Linux маршрутизатор на чипсете ADM5120

Оригинал: vlad.org.ua
Автор: Vladislav Moskovets (Владислав Московец)

Список содержимого

Отказ от ответственности

Автор не несет никакой ответсвенности, за Ваши действия или бездействия, за физический, финансовый, моральный или любой другой ущерб. Помните, вскрывая рассмотренный в этой статье маршрутизатор, Вы лишаетесь гарантии.
Статья не является пошаговым руководством: Вы должны понимать, что Вы делаете.

Введение

Недавно ко мне в руки попало устройство Edimax BR-6104K (а позже и Edimax BR-6104KP)
Данное устройство представляет собой маршрутизатор, размером с маленький 8-ми портовый switch

Возможности

1 WAN Ethernet порт
4 LAN Ethernet порта
Встроенный коммутатор Fast Ethernet
Общий доступ с помощью NAT/NAPT
Межсетевой экран SPI (Stateful Packet Inspection) с защитой от DoS-атак
Поддержка виртуальных серверов и DMZ
Поддержка DDNS (DynDNS/TZO)
Поддержка специальных приложений (conntrack)
Свободное прохождение туннелей VPN (IPSec/PPTP/L2TP)
Получение WAN IP через PPPoE/Static IP/PPTP/DHCP/L2TP
Сервер DHCP
Поддержка UPNP
Возможность работы в режиме моста
Конфигурирование через web-интерфейс
Возможность получения информации о подключении к портам и работы DHCP.
Журнал событий
Возможность обновления программного обеспечения

Маршрутизатор имеет flash память объемом 2М и SDRAM память объемом 16М
Но самое интересное, что операционной системой устройства является Linux. Эта мысль у меня возникла при ознакомлении с его возможностями, и подтвердилась после внимательного изучения его прошивки.
Точно такое же устройство изготавливает компания Sweex (Sweex LB000021), и говорят, что платы Edimax и Sweex отличить друг от друга невозможно (прошивки отличаются только логотипами).

Существуют модификации

BR-6104K - Маршрутизатор 1 WAN порт, 4 LAN порта (~35$)
BR-6104KP - Маршрутизатор 1 WAN порт, 4 LAN порта, 2 порта USB (~45$)
BR-6524K - Маршрутизатор 2 WAN порта, 4 LAN порта (подключение к 2 провайдерам)
BR-6524WP - Маршрутизатор Wireless 802.11g, 2 WAN порта, 4 LAN порта, 2 порта USB (подключение к 2 провайдерам)
BR-6541K - Маршрутизатор 4 WAN порта, 1 LAN порт (подключение к 4 провайдерам)
BR-6541WP - Маршрутизатор Wireless 802.11g 4 WAN порта, 1 LAN порт, 2 USB порта (подключение к 4 провайдерам)

Фото

Внешний вид BR-6104K	Вид внутри BR-6104K

Web Интерфейс

Основные возможности

Общий доступ

Функция NAT/NATP позволит организовать общий доступ к одному широкополосному подключению (через кабельный или ADSL-модем). Возможна одновременная работа до 253 пользователей. Маршрутизатор обеспечивает функцию DMZ для осуществления доступа из интернет к серверам, расположенным во внутренней сети.

Поддержка специальных приложений

Маршрутизатор позволяет использовать специальные приложения (H.323, IRC, MSN, MMS, PPTP, Quake3, starcraft, tftp и другие).

Межсетевой экран

Межсетевой экран SPI (Stateful Packet Inspection) защитит вашу внутреннюю сеть от несанкционированного доступа и различного рода DoS-атак (атаки типа “Отказ в обслуживании”), а также сразу оповестит вас об этом по электронной почте. С его помощью вы также можете контролировать доступ к интернет из внутренней сети.

Поддержка виртуальных серверов и DMZ

Функция поддержки виртуальных серверов и DMZ обеспечит доступ из интернет к ресурсам ваших серверов, расположенных во внутренней сети.

Поддержка UPnP

Функция UPnP поможет быстро настроить маршрутизатор.

