06
oct.
'16

Le BBC Micro:bit, c'est awesome !

Publié le 06 octobre 2016

La BBC a initié en 2015 le projet Micro:bit, qui se veut être un ordinateur de poche programmable destiné à l'éducation. L'objectif de cette dernière: fournir à chaque écolier de 12 ans («year 7») un support amusant et facile à utiliser. Exit l'Arduino et ses connexions complexes, le Micro:bit est voué à être la plateforme d'apprentissage du code à l'école, pour un prix modique (une board, un cable USB, une alimentation à piles et un boîtier pour 25€).

Le Micro:bit

Avant d'aller plus loin, il me semblait important de définir le genre du Micro:bit: masculin. Pour la simple et bonne raison que si vous en parlez au féminin dans un bon français, certaines personnes ne manqueront pas de remettre en question vos attributs, en particulier si vous êtes de sexe masculin. Trève de plaisanterie.

Le Micro:bit se base sur un SoC nRF51822 de Nordic Semiconductor, qui n'est rien de moins qu'un micro-contrôleur basé sur un CPU ARM Cortex M0 intégrant les technologies Bluetooth Low Energy et ShockBurst (SB) (version "ancienne" et améliorée, Enhanced ShockBurst (ESB)). Le protocole de communication ESB est utilisé par la couche logicielle sur laquelle repose le Micro:bit, mais il n'est pas directement accessible, ce qui est dommage car il y a des choses bien drôles à faire, comme intercepter les frappes de touches des claviers sans fil.

Le gros intérêt du Micro:bit, ce sont ses interfaces de programmation. Les concepteurs ont mis en place de la compilation dans le Cloud, à partir des environnement suivants: * JavaScript * Python * Scratch-like

Vous éditez votre code en ligne, vous le testez sur l'émulateur puis vous télécharger le binaire (compilé à la demande) afin de programmer votre Micro:bit. Et rien de complexe pour la programmation: il suffit de brancher le câble USB à un ordinateur, et le Micro:bit est reconnu comme une clef USB (stockage de masse). Une simple copie du fichier téléchargé sur ce support de stockage émulé suffit à déclencher la programmation du Micro:bit, qui se déconnectera automatiquement et lancera votre code. On ne peut plus simple.

Pour ceux que l'aspect en ligne rebute, il existe des environnements de développement intégrés, comme [mu-editor->https://github.com/mu-editor/mu], ou on peut se rabattre sur du C++ en dernier recours.

Micro:bit repose sur MicroPython, un portage de Python3 pour les micro-contrôleurs, et permet ainsi de développer très simplement en Python ! Le code suivant permet d'effectuer une animation sur l'écran intégré:

from microbit import *

while True:
    display.show(Image.HAPPY)
    sleep(1000)
    display.show(Image.SAD)
    sleep(1000)

Les fonctionnalités du Micro:bit

L'avantage principal du Micro:bit est le fait que l'on peut développer en Python à l'aide de la bibliothèque standard. Cette dernière interface tout le matériel, et rend le développement très intuitif. Elle permet notamment : * de gérer l'affichage de l'écran de LEDs (elle possède une banque d'images intégrées) ; * de gérer les boutons poussoirs ; * de gérer les boutons capacitifs (les pads apparents) ; * de jouer de la musique (en connectant un HP comme il faut) ; * de faire de la synthèse vocale (toujours avec le HP) ; * de gérer les accéléromètres ; * de gérer la boussole ; * de communiquer avec d'autres Micro:bit par radio ; * de communiquer avec d'autres Micro:bit par "réseau" filaire ; * de stocker des fichiers via un système de fichiers minimaliste (sans carte SD !).

Bref, c'est juste énorme les possibilités offertes ! Sans ajout de composants, on peut faire des jeux qui communiquent via radio, des horloges binaires, des écrans affichant des messages, etc ... Et je ne parle pas des shields qui sont en train d'être développés.

