Bus Pirate, cos'è il dispositivo per fare hacking hardware

Nel vasto mondo dell’elettronica, Bus Pirate brilla come uno strumento versatile e indispensabile per appassionati, ingegneri e ricercatori. Creato da Ian Lesnet (Dangerous Prototypes), si tratta di un dispositivo che offre una finestra aperta su un’ampia gamma di bus di comunicazione e protocolli, consentendo agli utenti di esplorare, testare e interagire con dispositivi elettronici in modi che vanno ben oltre il semplice utilizzo.

Bus Pirate si interpone infatti tra il computer dell’utente e il dispositivo digitale oggetto di indagine. Utilizza infatti un convertitore USB/232 e un PIC24F.

Il progetto Bus Pirate non nasce oggi: è stato concepito ben 15 anni fa e in queste settimane gli autori del dispositivo stanno iniziando a promuovere il lancio di Bus Pirate 5, la quinta versione del prodotto che ha richiesto circa 5 anni di sviluppo.

Breve storia di Bus Pirate

Nel 2017, per Bus Pirate fu scelta una piattaforma ARM STM32, riconfermata per diverse versioni dello stesso dispositivo. Gli STM32 sono una famiglia di microcontroller a 32 bit basati sull’architettura ARM Cortex-M: sono progettati per una vasta gamma di applicazioni embedded, inclusi dispositivi IoT (Internet delle Cose), dispositivi medicali, sistemi di controllo, e molti altri ancora. L’anno successivo Lesnet e i suoi collaboratori hanno aggiunto un FPGA ICE40 consentendo una flessibilità totale nella configurazione dei pin, una veloce analisi logica e altre funzionalità avanzate.

Con la carenza dei chip cominciata nel 2019, il progetto Bus Pirate ha subìto un periodo di stagnazione. Dal 2022, superati i problemi di approvvigionamento per molti dei componenti elettronici necessari per lo sviluppo, Bus Pirate 5 è finalmente diventato realtà. L’ultima versione, tra l’altro, incentra il suo funzionamento su un microcontroller RP2040 che, per stessa ammissione di Lesnet, si è rivelato da subito il migliore candidato per il nuovo Bus Pirate.

Il microcontroller RP2040

RP2040 è un microcontrollore a 32 bit sviluppato da Raspberry Pi Foundation. È progettato per essere una soluzione economica e versatile, capace di adattarsi a numerosi campi applicativi.

Dotato di due core ARM Cortex-M0+ che operano a frequenze fino a 133 MHz, questa architettura dual-core offre prestazioni elevate e risulta flessibile grazie a 16 MB di memoria flash integrata e 264 KB di memoria RAM.

Il microcontroller RP2040 integra un modulo PIO che dà massima libertà nella configurazione dei pin GPIO (General-Purpose Input/Output), è efficiente dal punto di vista energetico ed è contraddistinto da un prezzo competitivo.

Bus Pirate 5 sfrutta appieno le capacità di un componente come l’RP2040. I moduli PIO (Programmable Input/Output) sono progettati per offrire una flessibilità estrema nell’acquisizione e nella generazione di segnali digitali. Questi moduli consentono l’implementazione e l’utilizzo di protocolli di comunicazione personalizzati, la manipolazione di dati digitali e altro ancora. Così, Bus Pirate può approfittare del chip Raspberry come interfaccia hardware per praticamente qualsiasi protocollo raro, specializzato o non comune.

Inoltre, il RP2040 ha un bootloader integrato che fa apparire il dispositivo come un’unità disco USB, semplificando notevolmente l’aggiornamento del firmware del Bus Pirate.

Le principali caratteristiche di Bus Pirate

Una delle caratteristiche distintive del Bus Pirate è la sua interfaccia flessibile. Gli utenti possono interagire con il dispositivo tramite interfaccia a riga di comando e sfruttare l’ampia flessibilità che è in grado di assicurare.

Bus Pirate mette a disposizione una vasta gamma di modalità di funzionamento, ognuna delle quali è progettata per supportare specifici protocolli o bus di comunicazione. Tra le modalità più comuni, troviamo I2C, SPI, UART, JTAG e 1-Wire, solo per citarne alcune. Questa diversificazione consente agli utenti di selezionare la modalità appropriata in base alle esigenze specifiche, aprendo un mondo di possibilità per l’analisi e l’interazione con i dispositivi elettronici.

Configurando Bus Pirate in modo appropriato, sarà possibile comunicare correttamente con il “dispositivo target” ovvero il device da analizzare. L’impostazione di Bus Pirate passa attraverso la regolazione della modalità di funzionamento, della velocità di comunicazione, per la scelta del pinout e per altre opzioni liberamente personalizzabili.

