Des del 2000 compartiendo sobre…

Tag: embedded

Raspberry PI and OpenWRT flash partition proposal and rescue boot support for embedded systems

Reading time: 4 – 7 minutes


Main target of this post is describe how to organize flash partitions and how to modify default OpenWRT boot sequence to support a flexible and powerful rescue mode for Raspberry PI based projects. Just to clarify the explaination. When OpenWRT is build on a flash card for Raspberry, there are only two partitions.

The first one is vFat partition with kernel, firmware and other configuration files; the second one is a ext4 partition with root filesystem. Boot sequence loads the kernel and then mount root partition and run the init script. If ext4 filesystem is corrupted or could not be mounted boot sequence is stoped and there is no solution without extracting the flash card.


In this blog entry I’m going to describe a partition table and boot sequence strategy to avoid this kind of problems. Of course, there are other solutions to get similar results but I think this one is simple and powerful at the same time.

Summarizing features of this solution:

  • reduce risk when using intensive writing app
  • reduce damage risk on flash memories
  • fail-safe mode pressing a button
  • support application upgrades using opkg packages
  • support operative system upgrades using opkg packages

This solution proposal assume:

  • wear leveling protection solved by flash card
  • button connected to GPIO pins

The idea

Raspberry PI requires a vfat partition as its first flash partition where there are several required files for booting process, this is a bootloader substitution. For example, in that partition there are files like: start*.elf and bootcode.bin which are the GPU firmware and bootloaders. Another key file is kernel.img; this is the kernel used for booting. Bootloader parameters for kernel booting are in a file called cmdline.txt and firmware parameters are set in config.txt.

At this point the most important think to take into account is kernel.img file and cmdline parameters. Because kernel is loaded and executed by default with cmdline parameters set. When kernel boot process finishes root filesystem and init process sequence will be figured out from cmdline parameters.

At this point take a look on proposed partition table could be useful: (spaces are just as a reference, use what you need)

p1 - vfat (~50MB)
p2 - ext4 - operative system base (read-only) (~150MB)
p3 - ext4 - operative system (read-write) (~250MB)
p4 - logical partition
  p4.1 - ext4 - your_application files (usually read-only)
  p4.2 - ext4 - your_application data (usually read-write)

Fail-safe boot process key is partition p2 where a minimal OpenWRT installation with a modified init sequence is found. Main idea here is detect if a GPIO shortcut is done, usually this is done just pressing a physical button and you can interact with the user emitting some beep, for example, you can tell the user when you are waiting for button press using a beep and then emit two beeps when button press is detected or nothing if no button is pressed in 3 seconds. Finally the idea is detect if you need a regular boot or a fail-safe boot.

My suggestion for minimal OpenWRT is a small footprint installation of OpenWRT without kernel modules, just the monolitic kernel loaded. Then reduce init sequence to the minimum and add fail-safe logic (GPIO button capture); if button is pressed stop boot sequence and give a shell to the user. Regular way will be invoke init file of the rootfs (p3 in the partition table).

I think the idea is simple and the complexity is reduced in two parts both of them are the init file. To be more precise the p2 partition table has its own init file and p3 the other one. p2 init file load the minimum hardware to control button and give rescue environment when it’s needed. And p3 init file mounts read-write partition and the regular filesystem with regular boot processes and all kind of stuff that you need.

Final notes

I know this is not a very practical post, but my intention is only share some ideas that I have in mind. I spend most of my time designing architectures and I think this is a very powerful architecture of a boot sequence for some professional projects based on Raspberry PI and OpenWRT.

The best way to do what I describe in this post is putting p2 in a initrd file which is referenced in kernel parameters. Because then all read-only system is a RAM partition and rootfs init file has the PID 1 dropping dual-init file complexity. But I decided to modify this part because in the past I had some problems creating initrd files specially when required space for that partition is bigger than RAM. Anyway it’s important to take in account that initrd files has the same purpose as the proposed p2 partition.

