie dysku i wykorzystamy toolchaina skompilowanego przez Buildroota. W tym celu należy ustawić odpowiednio zmienną PATH w skryptach build_at91bootstrap i build_u-boot. Przy okazji należy zmodyfikować też odpowiednio ścieżki do źródeł obu programów. Źródła z kolei trzeba przed kompilacją spatchować:

Bootstrap-v1.15-mmnet1002.patch

zawiera poprawki uwzględniające różnice między MMnetem1002 a AT91SAM9260-EK (m.in. inną pamięć nieulotną i inny pin przywracania SAM-B-y).

u-boot-2009.11.1-mmnet1002.patch

zawiera poprawki dla interfejsu sieciowego i domyślnych parametrów uruchamiania systemu.

Podobnie jak w przypadku Buildroota, skrypty możemy umieścić w zupełnie innym miejscu niż źródła. Po zbudowaniu obu aplikacji ich obrazy binarne zostaną skopiowane do katalogów, w których znajdują się odpowiednie skrypty.

SAM-BA

Mamy już wszystkie obrazy, więc możemy przystąpić do flashowania. W katalogu Flashing znajdziemy skrypt flash_now. Najpierw sprawdźmy, czy zmienna SAMBA wskazuje na plik wykonywalny SAM-B-y. Następnie skopiujmy do wspomnianego katalogu obrazy obu bootloaderów, tj. at91bootstrap.bin i u-boot.bin. Po uruchomieniu skrypt przekaże do SAM-B-y instrukcje zawarte w MMnet1002_prog.tcl i wgra do pamięci NANDFlash oba bootloadery oraz zmienne środowiskowe U-Boota. Należy przy tym zauważyć, że:

1. SAM-BA automatycznie generuje plik z ustawieniami U-Boota (u-boot-env.bin).
2. SAM-BA, a później U-Boot (dzięki u-boot-env.bin) mają rozmiar drugiego jądra ustawiony na sztywno na 2MiB (0x200000B). Wynika to z tego, iż podczas dalszej pracy nowe jądra będą wgrywane bez udziału SAM-B-y i nie będzie ona mogła aktualizować ustawień U-Boota. Wartość 2MiB dla jądra bez initrafms zawiera spory zapas (przykładowe jądro waży tylko 1,2MiB), a nie ma sensu wczytywanie 6MiB całej partycji, gdyż zauważalnie wydłuża to czas startu systemu.
3. Do U-Boota zostaje dodane polecenie upgrade, które posłuży do wgrywania nowych wersji systemu.

TFTP

Przed wgraniem systemu z sieci należy upewnić się, że mamy uruchomiony serwer DHCP i TFTP pod adresem 192.168.42.1, gdzie powinna też być brama sieciowa. U-Boot bowiem będzie szukał obrazów pod adresem bramy sieciowej, zaś skrypt /root/upgrade konkretnie pod wspomnianym IP. Jeżeli chcielibyśmy zastosować inne rozwiązanie (np. hardkodować w obu przypadkach wszystkie adresy sieciowe), należy zmodyfikować polecenie upgrade w U-Boocie i skrypt /root/upgrade w obu wersjach systemu.

W katalogu serwera TFTP na naszym PC-cie (np. /var/tftpboot) należy umieścić te pliki, które będziemy chcieli zaktualizować w systemie. Na początek wgramy wszystko na nowo, skopiujmy więc:

• z katalogu Flashing lub katalogów odpowiednich bootloaderów: at91bootstrap.bin, u-boot.bin, u-boot-env.bin,
• z katalogu images-mmnet1002: uImage i rootfs.ubi,
• z katalogu images-mmnet1002-initramfs: uImage, którego nazwy nie zapomnijmy zmienić na uImage-initramfs!

Teraz uruchamiamy MMneta. Po chwili U-Boot poskarży się nam, że nie znalazł jądra, jednak nie zważając na to wpiszmy w jego wierszu poleceń:

U-Boot> run upgrade

Teraz U-Boot uzyska niezbędne adresy IP z DHCP, pobierze pierwszą wersję systemu (uImage-initramfs), która natychmiast po wystartowaniu uruchomi skrypt /root/upgrade, pobierający i instalujący właściwą, drugą wersję systemu. Po chwili płyta zrestartuje się, a z NANDFlasha powinien wstać nowy system, który po wygenerowaniu kluczy dla Dropbeara będzie gotowy do pracy.