DHCP

Встроенный сервер DHCP даст возможность клиентам из внутренней сети получать сетевые параметры автоматически.

Настройка через web-интерфейс

Вы можете легко настроить маршрутизатор через обычный веб-браузер.

Варианты использования

Конечно на 2 мегабайтах flash и 16 мегабайтах RAM памяти в модели без USB порта сильно не разгуляешься, но в умелых руках со своими технико-экономическими показателями, данное устройство может занять свою нишу. Навряд ли получится его использовать как почтовый или Web сервер, да он для этого и не предназначен.
Это маршрутизатор: без вращающихся механических элементов, с малыми габаритами, питанием 12V, пропускной способностью WAN-LAN около 25 МБит/сек. Поэтому он может быть установлен как в офисе, в квартире, так и на крыше дома.
Но! Имея USB Flash (USB-HDD) мы запросто можем превратить маршрутизатор в полноценный сервер

Возможности, которые сразу приходят в голову:

Маршрутизатор
iptables (firewall, dnat, snat, policy routing, etc)
shaper (cbq, htb, etc)
VPN шлюз
dhcp сервер
ssh/telnet доступ (dropbear/busybox)
snmpd (большой размер для ramdisk’а)
ftp/tftp update
не вижу препятствий для того, чтобы подключить dial-up модем или другое коммуникационное оборудование
+ широкая гамма USB устройств
и все остальное в рамках Вашей фантазии, аппаратных и программных ограничений

Лирической отступление

у меня есть друг HAM (радиолюбитель), который без ума от всевозможных интеллектуальных микроустройств, а тем более от устройств в которых стоит Linux. А тем более от устройств с Linux’ом и поддержкой AX.25. Для него скорость в 2400 по радио на расстоянии 50км верх блаженства. Ну так вот собрав ему дистрибутивчик с поддержкой AX.25, я ему доставил несказанное удовольствие.

На досуге хочу

Из BR-6104KP сделать файловый сервер для USB flash/hdd
подключить USB звук/web-камеру

Ограничения/Огорчения

Так как процессор довольно специфический, то Linux ядро изменено именно под него и оно относительно старое - 2.4.18. Совсем недавно компания Edimax предоставила исходные тексты ядра для скачивания, до этого момента приходилось пользоваться или уже скомпилированным ядром из ‘родной’ прошивки, или собирать ядро предоставленное компанией OvisLink (с некоторыми ограничениями - неработает: mtd и switch).
Также есть ограничение связанное с размерами flash памяти - ее нельзя использовать как полноценную файловую систему, так как ядро с ramdisk’ом почти не оставляет свободного места (на досуге надо будет поэкперементировать с JFFS). Чтобы обойти это ограничение, мною был написан простой скрипт, который после загрузки загружает другой скрипт, который в свою очередь обновляет систему (содержимое ramdisk’а). Также можно через определенные промежутки времени выгружать изменившиеся файлы на tftp/ftp сервер.
Второе и более красивое решение состоит в приобретении устройства с USB портом и USB-Flash к нему. По моему опыту это наиболее безхлопотное решение, позволяющее настроить полноценный linux сервер.

Есть отличная страница http://www.norocketscience.com/router/upgrade.htm и форум, где владельцы маршрутизаторов исправляют ошибки допущенные производителем.

Теперь, если Вы заинтересовались этим устройством, то Вы можете:

Использовать роутер без изменений
- Для обычных пользователей подключенных через xDSL модем - то, что доктор прописал.
Использовать ядро и ramdisk от производителя изменяя под свои нужды скрипты/бинари, для этого Вам потребуется:
- Изучить структуру прошивки, научится разбирать и собирать ramdisk
- Подключить консольный кабель - получить доступ к консоли
- Установить MIPS toolchain
Использовать самосборное ядро и самосборный ramdisk, для этого Вам потребуется:
- Тоже что и в предыдущем пункте
- Скачать, собрать, установить ядро, buildroot ;)
Полностью пересобрать родную прошивку
Через web интерфейс залить прошивку root система которой находится на первом разделе USB Flash диска.
- плюс: Это ‘живая’ система, с изменяемой в любой момент конфигуруцией, а не ramdisk.
- плюс: не требуется вскрывать роутер, чтобы подключиться через RS232 порт
- плюс: в любой момент можно изменить файловую систему на настольном компьютере