Useful links

Conferència Summer Camp Garrotxa 2015: SmartHome usant Arduino, Raspberry PI i més

Reading time: 1 – 2 minutes

Aquest cap de setmana vaig tornar a donar la meva conferència sobre “SmartHome” en aquesta ocasió vaig introduïr la novetat del sistema de feedback basat en “Tasker + Auto-notification”, a més de l’execusió de tasques basades en “crontab”. També he inclòs un petit avanç sobre el nou projecte en el que estic treballant per tal d’integrar les dades del descalcificador dins del OpenHAB usant una webcam i OpenCV per processar les imatges optingudes.

Agraïr al Xavi, Gerardo i la Laura per haver-me donat aquesta oportunitat. Tant el SCG15 com el SAX2015 són events molt familiars a més l’entorn és espectacular. Tot un descobriment del que malgrat tenir referències no havia pogut disfrutar en primera persona.


Conference: SmartHome using Arduino, Raspberry PI and more

Reading time: 1 – 2 minutes

I did this conference twice but this time it’s in English as I said before in Catalan, this is how I’m getting real a childhood dream. Thanks to open hardware like Arduino and Raspberry PI and open source software like OpenHab I have a smarthome with several automations. Last Thursday I spoke in “IoT Barcelona meetup” sharing my personal experience automating my house.

If you lost it and you want to watch the presentation video is here:

and the presentations slides are here:

Conferència: SmartHome usant Arduino, Raspberry PI i més

Reading time: 1 – 2 minutes

El dia 12 de febrer al vespre vaig fer una conferència a la FIB (Facultat d’Informàtica de Barcelona) dins de la UPC (Universitat Politècnica de Catalunya). En aquesta xerra vaig estar explicant com vaig convertint en realitat un somni que vaig tenir quan era petit, estic parlant de domotitzar la casa. Gràcies a enginys com l’Arduino i la Raspberry PI a més d’aplicacions com l’OpenHab podem fer assequible allò que si anem a grans marques comercials es fa caríssim pel meu pressupost.

En aquest enllaç podeu trobar les transparències de:  SmartHome usant Arduino Raspberry i més i el video el teniu disponible al servidor de la FIB.

Ara també teniu disponible el video a youtube:

i podeu veure les transparències des d’aquest mateix post:

Espero els vostres feedbacks als comentaris, desitjo que ús sigui útil.

Conferència al Tecnocampus: Internet of Things (IoT) low cost

Reading time: 1 – 2 minutes

Després d’arribar corrent de Cardiff on era aquest dilluns el dimarts vaig arribar a temps per fer la presentació “Internet of Things low cost” als companys del Tecnocampus de Mataró; per cert, unes intal·lacions brutals res a veure amb la EUPMT on vaig estudiar jo fa una colla d’anys. Jo encara diria més, molt millor que no pas la gran Universitat de Cardiff on vaig ser el dilluns.

Pel que fa a la xerrada agraïr a tothom que hi va assistir, a continuació adjunto les transparències pels que vareu ser-hi i pels que no.

Properament pujaré el video, o la part, del video que es va poder gravar. El problema és que són diversos gigues i he de deixar l’ordinador renderitzant cosa que encara no he pogut fer.

El video no conté tota la presentació però té una part important del contingut, així que desitjo que ús sigui útil:

Per cert, una gran part de la presentació esta reciclada de la conferència: Conferència: La revolució dels mini-PC: Raspberry PI, Arduino i més

Routerboard CRS125-24G-1S-2HnD-IN (Mikrotik) Cloud Switch

Reading time: 1 – 2 minutes

I bought this product a few weeks ago and finally I can enjoy it at home. With this product you have a firewall, gateway, switch and wireless box with:

  • 25x Gigabit Ethernet ports
  • 1x Fiber channel
  • 3G, 4G or any optional USB modem
  • With RouterOS inside you can manage: gateway, firewall, VPN and ad-hoc switching and routing configurations
  • 1000mW high power 2.4GHz 11n wireless AP


The official product page is here where you can find brochure in PDF and other useful information.

If you are looking for a powerful product for your SOHO network this is the solution as I like to say ‘this is one of the best communications servers’. It will be very difficult to find some feature or functionality that you can not get from this product. The product is robust and stable with the flexibility of RouterOS.