Teraz, gdy mamy system na NANDFlashu, jądro możemy aktualizować za pomocą polecenia:

# /root/upgrade

Nie da się jednak w ten sposób zaktualizować głównego systemu plików — należy zrestartować płytę i wywołać polecenie upgrade w U-Boocie.

Uwagi końcowe

Jak wspomniałem, powyższe rozwiązanie to raczej partyzantka. Warto byłoby wszystko dodać do Buildroota jako oddzielną płytkę. Także oba bootloadery mógłby budować Buildroot, jednak miał u mnie z tym pewne kłopoty, więc uznałem, że wygodniej będzie to robić ręcznie.

Co do SAM-B-y, to na Arch Linuksie nie chciała działać, dlatego zmuszony jestem ją uruchamiać na Xubuntu w wirtualnej maszynie.

W załączonym archiwum znajdziecie skrypty, patche, gotowe obrazy i logi z SAM-B-y oraz startu obu wersji systemu, które mogą pomóc w wyśledzeniu błędów.

Pliki

mmnet1002-buildroot-vmario.tar.bz2

archiwum z opisywanymi skryptami i dodatkami.

Sam jestem amatorem, który nieraz miał ochotę wpisać set enforce 0, by przełączyć SELinuksa w tryb pobłażliwy, albo w ogóle się tego wynalazku pozbyć. Wychodzę jednak z założenia, że SELinux służy jednak czemuś pożytecznemu i lepiej spróbować z nim po dobroci. Na szczęście na ogół wystarczy odnaleźć w /var/log/messages komunikat z kodem dla programu sealert, który podaje gotowe rozwiązania, np. jaką opcję należy przełączyć za pomocą setsebool.

Są jednak przypadki, gdy porady sealert są zbyt enigmatyczne. W takich wypadkach FAQ Fedory radzi skorzystać z programu audit2allow. Zasada jest bardzo prosta. Najpierw generujemy zestaw regułek, które pozwalają obejść ostatnio napotkane błędy:

# audit2allow -m local -l -i /var/log/messages > local.te

Jeżeli nasz system korzysta z pliku /var/log/audit/audit.log to w nim program znajdzie potrzebne mu informacje:

# audit2allow -m local -l -i /var/log/audit/audit.log > local.te

Teraz możemy przejrzeć local.te i usunąć regułki, które nas nie interesują, by nie odblokować w systemie zbyt wielu zabezpieczeń.

Następnie upewniamy się, że mamy zainstalowany pakiet checkpolicy i kompilujemy moduł z naszymi regułkami, po czym generujemy paczkę:

# checkmodule -M -m -o local.mod local.te
# semodule_package -o local.pp -m local.mod

Na koniec dodajemy ją do obowiązującej w systemie polityki bezpieczeństwa (może to chwilę potrwać):

# semodule -i local.pp

Należy przy tym pamiętać, że jeżeli w pamięci jest już moduł o nazwie local, to zostanie nadpisany przez swoją nową wersję!

Na ogół używałem do tego po prostu mojego ulubionego Vima i to w zwykłym trybie tekstowym. Uruchomienie trybu heksadecymalnego, zwłaszcza z możliwością edycji wymaga zaklęć tak długich i bezecnych, że do dziś boję się je wpisywać.

Zmuszony jednak przez los postanowiłem wyposażyć się w jakiś porządny edytor heksadecymalny, najlepiej działający w X-ach, żeby mieć pełną wygodę użytkowania.

Na pierwszy ogień poszedł GHex, ale odpadł w przedbiegach ze względu na stabilność i małe możliwości. Następnie trafiłem na Blessa. Szczęśliwie nie zauważyłem, że został napisany w Mono/Gtk# (nie lubię Mono) i dałem mu szansę. Program ma możliwości chyba niewiele większe niż GHex, ale działa całkiem sprawnie.

Z ciekawości sprawdziłem jeszcze, co zaoferuje produkt ze stajni KDE — Okteta. Pierwsze wrażenie było negatywne — ot, kobylasta aplikacja o przeładowanym interfejsie, która długo się uruchamia, a na dodatek zdarzyło się jej nawet wyłożyć.

Warto jednak dać temu programowi szansę, gdyż jest to prawdziwy kombajn. Nie nadaje się może do edycji dysków twardych, ale świetnie sprawdza się w pracy z plikami. Z ciekawszych opcji warto wymienić:

• przeglądanie wielu plików w kartach,
• dzielenie okna w pionie i poziomie,
• obliczanie wielu rodzajów sum kontrolnych dla wskazanego obszaru,
• zapełnianie obszaru wzorcami,
• wykonywanie operacji bitowych,
• wyszukiwanie łańcuchów znaków (program „wyłapuje” wewnątrz pliku binarnego całe fragmenty tekstu, pasujące do podanej frazy).