Поделюсь заметками и рекомендациями:

Различная информация

Hardware

Данный маршрутизатор построен на чипе ADM5120 фирмы AdmTek (Infineon) который представляет собой высокопроизводительную и очень гибкий систему System On Chip (SOC) которая может использоваться для SOHO Gateway, NAT роутер, принт сервер, точки доступа WLAN, VPN шлюза, ядром VoIP шлюза

Внутри себя этот чип содержит высокопроизводительный процессор 175 MHz/227 MIPS, сетевую подсистему, switch engine, поддержку PCI, USB, UART

Структурная схема	Фотография

Сетевая подсистема

Содержит 6 портов и обладает следующими возможностями:

IEEE 802.3 Fast Ethernet
5 auto-MDIX (auto-crossover) twisted paired LAN interfaces, embedded 10/100M PHY
1 GMII1)/MII interface
Flexible WAN port selection

Встроенный switch engine

Embedded Data-buffer/Address-look-up table
Look-up table read/write-able
MAC layer security
MAC clone solution
Multicast grouping (IGMP)
MAC filtering, Bandwidth control

Class of Services (CoS) with two priority levels
Shared dynamic data buffer management, embedded SSRAM
Port grouping VLAN (overlap-able)
TCP/IP accelerator

Memory interface

SDRAM

Two bank support (2 chip select pins)
Each bank can support – 1Mx32 up to 32Mx32bit (128M-byte)

Flash

NAND Flash boot2)
NOR Flash boot: Two bank support (2 chip select pins)
NOR Flash boot: Each bank can support - 1Mx8-bit, up to 1Mx32-bit (4M-byte)

System

UART interface (support MODEM interface)
PCI bridge that supports 3 master devices (только в BGA корпусе)
GPIO3)
USB 1.1 host
Clock source
- 25MHz crystal for 10/100
- 48MHz crystal for USB
0.18u CMOS process
1.8V/3.3V dual power
BGA/PQFP

и все это удовольствие за ~$35

Консольный порт

Консольного порта в его привычном виде нет. Для него предусмотрен разъем на плате обозначенный JP2. И для того, чтобы иметь доступ к консоли и возможность прошивать маршрутизатор через кабель, Вам необходимо будет собрать переходник с ~12V (RS232) на 3.3V. Для этого потребуется микросхема MAX232 или ей подобная.

IMHO проще всего взять шнурок к мобильному телефону, обычно они все на 3.3V, но Вы это должны проверить самостоятельно.

На плате маршрутизатора имеется разъем подписанный как JP2. К нему необходимо подключать кабель согласно разводки:


JP2
2-o o o o-8
1-o o o o-7

1 - Rx
7 - Tx
8 - Gnd

Внимание: подключение COM порта напрямую к маршратизатору непременно выведет последний из строя.
Подключайтесь любой терминальной программой на скорости 115200 бит/сек, 8 бит, No parity, 1 stopbit
Tip: Консольный вход очень чувствительный к различным шумам и наводкам, поэтому, если они у Вас появляются - проверьте кабеля, не приближайте их к источникам помех. Как вариант можно установить конденсатор 0.1 мкф между 1 и 8 контактами.

USB порт

Jeroen Domburg написал прекрасное HOWTO по установке компонентов для поддержки USB.

JTAG порт

JTAG порт предназначен для отладки, тестирования устройства. На плате он обозначен как JP1. Через него возможна чтение/запись flash/sdram памяти напрямую, но информации по этому поводу у меня нет.