Conferència: La revolució dels mini-PC: Raspberry PI, Arduino i més

Reading time: 1 – 2 minutes

Ahir al vespre vaig fer una conferència a la FIB (Facultat d’Informàtica de Barcelona) dins de la UPC (Universitat Politècnica de Catalunya). En aquesta xerra vaig estar explicant què és i en que es diferència Arduino i Raspberry PI. A més de presentar tot un conjunt de solucions alternatives i experiències en el tema.

En aquest enllaç podeu trobar les transparències de:  La revolució dels mini-PC: Raspberry PI, Arduino i més. i el video el teniu disponible al servidor de la FIB.

Ara també teniu disponible el video a youtube:

i podeu veure les transparències des d’aquest mateix post:

Espero els vostres feedbacks als comentaris, desitjo que ús sigui útil.

12h amb Arduino

Reading time: 6 – 9 minutes

En un calaix tenia guardat un Arduino Duemilenove i una colla de sensors, finalment aquest passat dissabte no vaig poder evitar-ho i vaig haver-m’hi de posar. La temptació va ser massa forta. Així doncs, en aquest post el que vull és explicar-vos com he passat les meves primeres 12h sobre aquesta plataforma d’Open Hardware. Tan de temps treballant amb el concepte Open Source i per primera vegada començo a parlar d’Open Hardware això és una sensació que no té preu.

Arduino Duemilanove

Bé doncs, primer de tot comentar que el llenguatge de programació és molt simple. Tan és així que vaig invertir unes 2h en revisar tots els llibres que tinc d’Arduino en busca de més funcions o usos del mateix que compliquessin una mica la cosa pensant que no podia ser tot tan senzill. Diria que he passat massa temps amb llenguatges d’alt nivell i al tornar al món proper al hardware tot canvia tant que no me’n sabia fer el càrrec. Així doncs, amb ben poques hores ús asseguro que tindreu per la mà totes o quasi totes les instruccions del llenguatge. El que podria semblar més difíci, tot i que sota el meu punt de vista crec que no ho és gens, és fer-se a la idea de que després d’iniciar el sistema tota la lògica estarà tancada en un bucle infinit que esta esperant que els sensors captin algún tipus d’entrada per disparar la lògica. Potser el més interessant és el fet de poder introduir el concepte d’interrupcions per hardware que et permeten secuestrar el fil d’execució en qualsevol moment del codi per llençar una rutina.

Després de fer les típiques proves amb LEDs i pulsadors, vaig posar-me a investigar les entrades i sortides analògiques amb sensors de temperatura, humitat, proximitat, lluminositat i d’altres similars. Coneixer i dominar tot això és qüestió de ben poca estona però crec que val la pena passar-hi per sentir-se còmode amb les eines de programació i el propi hardware. Us recomano intentar retenir tots els pins que té la placa alhora d’entendre el codi és molt més senzill.


Arribats a aquest punt vaig descobrir que usar la consola serie per mostrar-hi informació de depuració és una de les formes més senzilles de controlar si els programes estan fent el que ens interessa. Així doncs, en aquest punt usava el port serie per volcar-hi tot tipus de comentaris explicatius per tal de seguir el fil del codi a mode de consola de treball. Per tant, us recomano tenir a mà un ‘minicom’ obert constanment per pode recol·lectar tot el feedbak que ens interessi.

On la cosa em va enganxar de veritat és quan vaig començar a posar-me amb els temes d’infra-rojos; concretament a l’hora de decodificar trames enviades per comandaments a distància i d’altres artilugis similars. És realment interessant fer implementacions manuals d’aquest tema usant els rellotges interns que té el dispositiu. T’ajuda a entendre al 100% com funcionen les codificacions dels comandaments a distància per infra-rojos. Després descobreixes que la cosa es pot simplificar moltíssim usant llibreries que t’ho gestionen tot i que t’ofereixen una serie d’interficies de més alt nivell que permeten desenvolupar aplicacions molt senzilles sense haver de preocupar-se dels detalls de les internalitats que comentava abans. Llavors és quan realment pots arribar a fer coses interessants tan a l’hora de rebre com d’enviar informació per infra-rojos.