Comandi specifici permettono di interagire con il dispositivo di destinazione o il bus di comunicazione: consentono di leggere e scrivere dati, inviare impulsi di clock ed esaminare le risposte ottenute. Queste ultime possono includere i dati letti dal bus, messaggi restituiti dai dispositivi collegati e informazioni di stato. In questo modo è possibile comprendere le comunicazioni in corso e risolvere eventuali problemi.

A beneficio degli utenti avanzati, Bus Pirate supporta lo scripting, consentendo l’automazione di compiti ripetitivi o complessi. Si tratta di una funzionalità particolarmente utile per testare dispositivi o protocolli in modo sistematico ed efficiente.

Tensioni e correnti

Bus Pirate 5 integra un buffer di I/O progettato per offrire una capacità di interfacciamento robusta e versatile con i dispositivi esterni. Tale sistema supporta un’ampia gamma di tensioni (da 1.65 a 5 volt) e offre otto linee di input/output bidirezionali dirette.

Il dispositivo è in grado di visualizzare le letture di tensione per ogni pin direttamente sul suo schermo LCD e nella barra di stato della finestra del terminale. È possibile ottenere informazioni sullo stato di un dispositivo monitorando l’uso di corrente in tempo reale.

L’alimentatore programmabile può essere impostato da 1 a 5 volt, con un massimo di 400 mA, per gestire varie tipologie di dispositivi collegati a valle. Un fusibile hardware programmabile da 0 a 500 mA imposta limiti di corrente che aiutano a preservare in salute tutti i componenti.

Le caratteristiche di Bus Pirate 5 a confronto con la versione precedente

Caratteristica	Bus Pirate 5	Bus Pirate v3
Core	ARM RP2040 2×32 bit, 125 MHz	PIC 24FJ64GA 16-bit, 16 MHz
Flash	128 Mbit	512 Kbit
Magic peripheral	Modulo RP2040 PIO	PIC Peripheral Pin Select
Terminale	VT100 a colori con barra di stato	ASCII monocromatico
LED	16 RGB LED	4 LED
Pin IO	8 IO @ 1,2-5,0 volt	6 IO @ 3,3 volt
Pull-up resistors	8 pin	4 pin
Misurazione della tensione	Tutti i pin	1 sonda ADC
Alimentazione	1-5 volt	3,3 volt, 5 volt
Misura della corrente	0-500 mA	–
Fusibile programmabile	0-500 mA	–
Display	320×240 IPS ad angolo completo	–
Memoria SD	Fino a 64 GB	–

L’espressione “Magic peripheral” in tabella è usata per riferirsi al modulo RP2040 PIO incorporato nel microcontrollore RP2040. Il termine “magico” è usato in modo informale per indicare che questo modulo PIO è estremamente versatile e può essere configurato per svolgere una vasta gamma di funzioni in modo altamente personalizzabile.

I “pull-up resistors” sono componenti elettronici utilizzati nei circuiti digitali per garantire che un segnale di input assuma uno stato predefinito noto quando non è attivamente guidato da un’altra sorgente.

Su sito ufficiale del progetto è possibile acquistare il circuito stampato già assemblato (Bus Pirate 5 assembled PCB). È anche disponibile il “Bus Pirate 5 Probe Cable Kit“, un insieme di cavi e accessori progettato per funzionare con il Bus Pirate 5. C’è il cavo sonda di alta qualità realizzato con un filo rivestito in silicone morbido e flessibile, con connettori Dupont da 2,54 mm alle estremità. La confezione comprende anche dei ganci a sonda utilizzati per connettere il cavo sonda a diversi punti di contatto su schede elettroniche e circuiti.

Come comunicare con Bus Pirate 5

Dopo aver collegato Bus Pirate con il PC tramite cavo USB, nella finestra Gestione dispositivi (accessibile anche dal menu che appare premendo Windows+X) in Windows compare una nuova voce USB Serial Device all’interno della sezione Porte (COM e LPT). Il dispositivo, comunque, è compatibile anche con i sistemi Linux e macOS. Utilizzando un emulatore terminale è possibile collegarsi con la porta sulla quale è connesso Bus Pirate e iniziare a comunicare in modalità testuale.

Gli autori del progetto forniscono due firmware per Bus Pirate 5: uno è quello più stabile ed è disponibile nel repository GitHub. Semplicemente digitando $ nella finestra del terminale, il dispositivo si pone automaticamente nella modalità bootloader ed è possibile così procedere con l’upload del firmware. La procedura è semplicissima: basta trascinare il file .uf2 nell’unità virtuale che appare nella finestra Questo PC in Windows.

Facendo riferimento alla lista dei comandi utilizzabili, si può sfruttare Bus Pirate 5 per dialogare con ogni genere di protocollo.

Le immagini nell’articolo sono tratte dal sito ufficiale del progetto Bus Pirate.