1  /TRST    2  gnd
3  TDI      4  gnd
5  TDO      6  gnd
7  TMS      8  gnd
9  TCK      10 gnd
11 ???      12 not connected
13 ???      14 +3.3 volt

приветствуется информация по JTAG

Заметки по родной прошивке

В основном вся логика представлена набором shell скриптов, все относительно просто.
HTTP сервером является пропатченный GoAhead WebServer, в котором находится логика работы с пользователем.
Программа /bin/flash реализует функциональность сохранения/восстановления параметров. Параметры предопределены и привязаны (внутри программы) к определенным областям flash памяти.
К сожалению при загрузке на консоле запускается программа требующая ввести username/password, которые известны только производителю. Поэтому, чтобы получить shell доступ, нужно как минимум прошить модифицированную прошивку
Также запускается демон diagd слушающий TCP порт 31727, который позволяет локально устанавливать MAC адреса и количество интерфейсов, а также удаленно: получать информацию о устройстве, менять MAC адреса, устанавливать частотный диапазон WLAN, и другие функции, которые скорей всего будут включены в слудующих версиях.

Разработчиками написан модуль для ядра реализующий URL blocking, имеются файлы /proc/url_blocking_list и /proc/trigger_port_list

/dev/mtd

Блочное устройство, предоставляющее доступ к flash памяти. Крайне не советую что-либо записывать в диапазон 0x000000 - 0x008000, иначе велика вероятность превратить маршрутизатор в кирпич.

/dev/switch

Кнопка reset. В цикле опрашивается скриптом monitor.sh, в случае нажатия делает reboot

/dev/led0

Светодиод питания.

echo "led off" > /dev/led0       # turn on
echo "led on" > /dev/led0        # turn off
echo "led blink 100" >/dev/led0  # blink with freq 0.1

/dev/led_wlan

неизвестно, возможно светодиод WLAN

/dev/ttyS0, /dev/console

консоль

Структура Flash памяти


  0x000000 - 0x0004ff preamble, partition info, etc. ???
  0x000500?- 0x007fff boot loader
  0x008000 - 0x0083ff 'HS' section = hardware setting (ethernet MAC addresses, etc.)
  0x008400 - 0x009fff 'DS' section = default config
  0x00a000 - 0x00bbff 'CS' section = current config
  0x00bc00 - 0x00ffff empty
  0x010000 - 0x01ffff WB4K web image (webpages-6104k.bin.gz)
  0x020000 - 0x1fffff CSYS system image (vmlinux.bin.bz2)

HS, DS и CS секции начинаются с 6-ти байтного заголовка:

char tag[2]; /* "HS", "DS" or "CS" */
char version[2]; /* currently HS = "01", DS = CS = "08" */
uint16_t length;

''WB4K'' и ''CSYS'' секции начинаются с 12 байтного заголовка:

char signature[4];
uint32_t startAddress;
uint32_t length;

17KB неиспользуемого места + 64KB занимаемые webpages.bin, так что потенциально выигрываем 81KB.

Структура официальной прошивки

Прошивки от Edimax и Sweex (версий 2.65/2.75) имееют следующий формат


       V2.65                            Block name                   V2.75
+--------------------+ 0x00                 +             0x00+--------------------+
| Header             |                      |                 | Header             |
+--------------------+ 0x0c                 |             0x0c+--------------------+
|                    |                      |                 |                    |
|                    |                      |                 |                    |
| webpages-6104k.bin |                 webpages.bin           | webpages-6104k.bin |
| gzipped            |                      |                 | gzipped            |
|                    |                      |                 |                    |
+--------------------+                      |                 +--------------------+
| padding            |                      |                 | padding            |
+--------------------+ 0x20000              +          0x10000+--------------------+
| CSYS header        |                  csys.bin              | CSYS header        |
+--------------------+ 0x2000c              +          0x1000c+--------------------+
|                    |                      |                 |                    |
|                    |                      |                 |                    |
| vmlinux.bin        |                vmlinux.bin.gz          | vmlinux.bin        |
| gzipped            |                      |                 | gzipped            |
|                    |                      |                 |                    |
|                    |                      |                 |                    |
+--------------------+                      +                 +--------------------+

''CSYS header''

Это заголовок длиной 12 байт: ‘C’ ‘S’ ‘Y’ ‘S’ 0x00 0x00 0x50 0x80 0x1a 0x3f 0x1b 0x00 Последние 4 байта содержат длину файла vmlinux.bin.gz, в нашем случае это 0x1b3f1a (1785626) байт.