Utilisation avancée

Ce n'est pas parce que c'est conçu pour les débutants que ça n'offre pas de possibilités ! J'étais à la recherche depuis quelques temps d'une plateforme portable permettant de mener des attaques particulières sur les protocoles Bluetooth Low Energy et ShockBurst. C'est d'ailleurs pour cela que j'avais conçu le ProbeZero que j'ai présenté à la Nuit du Hack 2016. Mais le Raspberry Pi est relativement lourd, et mon système mettait facilement 30 secondes à se lancer, sans parler de la consommation de batterie. Le Micro:bit est de fait une très bonne alternative, avec un écran en plus !

Pour le développement, on ne peut pas se limiter à la bibliothèque standard: les aspects radio sont très limités, et ce serait dommage de se passer du SDK de Nordic Semiconductor (nRF51 SDK) pour s'amuser avec de la radio. Le code source du fork de MicroPython est disponible sur github, où toute la phase d'installation est relativement documentée. Si vous souhaitez forker la base Python du Micro:bit, c'est une bonne piste à suivre.

Il est aussi possible de développer directement en C++ et d'appeler les fonctionnalités présentes via Python: Micro:bit propose une couche d'abstraction (nommée Microbit-DAL) qui permet d'utiliser toutes les fonctionnalités du Micro:bit. L'aspect intéressant de cette couche est que l'on peut du coup utiliser le SDK nRF51 pour accéder aux éléments internes du nRF51822. Pour hacker sans se fouler, c'est quand même classe :).

Conclusion

Le Micro:bit est pour moi une plateforme qui me donne envie d'expérimenter, qui me semble tout à fait abordable par des élèves, et que je souhaite faire essayer dès que ce sera possible par mes minis-moi. Elle est aussi très intéressante car elle offre un moyen simple de bidouiller encore plus sur des protocoles sans-fil par exemple, voire développer des outils d'attaque portables (je n'ai pas abordé l'USB HID mais à mon avis il y a aussi de quoi creuser: Teensy-like, rubber-ducky et consors doivent pouvoir être portés sans trop de souci AMHA).

Je suis conquis par ce projet, au point même que ça me donne envie de faire un workshop là dessus à la prochaine Nuit du Hack (ou même Nuit du Hack Kids). Et en parler à une de mes amies qui est directrice d'école et pour qui l'enseignement du code à l'école est quelque peu compliqué.

Essayez-le, ça vaut franchement le coup.

22
sept.
'16

Super Minitel: suite et fin

Publié le 22 septembre 2016

J'en parlais récemment, j'ai profité de mon temps libre de ces dernières semaines pour apporter la touche finale à mon Super Minitel. Le résultat est plutôt probant, bien qu'il y ait des améliorations à apporter, à mon humble avis.

Ajout d'un support pour Raspberry Pi

J'ai ressorti mon bon vieux OpenScad afin de concevoir un support pour tenir le Raspberry Pi et sa carte d'adaptation vidéo/clavier dans le Minitel. J'ai opté pour une fixation par collage sur le Minitel, avec un espace pour laisser passer le connecteur de clavier. Le Raspberry Pi est fixé avec un vis, tandis qu'un ergot vient se loger dans le second emplacement de vis et empêcher tout mouvement.

Je l'ai ensuite imprimé sur ma Prusa i3, puis testé à blanc avec le Raspberry Pi. J'ai enfin monté le tout dans le Minitel, en prenant soin de maintenir l'ensemble avec des pinces serrantes. C'est franchement pratique ces pinces, j'ai découvert leur utilité grâce à Babozor et ses conseils de la Grotte du Barbu !

Après une nuit de séchage, j'ai pu fixer le Raspberry Pi dessus et tester le bon fonctionnement du clavier rétractable (qui passe du coup en dessous du Rasp).

