В прошлый раз мы рассмотрели аппаратную часть нашей побрякушки, настало время написать прошивку.

Идея делать украшения из электронных компонентов не нова. Особенно приятно, если это не просто красивая кучка деталек, а работающая схема, которая светится, мигает и переливается… Расскажу о своем опыте конструирования подарка на 8 марта.

Микроконтроллеры (старое красивое название — однокристалльные микро-ЭВМ) в настоящее время имеют невероятно много областей применения. От промышленной автоматики до бытовых приборов, от управления ядерными станциями до детских игрушек, от секретных военных систем до переключения каналов в вашем радиоприемнике. Одним словом, проще перечислить, где они не применяются.

Изобретение и дальнейшее развитие микроконтроллеров произвело настоящую революцию в цифровой электронике. Изменились не только схемотехника и элементная база, но и сами принципы построения систем. Значительные изменения претерпел цикл разработки. Появились целые классы устройств, существование которых было бы невозможно без контроллеров.

Но у всякой технологии, как бы хороша она не была, всегда есть обратная сторона. Сюда относятся незаметные на первый взгляд трудности; проблемы, порождаемые новым подходом; ограничения, с которыми приходится считаться. Новые возможности, которые предоставляет технология, могут найти самые неожиданные применения, и не всегда направленные во благо.

Эта статья имеет целью дать обзорную оценку как положительных, так и отрицательных аспектов повсеместного применения микроконтроллеров.

Несколько месяцев назад много шума наделала задача от пользователя Youtube Fredzislaw100 про три светодиода с выключателями (пост на Хабре). Напомню: на видео показано, как из обычных, на первый взгляд, деталей — батарейки, резистора, трех светодиодов и трех выключателей — собирают последовательную цепь, в которой каждый выключатель управляет своим светодиодом.

В чем же секрет фокуса? Недавно автор опубликовал разгадку.

Не так давно была новость о создании контактной линзы со встроенным светодиодным дисплеем, пока разрешением в 1 пиксель. Прототип испытывали на кроликах. Американец Бен Краснов (Ben Krasnow) не стал дожидаться, пока начнутся испытания на людях, и собрал собственную линзу со светодиодом. И не просто собрал, а испытал на себе. Честно говоря, результат выглядит жутковато: нечто, сделанное «на коленке», из проволоки и скотча — и живому человеку в глаз. Одним словом, настоящий киберпанк!

HDCP (англ. High-bandwidth Digital Content Protection — защита цифрового содержимого с высокой пропускной способностью) — технология защиты медиаконтента, разработанная корпорацией Intel и предназначенная для предотвращения незаконного копирования высококачественного видеосигнала, передаваемого через интерфейсы DVI, DisplayPort, HDMI, GVIF или UDI. Защищённый видеосигнал может быть воспроизведён только на оборудовании, поддерживающем HDCP.
Википедия.

Уже более десяти лет широко используется защита от копирования HDCP, разработанная фирмой Intel. Этой защите доверяют медиа-корпорации, ведущие бизнес в сфере цифрового видео и аудио высокого разрешения, с оборотом в миллиарды долларов. Исследователи из рабочей группы по информационной безопасности аппаратного обеспечения во главе с профессором по имени Tim Güneysu из Рурского университета (Ruhr-Universität Bochum, RUB, Германия) смогли поставить мат защитной системе всей отрасли относительно небольшими усилиями с использованием так называемой атаки "Man-in-the-Middle" (MitM). Они продемонстрировали свои результаты на международной конференции ReConFig 2011.

Имеется картина, к которой двумя концами привязана длинная веревка. Требуется повесить её на N вбитых в стену гвоздей так, чтобы при вытаскивании из стены одного любого гвоздя картина и веревка падали.

Веревка имеет пренебрежимо малую толщину, не рвётся и нерастяжима, гвозди не гнутся и перпендикулярны стене, трения нет. Одним словом, задача решается без всяких хитростей и уловок.