El pas obvi que venia després d’això era començar a jugar amb protocols de comunicacinos inal·lambrics que per algo tinc vocació telemàtica, no? la veritat és que gràcies a una llibreria d’alt nivell anomenada ‘VirtualWire‘ que parla sobre com usar transmisors i receptors de 433MHz modulats amb ASK per enviar i rebre trames a través de l’aire vaig entendre al 100% com funcionava el sistema de control remot de persianes i calefacció que tinc a casa. De fet, em vaig quedar amb les ganes de seguir jugant amb aquest tema per manca de components electrònics que no tenia a mà. Seguint amb aquesta línia tot i que no vaig fer-ne proves vaig estar veient que és força simple treballar amb busos de dades SPI i I2C. Cosa que obre un món de possibilitats a l’hora de fer interconnexions amb certs aparells.

He de dir que si sou persones que us costa entendre l’electrònica analògica, com a mi, no ús heu de preocupar es poden fer miracles amb Arduino sense tenir ni idea de perquè s’acostuma a posar una resistència davant d’un LED. Això si, arriba un moment que la pròpia motivació per tot el que estas fent et porta a rellegir-te ni que sigui en diagonal els capítols dedicats a l’electrònica que tenen molts dels llibres d’Arduino. Almenys en el meu cas amb uns 30-40min en vaig tenir prou per tornar-me a posar al cap tots els conceptes que havia estudiat en el seu dia i poder seguir endevant amb els meus experiemnts amb més coneixement de causa.

Tot i que pel que vaig fer a continuació no era necessari haver fet el repàs sobre electrònica no vaig poder evitar consultar com es feia per treballar amb els mòduls Ethernet, ZigBee i Wifi que té Arduino. Com que no tenia tot aquest hardware aquesta part només la vaig fer a nivell teòric però la veritat és que ja em va ser molt útil. Em va permetre entendre com es podia treballar amb tot plegat. Això si, ara el ‘gusanillo’ el tinc en la tecnologia ZigBee (IEEE 802.15.4) que mai he tocat de primera mà, així doncs, potser per reis em regalo algún mòdul d’aquesta tecnologia per trastejar-hi una mica, a veure què tal és tot això del ‘mesh-networking’ amb aquest protocol que tants adeptes ha guanyat en el món de l’embedded.

He de dir que de les 12h prop de 4h les vaig passar fullejant i llegint amb deteniment llibres i més llibres que tinc del tema, això em va servir per veure diferents formes de fer les coses i l’abast dels projectes que fa la gent amb l’Arduino cosa que és realment interessant per familiaritzar-se amb la tecnologia. Potser vaig repassar prop de 50 projectes amb aquestes hores i me’n vaig mirar amb lupa uns 10 cosa que em va anar molt bé per coneixer a fons molts temes que per manca de hardware i components electrònics no podia reproduir a casa.

Per cert, si algú s’esperava que aquest article fos un manual de com iniciar-se amb Arduino em sap molt greu però diria que fer això no té cap sentit ja que per internet n’hi ha moltíssims de manuals que expliquen com fer-s’ho per començar. A més, també hi ha moltíssims llibres disponibles a les llibreries i biblioteques a partir dels quals podeu tenir tutorials més que bons i detallats de com començar amb aquest tema. Així doncs, m’ha semblat que era més útil explicar-vos l’experiència de les meves primeres 12h amb aquesta tecnologia.

Desafio Networking [el problema]

Reading time: 6 – 10 minutes


Se dispone de un dispositivo de hardware con un linux embedded al que no se puede acceder ya que el fabricante no lo facilita, se ha intentado acceder pero no hemos sido capaces de acceder ni con nuestros medios ni con los de una importante empresa de electrónica. Creemos que el kernel es un 2.4.X por lo que observamos. El dispositivo tiene una pantalla y su finlidad es mediante un protocolo propietario y un protocolo de transporte de ficheros (FTP) descargar una playlist para reproducir en la pantalla.