Ponadto wystarczy poświęcić chwilę na zagospodarowanie przestrzeni roboczej, by praca z programem stała się przyjemna i intuicyjna. O ile nie pojawią się problemy ze stabilnością, Okteta stanie się zatem moim podstawowym narzędziem do hackowania plików binarnych. A może Czytelnicy znają jakieś inne dobre hex edytory?

]]> http://blog.vmario.org/2010/03/10/edytor-heksadecymalny-na-linuksa/feed/ 3 http://blog.vmario.org/2010/03/05/minicom-jako-terminal-szeregowy/ http://blog.vmario.org/2010/03/05/minicom-jako-terminal-szeregowy/#comments Fri, 05 Mar 2010 21:21:24 +0000 vmario http://blog.vmario.org/?p=686 Ostatnio dużo pracuję na porcie szeregowym RS-232, przez który obsługuję także linuksową powłokę. Niezbędny jest do tego emulator terminala szeregowego. Dotychczas korzystałem przede wszystkim z programu GTKTerm, znacznie rzadziej z CuteCom. Na dłuższą metę w GTKTermie doskwierają dwie niedogodności. Po pierwsze na moim systemie lubi on wstawiać od czasu puste linie, jest to jednak tylko pewien wizualny mankament. Po drugie GTKTerm nie radzi sobie z edycją już wydrukowanej linii tekstu, przez co przeglądanie historii poleceń powłoki owocuje ciągłym zadrukowywaniem ekranu, nie mówiąc już o różnej maści paskach postępu, które błyskawicznie zapełniają dostępną historię ekranu; w tych warunkach na vi w ogóle nie da się pracować. Po trzecie — aplikacja ma bardzo krótką historię ekranu, przez co zwykłego dmesg-a trudno obejrzeć w całości.

CuteCom w ogóle jest nieporozumieniem: nie obsługuje kolorów, wejście działa w trybie liniowym a nie znakowym, a jego log potrafi zapchać RAM, zwłaszcza jeżeli będzie monitorował port, na którym działa programator ISP (co ma miejsce w ATmedze128). W pewnych zastosowaniach mógłby się sprawdzić, ale na pewno nie jest to wygodny emulator terminala.

Oczywiście, oprócz tych dwóch programów, znałem też Minicoma, ale zawsze miałem go za program bardzo nieprzyjazny użytkownikowi i nadający się tylko do współpracy z modemami. Okazuje się jednak, że bardzo prosto jest zmusić go do pracy w roli pełnoprawnego terminala szeregowego. To tylko kwestia dodania kilku opcji w wierszu poleceń:

$ minicom -m -o -w -c on

lub krócej:

$ minicom -mowc on

Znaczenie poszczególnych opcji:

• -m umożliwia korzystanie ze skrótów klawiaturowych z wykorzystaniem Alta (np. Alt+Q w celu wyjścia z programu),
• -o wyłącza zupełnie w tym przypadku zbędną inicjalizację modemu,
• -w zawija wiersze,
• -c on włącza kolorki.

Jeżeli nie chcemy za każdym razem wpisywać wszystkich przełączników, wystarczy dopisać do ~/.bashrc:

export MINICOM="-m -o -w -c on"

i uruchamiać minicom bez ręcznego dopisywania tych opcji.



Po starcie pod Alt+Z zobaczymy wykaz komend, z których najbardziej będzie nas interesować Alt+O, czyli konfiguracja. Należy pamiętać, by w ustawieniach portu szeregowego wyłączyć kontrolę przepływu, a w ustawieniach ekranu dobrać odpowiedni dla nas schemat kolorów (czerwony pasek stanu to moim zdaniem przesada).

Zdaje mi się, że podczas zmiany konfiguracji portu program lubi zawiesić połączenie. Na szczęście rzadko muszę zmieniać parametry portu, zresztą wystarczy wtedy ponownie uruchomić Minicoma. Inny problem, który zauważyłem, to nieprawidłowe wyświetlanie polskich znaków. Znaki dwubajtowe wprawdzie wyświetlają się, ale są poprzedzone znakiem zapytania. Próbowałem korzystać z opcji -L, -l, -8 i zmieniać tablicę znaków, ale nie udało mi się z tym uporać. Brakuje mi też trybu szesnastkowego, dlatego nie mogę całkowicie zrezygnować z GTKTerma.