Intégration du son

Après avoir commandé tout un lot de composants pour ajouter un ampli audio dans le minitel et les avoir soudé, j'ai pu tester le rendu. C'est pas trop mal, mais il y a un shhh de fond qui est plutôt gênant, ça doit être du au fait que mon ampli n'intègre pas de filtre ... Ceci dit en ajustant correctement le volume, on ne l'entend quasimment plus.

Pour la fixation, même recette que précédemment: j'ai conçu un support adapté au PCB (avec une seule vis pour la fixation, j'ai été radin), je l'ai imprimé et collé dans le Minitel.

Le rendu son n'est pas merveilleux, mais ça donne un bon vieux son old school, j'aime bien :). Pour terminer, j'ai conçu et imprimé un guide de perçage afin de faire des petits trous sur le côté du Minitel à l'endroit où se trouve le haut-parleur afin de laisser le son se diffuser.

Je l'ai imprimé, et je m'en suis servi de guide pour percer les trous sur le Minitel. Le rendu est très propre, et n'a nécessité aucun tracé particulier, juste la fixation du guide avec une pince auto-serrante.

Déco finale

S'il y a bien un domaine dans lequel je suis une quiche, c'est la déco. Je suis une bille en peinture, pochoirs, dessin, etc. Mais je ne voyais qu'une seule manière de décorer ce super Minitel: repeindre la carcasse en blanc cassé, et peindre un sigle «Super Minitel» au pochoir.

J'ai donc commencé par concevoir un pochoir sur Inkscape. En reprenant des polices de Nintendo et en bidouillant un peu, j'ai réussi à imprimer un motif noir sur blanc sur du papier photo. Après un petit tour chez Cultura pour acheter de la peinture en bombe et à pochoir, quelques babioles et de la colle repositionnable en spray, j'ai entamé à la main la découpe des caractères. Un bon gros fail. Peu de précision malgré l'utilisation d'un cutter très fin, et l'encre bavait sur mes mains. Il fallait trouver autre chose.

Je me suis rabattu sur l'impression 3D: en effet, quoi de mieux que d'imprimer un pochoir en 3D et de s'en servir pour peindre le motif ! C'était sans compter deux éléments importants pour des pochoirs. Le premier, c'est que lorsque l'on crée des pochoirs, on ne peut pas raisonnablement réaliser de belles lettres possédant des vides, comme les lettres P ou R. On est obligé de laisser une liaison pour que la partie masquant l'intérieur "tienne". Le rendu en est forcément moins bon. Second point, il doit être assez fin pour masquer et tenir correctement sur le support. Avec l'imprimante 3D, imprimer fin c'est imprimer pour rien. Lorsque l'on décolle le motif imprimé, il se plie et généralement cette déformation reste. C'est du plastique (PLA dans mon cas), donc assez difficile à reformer, et la colle repositionnable n'y a rien fait. Il ne me restait qu'à tester mon pochoir épais (1mm) afin de voir si le rendu serait correct.

Ma dernière erreur avec les pochoirs a été de penser que la colle repositionnable c'était LA solution. En réalité, elle a créé des petits points de colle sous le pochoir, et l'encre s'est enfournée sous le pochoir à cause de l'irrégularité de celui-ci et de l'espace vacant laissé par la colle en spray. Merci les tutos Youtube, mais cette fois-ci ça ne m'a pas aidé. heureusement que j'avais fait des tests sur carton et papier avant de me lancer sur le Minitel...

J'étais pas loin d'abandonner quand j'ai eu une idée toute simple: pourquoi ne pas imprimer les lettres avec l'imprimante 3D et les coller de façon jolie sur la carcasse du Minitel ? De cette façon, on obtient un effet de relief et un beau contraste blanc cassé/noir qui est du plus bel effet (enfin je crois). J'ai donc modélisé les lettres en convertissant le modèle SVG en SCAD (merci paths2openscad !) et les ai imprimé à l'envers pour que le côté lisse corresponde à la partie visible (de face) et donne un rendu moins "imprimante 3D". Le résultat est très probant je trouve.

j'ai ensuite placé les lettres, les ai collé et ai attendu que cela sèche. J'ai fait l'erreur de marquer l'alignement au crayon papier, et cela se voit encore un peu de très près, c'est dommage. Je prendrais une équerre pour le prochain exemplaire et ne tracerai aucun trait, cela sera plus propre.