A través de red se conecta al servidor del fabricante de donde recoje una playlist y unos contenidos multimedia. Escencialmente usa los puertos:

  • TCP/8889 (protocolo de control del fabricante) va en ‘plain text’ ya le hemos hecho la ingenieria inversa.
  • FTP en modo pasivo

Con el servidor del fabricante descarga el 99% de la veces correctamente y sin problemas. En el fichero adjunto ‘korea-ok.cap’ si lo examinais podreis ver que todo se desarrolla perfectamente. La IP privada que podeis ver es del dispositivo en la LAN y a través de una LMDS se conecta a Korea a la IP:, si os fijais el fabricante usa como servidor FTP un ‘Serv-U’ para Windows.


Se ha implementado el protocolo propietario del fabricante con Python y funciona perfectamente, el problema es al hacer la descarga por FTP. El dispositivo se conecta a nuestro servidor FTP y de forma completamente aleatoria cierra la transmisión sin motivo aparente y se reinicia el dispositivo. Esto siempre pasa mientras se esta haciendo una conexión FTP-control (21/tcp) o FTP-data (puerto aleatorio del ftp pasivo/tcp).

En el fichero ‘cwd-fail.cap’ se puede ver uno de los típicos fallos que tiene el dispositivo al intentar descargar a un servidor FTP local (en este caso un proftpd en una Gentoo). Concrectamente al mandar el comando FTP ‘CWD’ el dispositivo decide cerrar la conexión y no seguir con la descarga. Después de varios intentos se reinicia. Para no perderos con los paquetes he dejado en la captura sólo el socket que tiene el problema.

Para no despistar recordar que esto no tiene porqué pasar en el canal de FTP-control puede pasar también en un FTP-data, puede pasar al 1% de descarga del fichero, al 30%, 50%, 98%… es completamente aleatorio.

Para tener más ejemplos de errores se adjunta el fichero ‘local-fail.cap’ donde se puede ver como se da un error igual al anterior pero ahora en el canal de datos de FTP. Concretamente podeis ver como se cierra el socket en el paquete 916 sin motivo apararente. Comentar que los errores de checksum de TCP no son relevantes ya que son debidos a que la tarjeta de red no estaba como sigue:

# ethtool -k eth0
Offload parameters for eth0:
rx-checksumming: off
tx-checksumming: off
scatter-gather: off
tcp segmentation offload: off
udp fragmentation offload: off
generic segmentation offload: off

En otras pruebas se han hecho con los parametros comentados y el error es el mismo. A pesar de que ya no aparecen las alertas por ‘checksum error’. Si se cree vital tener una captura sin los errores de checksum no hay problema en hacerla. Pero después de meses de pruebas esta claro que esto no es relevante.

Para demostrar que el comportamiento es aleatorio a continuación se adjunta un fichero ‘local-ok.cap’ con la captura de una sesión en el serividor FTP local que ha funcionado perfectamente. Se puede observar en el paquete: 18975 que se descarga bien el contenido de un fichero, concretamente un fichero .mpg, con este fichero finaliza todo el traspaso de datos correctamente.

Hardware y soft probado

Se han hecho infinidad de pruebas y de combinaciones:

5 servidores distintos:

  • 1 debian con kernel en el proveedor ovh.es (100Mpbs simétricos sin restricciones), servidor FTP proftpd puerto 2090/tcp
  • 1 debian con kernel 2.6.18-5-686 proveedor jazztel sin fw, ni restricción de ningún tipo 100Mbps simétricos contra internet y servidores FTP en el puerto 21 pure-ftpd y en el puerto 2090 proftpd.
  • 1 ubuntu con kernel 2.6.24-16-server proveedor jazztel con fortinet como fw en modo transparente, proftpd en puerto 2090.
  • 1 gentoo con kernel 2.6.25-gentoo-r5 en red local con proftpd en puerto 2090.
  • 1 windows xp virtualizado con vmware workstation 6 sobre gentoo con un servidor FTP Serv-U, la tarjeta de red virtual en modo bridget con la del sistema operativo host.