''vmlinux.bin''

(unzipped) имеет следующий формат


       V2.65                                                         V2.75
+--------------------+ 0x00                 +             0x00+--------------------+
|                    |                      |                 |                    |
| Kernel             |                  kernel.bin            | Kernel             |
|                    |                      |                 |                    |
+--------------------+ 0x16d000             +         0x172000+--------------------+
| tmpimg.img         |                      |                 | tmpimg.img         |
| gzipped            | --> ram image  tmpimg.img.gz (bz2)     | bzip2              |
| +padding           |                      |                 | +padding           |
+--------------------+ 0x28f000             +         0x27c000+--------------------+


Offset      Length
0x00        0x20000 web pages block containing webpages-6104k.bin (gzipped)
0x20000     0x0c    CSYS header
0x2000c     eof     kernel block containing vmlinux.bin (gzipped)

После распаковки vmlinux.bin мы имеем 2 дополнительных блока:


Offset      Length
0x00        0x16d000    kernel
0x16d000    0x122000    RAM image block containing tmpimg.img (gzipped) (RAMDISK)

Tip1: Отмечу, что ramdisk может быть сжат не gzip, а и bzip2.
Tip2: На самом деле, загрузчик ищет заголовок CSYS header в памяти по адресам 0x10000 + n*0x10000 (где n 0,1,2).
Т.е можно располагать ядро и без webpages-6104k.bin (я так и не понял зачем он нужен), и без главного заголовка.

boot

При загрузке, на консоле появляется следующее сообщение:


ADM5120 Boot:

Если нажать 3 раза пробел в течении около 1 сек, то появится загрузочное меню:


ADM5120 Boot: <--- press space 3x times

Linux Loader Menu
====================
(a) Download vmlinuz to flash ...
(b) Download vmlinuz to sdram (for debug) ...
(c) Exit

Please enter your key :

Пункт a предназначен для загрузки firmware в flash. Требуется прошивка с CSYS заголовком
Пункт b для загрузки в RAM. Передавать нужно vmlinux.bin.gz (запакованные ядро+ramdisk)

Протокол передачи - XMODEM
Например загружаем прошивку в flash:
Создаем firmware.bin

../bin/mksyshdr csys.bin vmlinux.bin.gz
cat csys.bin vmlinux.bin.gz >firmware.bin

Upload with XMODEM


Linux Loader Menu
====================
(a) Download vmlinuz to flash ...
(b) Download vmlinuz to sdram (for debug) ...
(c) Exit

Please enter your key : a
Downloading...........PASS

Eraseing nor flash.......PASS

Programming nor flash...PASS


Linux Loader Menu
====================
(a) Download vmlinuz to flash ...
(b) Download vmlinuz to sdram (for debug) ...
(c) Exit

Please enter your key : c
jump to linux code!!


LINUX started...

Tip: передавать следует не сразу после выбора меню, а через 5-7 сек.

MIPS toolchain

Для того, чтобы иметь возможность собирать программы под MIPS архитектуру, Вам необходим кросс-компилятор и собранная uclibc4) для этой архитектуры. Есть 4 способа использовать MIPS toolchain:

Скачать и установить готовый пакет ( см Ссылки )
Скачать и собрать ‘вручную’ gcc и uclibc для платформы MIPS
Использовать собранный MIPS toolchain из собранного buildroot
Если у Вас замечательный дистрибутив Debian, то рекомендую использовать пакет toolchain-source ( см Ссылки )

Я использую третий способ, так как все равно использую buildroot.
При использовании USB накопителей можно использовать и более тяжеловесный (но стандартный) вариант библиотеки C - glibc

buildroot

Buildroot - замечательный пакет, являющийся частью проекта uClibc специально предназначенный для сборки ramdisk’ов для встроенных и микро систем. Именно то, что нам необходимо!
Задачи buildroot:

