暗渡陈仓：用低消耗设备进行破解和渗透测试2.2.2 BeagleBone

<b>2.2.2　beaglebone</b>

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。