В этой заметке речь пойдет о том, как массив светодиодов может быть использован в качестве «камеры» очень низкого разрешения (20 пикселей). Практического смысла в этом немного, но опыт применения светодиодов в качестве фотодатчиков может оказаться для кого-то полезным. В работе используется плата Arduino Blinkenlight Shield, изначально предназначенная для демонстрации световых эффектов.

Идея этих часов состоит в том, что стрелки на них двигаются неравномерно, то ускоряясь, то отставая, но тем не менее, в среднем, часы показывают правильное время. Сейчас расскажу, как такие сделать.

Двое исследователей из Калифорнийского университета в Дэвисе (UC Davis), Хао Чэнь (Hao Chen) и Лянь Цай (Lian Cai) нашли способ определять, какие клавиши были нажаты на экранной клавиатуре ОС Android путем измерения смещений, покачиваний и вибрации устройства, измеренных встроенным акселерометром [Прим. перев.: и гироскопом]. Это важно, поскольку данные от акселерометров не рассматривались как потенциальный вектор атаки, и, таким образом, свободно доступны любому приложению на любом смартфоне или планшете.

Прежде всего, спеша предотвратить гневные возгласы, заявляю: я не знаю решения этой задачи! Точнее так: у меня есть некоторые мысли на этот счет, но красивого и «правильного» решения пока нет. Считайте этот пост возможностью поразмять мозги и почувствовать себя изобретателем.

Итак, условие

Представьте себе цивилизацию, которая достигла нашего нынешнего уровня развития во всем, кроме одного: электричество так и не открыто. Все остальные технологии, не связанные с электричеством, освоены. Физика, химия, металлургия, машиностроение, гидравлика, пневматика, оптика и т.д. — к вашим услугам, а вот даже простейшую батарейку не изобрели.
В таких вот нелегких условиях вам предлагается организовать трансатлантическую линию связи. Естественно, все технологии, так или иначе зависящие от электричества, тоже недоступны (про радио забудьте!). Решение предлагаю оценивать по трем параметрам:

• Время отклика. Если время передачи превышает время пересылки письма пароходом, то такая линия никому не нужна.
• Пропускная способность. Чем выше, тем лучше, 1 бит в сутки никого не устроит :)
• Надежность. Желательно, чтобы передача данных не зависела от погоды, времени суток и прочих прихотей природы. В идеале — линия должна быть доступна в режиме 24/7.

В первой части статьи мы рассмотрели основные отличия архитектуры потока данных (dataflow) от архитектуры потока управления (controlflow), совершили экскурсию в 1970-е, когда появились первые аппаратные dataflow-машины и сравнили статическую и динамическую потоковые модели вычислений. Сегодня я продолжу вас знакомить с dataflow-архитектурами. Добро пожаловать под кат!

Вторая часть статьи.
Большинство современных вычислительных машин, будь то суперкомпьютер Fujitsu K, обычная персоналка или даже калькулятор, объединяет общий принцип работы, а именно модель вычислений, основанная на потоке управления (Controlflow). Однако, эта модель не является единственно возможной. В некотором роде ее противоположностью является модель вычислений, управляемая потоком данных, или просто Dataflow. О ней я и хочу сейчас рассказать.

Про генераторы случайных чисел написано очень много, но почти всегда, когда дело доходит до реализации, подразумевается (или явно говорится), что речь идет об x86/x64 и других «взрослых» архитектурах. В то же время, форумы, посвященные разработке устройств на микроконтроллерах, пестрят вопросами «как мне сгенерировать случайное число на %controllername%?». Причем диапазон ответов простирается от «смотри гугл/википедию» до «используй стандартную функцию». Далеко не всегда эта «стандартная функция» есть и устраивает разработчика по всем параметрам, чаще наоборот: то числа получаются далеки от случайных, то скорость работы слишком мала, а то полученный код вообще не помещается в свободную память.
Попробуем разобраться, какие бывают алгоритмы генерации случайных чисел, как выбрать подходящий, а главное, в чем особенности реализации этих алгоритмов на контроллерах.