Résultat final

Au final, j'ai un Super Minitel qui ressemble exactement à ce que je voulais, qui accepte jusqu'à deux manettes Super NES en USB (pratique pour Street Fighter, mais on peut aussi jouer grâce au clavier), et qui attire la curiosité avec son aspect "presque" Super Nintendo.

Je vais le beta-tester à la maison afin de déceler de potentiels défauts de conception avant de le donner à un généreux soutien du projet OpenIt, et d'en faire deux autres pour les deux autres soutiens ayant choisi cette récompense.

Il me reste encore quelques Minitels un brin différents à la maison, certainement l'occasion de me faire la main sur la soudure CMS à air chaud ;). Il me faut absolument un exemplaire à la maison, et les minis-moi auront obligation d'y jouer (vous en conviendrez: Super Mario World, Street Fighter II, Bomberman 3 et Worms sont des jeux formidables o/).

Ah et si vous voulez tenter de reproduire ce hack, j'ai mis des ressources à disposition (majoritairement les PCBs, les fichiers de conception 3D ainsi que le software permettant d'interfacer le clavier). Il manque encore des éléments (comme la liste des composants pour les PCBs, mais ça viendra -- il y aura peut-être des modifications suite au beta-test).

29
août
'16

Super Minitel Entertainement System: bientôt un premier exemplaire !

Publié le 29 août 2016

Cela fait bientôt 3 ans que ce projet de Super Minitel Entertainement System traîne (enfin, surtout la prise en charge du clavier), et que je dois fournir 3 exemplaires aux soutiens du projet OpenIt. La conception a été laborieuse, mais est sur le point d'aboutir au premier exemplaire.

Des erreurs à la chaîne

La conception de la version 3 du circuit électronique d'adaptation pour Raspberry Pi a pris plus de temps que prévu, et ce à cause d'erreurs successives lors de la phase de prototypage et de réalisation.

Le circuit de départ qui m'a servi à la rédaction de l'article sur le Super Minitel Entertainement System a permis de valider le montage réalisant la conversion du signal vidéo produit en sortie par le Raspberry PI (S-Video) vers les signaux attendus par la carte vidéo du Minitel. La conception de ce circuit m'a permis de reprendre en main les outils de conception électronique assisté par ordinateur, et a été réalisée avec EagleCAD. L'outil n'est pas libre mais gratuit, et le résultat rudimentaire: le circuit était imposant, mono-couche et coûteux. Le coût de fabrication d'un circuit imprimé dépend du nombre de couches et de sa surface (grosso-modo). Le délai entre la commande d'un circuit imprimé et la réception dudit circuit dans ma boîte aux lettres est d'environ trois semaines, au mieux. Gardez cela en tête pour la suite.

Premier circuit imprimé d'adaptation vidéo

Lorsque j'ai démarré la conception de la version suivante, j'ai décidé d'y intégrer le support du clavier du Minitel. J'ai choisi de supporter le clavier via un driver logiciel et un interfaçage I2C, ce qui évite d'avoir un micro-contrôleur et la phase de programmation qui va avec. J'ai donc intégré le tout sur le circuit intégré, grâce à des composants permettant d'étendre le nombre de GPIOs du Raspberry Pi, et ait fait en sorte que le circuit puisse se brancher sur le port d'extension du Raspberry en respectant les dimensions. Autrement dit, j'ai du tout serrer pour que cela rentre dans l'espace requis. Et j'ai envoyé en fabrication. La conception n'a pas été réalisée avec EagleCAD mais avec gEDA, une suite de conception électronique libre et opensource.