Niemniej Minicom okazał się całkiem niezłą aplikacją, a jego zaletą jest popularność (nie powinno być problemów ze znalezieniem go w repozytorium) i możliwość pracy bez środowiska graficznego.

PS Miłośnikom programu PuTTY warto przypomnieć, że radzi on sobie całkiem nieźle także z RS-232!

]]> http://blog.vmario.org/2010/03/05/minicom-jako-terminal-szeregowy/feed/ 1 http://blog.vmario.org/2010/03/04/przywracanie-sam-b-y-w-mmnecie1002/ http://blog.vmario.org/2010/03/04/przywracanie-sam-b-y-w-mmnecie1002/#comments Thu, 04 Mar 2010 15:04:48 +0000 vmario http://blog.vmario.org/?p=671 Eksperymentując z bootloaderami i jądrami Linuksa na AT91SAM9260 zablokowałem sobie w pewnym momencie moduł MMnet1002. Mikrokontroler programowany jest przez atmelowski interfejs ISP o nazwie SAM-BA (SAM Boot Assistant), który jest bardzo wygodny, bo nie wymaga żadnego sprzętowego programatora — wystarczy podłączyć się przez USB do ARM-a i użyć oprogramowania dostarczonego przez Atmela.

Niestety, nie jest tak, że tryb programowania włącza podanie odpowiedniego stanu na jakiś pin i restart mikrokontrolera. SAM-BA znajduje się na samym końcu sekwencji startowej i jest uruchamiana tylko wtedy, gdy nie uda się wczytać programu z pamięci DataFlash i NANDFlash. Wprawdzie na płytce MMnet1002 znajduje się zworka SAMBA podłączona do pinu PC15 (NWAIT), której założenie w połączeniu z dwukrotnym restartem wprowadza system w stan programowania, ale ta tajemnicza metoda nie zawsze skutkuje. W szczególności, gdy doprowadzimy system do takiego stanu, że będzie w stanie wczytać z pamięci wadliwy program, utkniemy w miejsu — algorytm startowy stwierdzi, że program wczytano i nie ma potrzeby uruchamiania SAM-B-y, nawet gdy program będzie błędny. W efekcie na konsoli DBGU zobaczymy tylko smutne:

RomBOOT
>

Jak się ratować w takiej sytuacji? Szereg rozwiązań znajdziemy w nocie Atmela AT91SAM9260-EK SAM-BA Recovery. Przede wszystkim bootloader AT91Bootstrap może być skompilowany tak, że podczas startu monitoruje stan wskazanego pinu i w razie żądania (zwarcia pinu do masy), czyści pierwszy blok pamięci NANDFlash, co uniemożliwia wczytanie z niej programu, a w konsekwencji wywołanie SAM-B-y. Nota mówi o pinie PB4 PA31 (chodzi o przycisk BP4 na płytce ewaluacyjnej AT91SAM9260-EK, podłączony do pinu PA31), ale dla MMneta1002 powinien to być PC15, podłączony do zworki SAMBA. Trick ten jednak nie pomoże nam, jeżeli majstrowaliśmy przy AT91Bootstrapie.

Podobne rozwiązanie stosuje aplikacja AT91bootstrap-recovery, którą można wgrać na kartę DataFlash, trzeba jednak najpierw mieć taką kartę i możliwość jej podłączenia do systemu. Zatem to rozwiązanie odpada, tak samo jak użycie programatora SAM-ICE, którego nie posiadam.

Na szczęście jest prosta metoda sprzętowa, odradzana przez Atmela, ale moim zdaniem najlepsza. Wystarczy odciąć pamięć nieulotną od mikrokontrolera, choćby na krótką chwilę podczas startu. Zostanie uruchomiona SAM-BA, a wtedy wystarczy z powrotem podłączyć pamięć i programować.

Moja płytka wyposażona jest w pamięć NANDFlash, którą można w prosty sposób odciąć, wylutowywując rezystor R48 (0Ω) i zastępując go zworką w pozycji NF (możliwe, że niektóre płytki domyślnie są przygotowane właśnie w taki sposób — wtedy nie trzeba nawet wyciągać lutownicy i można od razu przejść do kolejnego kroku). Na poniższych zdjęciach zaznaczyłem, który rezystor należy usunąć i którą zworka nas interesuje.



Teraz, aby zaprogramować mikrokontroler, wystarczy zdjąć zworkę NF, zrestartować system i założyć zworkę z powrotem.

]]> http://blog.vmario.org/2010/03/04/przywracanie-sam-b-y-w-mmnecie1002/feed/ 1