загрузить и скомпилировать пакеты необходимые для построения (gcc, binutils, ccache, etc)
загрузить и скомпилировать пакеты которые войдут в состав ramdisk’а (uclibc, busybox, etc)
построить ramdisk требуемого формата (ext2, cramfs, jffs)

При первом построении buildroot загрузит с сети необходимые компоненты для построения (gcc, binutils, etc), а далее те пакеты которые Вы выбрали в TARGETS. Отмечу, что список пакетов, которые buildroot собирает простым добавлением в достаточно велик, перечислю некоторые:

bash, busybox
bzip2, gzip
coreutils, diffutils, findutils
dropbear_sshd
autoconf/automake, gcc, flex, gdb, gdbserver, ltrace, strace
iproute2, iptables, mrouted, netsnmp, netkitbase, netkittelnet, openssh, openssl, vtun, links, ltp

Написать Makefile для другого пакета большой сложности не составляет.

Настройка и сборка buildroot крайне проста:

в Makefile определяем архитектуру: ARCH:=mipsel
далее по вкусу включаем определения TARGETS

Небольшое описание структуры каталогов buildroot:

build_mipsel/package-name/ лежат исходные тексты пакетов
build_mipsel/root/ - готовая файловая система, которая превратится в ramdisk
build_mipsel/staging_dir/ - скомпилированные утилиты для построения
make/ содержит Makefile’s для загрузки, распаковки, конфигурации, компиляции, установки.
sources/ содержит патчи и конфиги.
sources/dl/ содержит загруженные с сети пакеты.
sources/target_skeleton/ скелет файловой системы
sources/device_table.txt файл с описанием какие каталоги, файлы, устройства, сокеты нужно создать в готовой файловой системе
root_fs_mipsel - готовый образ файловой системы ramdisk’а

Для конфигурации busybox:

cd build_mipsel/busybox/
make menuconfig
cp .config ../../sources/busybox.config
cd -

Аналогичная процедура для uClibc.config

kernel

Процесс компиляции ядра мало чем отличается от компиляции для платформы x86, конечно это должен быть MIPS кросс-компилятор и ядро специально для этого чипсета.
Перед компиляцией я устанавливаю переменные окружения:

export ARCH=mips
export CC=mipsel-linux-gcc
export CPP=mipsel-linux-cpp
export CXX=mipsel-linux-g++
export AR=mipsel-linux-ar
export CXXCPP=mipsel-linux-cpp
export RANLIB=mipsel-linux-ranlib

Если использовать компиляторы из buildroot:

export PATH=/path/to/buildroot/build_mipsel/staging_dir/bin/:$PATH

Замечу, что в этом случае нет смысла вручную ‘собирать’ образ ядра с initrd - пусть за Вас это сделает make vmlinux. Для этого готовый ramdisk требуется положить в arch/mips/ramdisk/ramdisk_el.gz5) и установить [*] Embed root filesystem ramdisk into the kernel в меню конфигурации ядра.
Подробности см. в arch/mips/ramdisk/Makefile

Ссылки

NoRocketScience Forum
http://vlad.org.ua/adm5120/firmware/

Благодарности

Компании ‘Агатис’ http://www.agatis.biz , которая является официальным дистрибутором фирм SWEEX и EDIMAX в Украине. А особенно Шафаренко Дмитрию - менеджеру по сбыту
Большое спасибо Андрею Исченко и Адилю Изидинову за наводку, а также Игорю Залатову другу и “ХАМ’у”.

(с)

Vladislav Moskovets (Владислав Московец)
mail: adm5120 {at} vlad . org . ua
Буду рад любым замечаниям, конструктивной критике, предложениям, дополнительной информации.

1) только в BGA корпусе

2) только в BGA корпусе

3) PQFP has 4 GPIO pins v.s. BGA has 8 pins

4) uClibc - библиотека языка C, оптимизированная для микроконтроллеров и embedded систем.

5) может отличаться