A la réception du premier circuit, je soude l'ensemble des composants sur celui-ci (il faut compter une bonne heure de concentration afin de limiter les erreurs), et le teste en conditions réelles sur le Minitel. Echec lamentable, le rendu est désastreux. Il s'avère que les empreintes des transistors utilisées pour concevoir le circuit imprimé n'étaient pas correctes (merci gEDA), et ceux-ci étaient montés à l'envers ! De plus, plusieurs pistes n'étaient pas correctement placées (on parle alors d'erreur de routage), et il m'a fallu en couper certaines et en ajouter d'autres à l'aide de fils ("straps"). Enfin, les trous pour placer le connecteur du clavier du Minitel étaient trop petits. Bref, deux ou trois jours de débogage de circuit et de nuits passées à identifier la cause de problèmes, pour enfin arriver à une version fonctionnelle. Victoire !

Version corrigée du circuit imprimé pour Raspberry Pi

Je reporte ensuite les corrections sur le logiciel de conception, et envoi en fabrication une version normalement corrigée. Sauf que non, les trous du connecteur de clavier sont encore trop petits (mauvaise mesure), et quelques corrections n'ont pas été transposées correctement. Je corrige le tout sur le logiciel, et repasse commande. Je reçois la dernière version des circuits et en suis fier: le connecteur de clavier entre parfaitement en place, et tout se soude sans encombre.

Circuit imprimé final tout juste reçu

Saleté de condensateur

Cependant, malgré tous mes efforts, le rendu est encore moyen. En particulier, des "bavures" apparaissent en fin de ligne ou de caractères affichés, ce qui n'est pas trop dérangeant lorsque l'on joue mais agaçant lors de lecture de texte. Il me fallait trouver l'origine du problème.

Encore une fois, une erreur était à la source de ce problème: le marquage de polarité du condensateur indiqué sur le circuit était inversé (encore une fois à cause d'une mauvaise empreinte), et en changeant de sens le condensateur l'image finale est bien plus belle. Je ne m'en étais pas rendu compte sur le prototype intermédiaire car le condensateur que j'utilisais était prévu pour 100 Volts, et ne bronchait pas trop lorsqu'il était alimenté en inverse. Mes derniers tests ayant été réalisés avec un condensateur prévu pour 50 Volts, le comportement de celui-ci en était sévèrement altéré. Merci les composants en stock.

L'erreur de marquage est toujours présente sur le circuit imprimé, mais est bien moins grave qu'une erreur de piste ou de placement de composant. J'ai tout de même eu de la chance que le condensateur n'explose pas, les dommages pouvant être importants dans ce cas de figure.

Le montage final en place sur le Raspberry Pi

Ce qu'il me reste à faire

Le circuit d'adaptation final fonctionne à merveille, tout comme le support du clavier via un pilote écrit en Python. Je dois encore ajouter l'audio (j'ai conçu et fait fabriquer un petit circuit complémentaire d'amplification audio, histoire d'avoir du son) et concevoir via de l'impression 3D un support pour fixer le Raspberry Pi, le circuit audio annexe ainsi qu'un haut-parleur. L'ajout d'un ventilateur pourrait être un plus si l'ensemble chauffe trop, à voir à l'usage.

Prototype fonctionnel sans son (à venir)

Viendra ensuite la décoration, à l'aide de bombes de peinture et de pochoirs faits maison. Je ne suis pas un pro en ce qui concerne cette partie, mais je compte trouver de bons conseils auprès de personnes ayant l'habitude de ce genre de choses.

L'amplification audio devrait être terminée en fin de semaine, il faut juste que je commande les composants et que je prenne le temps de les souder. Je pourrais bientôt fournir les exemplaires (trois pour être précis) à leurs destinataires, et publier les fichiers de conception bien sûr.



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