el comportamiento es el mismo con todas la combinaciones

Intuición de solución

Jugando con los parámetros del kernel de TCP (/proc/sys/net/ipv4) se consiguen hacer cambios de comportamiento en el error. Por ejemplo, se han hecho pruebas con:

tcp_adv_win_sacle = 0,1,2
tcp_allowed_congestion_control = cubic, bic, reno, etc.
tcp_base_mss = 512, 1024, 1500
tcp_dsack = 0,1
tcp_ecn = 0,1
tcp_fack = 0,1
tcp_sack = 0,1
tcp_syncookies = 0,1
tcp_timestamps = 0,1
tcp_workaround_signed_windows = 0,1
tcp_window_scaling = 0,1

infinidad de valores y combinaciones probadas en:


También se han hecho pruebas limitando el ancho de banda, y con algunos otros parámetros de kernel que ahora no recuerdo. Se ha probado de opimitzar los servers para rendir al máximo, al mínimo, por defecto… etc.

Lo que se consigue con todo esto es conseguir que algunas veces se haga la descarga, pero no se consigue afianzar patrones de forma feaciente, es decir, a menudo se sigue cerrando la conexión TCP.

FAQ de obviedades

  1. Es obvio que el firmware del dispositivo esta mal hecho, pero esto no se puede tocar.
  2. El dispositivo se puede configurar via una compact flash, donde se guarda un fichero de configuración, un fichero binario compilado para ARM y el contenido multimedia que se va descargando.
  3. Se ha intentado hablar mil veces con el fabricante pero es como hablar con una pared, a parte los técnicos no hablan inglés, sólo coreano. Increible, no?
  4. El problema lo tiene el stack TCP del dispositivo o algún otro elemento similar. Este es el que cierra la conexión!!! no se puede mantener la conexión abierta des del servidor cuando el dispositivo la ha cerrado, lo único que se puede hacer es evitar que el cliente la cierre. El problema es como.
  5. Si! el server del fabricante descarga bien via FTP en el 99% de los casos. Este es el gran probleam, parece tonta la pregunta pero me la han hecho como 20 veces, así que merecia estar aquí.


Los ficheros de los que se habla en este correo de pueden descargar de:

  • http://oriolrius.cat/downloads/korea-ok.cap
  • http://oriolrius.cat/downloads/cwd-fail.cap
  • http://oriolrius.cat/downloads/local-fail.cap
  • http://oriolrius.cat/downloads/local-ok.cap


El entorno de laboratorio lo tengo montado en la oficina, esta abierta 24×7 para quedar conmigo para hacer pruebas in-situ. Obviamente responderé todo lo que sea online y orientaré con lo que pueda y más.

Este problema lo arrastro desde hace unos 4 meses y llevo casi 4 dias sin vida, sólo obsesionado buscando la solución pero no hay manera de ver la luz.

No dispongo de muchos recursos, debido a que ya he perdido muchísmo dinero buscando la solución durante todo este tiempo, pero bajo resultados se recompensará tanto como sea posible a la mente privilegiada que consiga dar con la solución.

Ya tengo solución

Después de darle vueltas al tema de momento no contaré las varias soluciones que a dia de hoy ya he enontrado al problemón. Así pue aprovecharé el problema para lanzar el podcast 1×11 describiendo con todo detalle el problema y dando algunas pistas de como llegar a la solución. Quizá a nadie le pique tanto la curiosidad como para seguir la solución con este detalle pero de esta forma mantengo un poco la intriga y si alguien realmente necesita saber la solución sin seguir el culebrón sólo tiene que mandarme un correo privado y se lo contaré. Para hacer boca deciros que la intuición de solución que tenia no era mala.

Gumstix Netstix 200xm-cf mu-ordinadors amb linux

Reading time: 1 – 2 minutes

L’agost del 2005 us parlava dels mu-ordinadors amb Linux doncs bé, ara aquells mateixos Gumstix tenen més models disponibles fins hi tot dins de la seva mini-caixa i amb unes prestacions igual de sorprenents que quan en vaig parlar per primer cop al blog.


Perquè us feu una idea la caixeta de la foto metix 35x103mm, però té espai per un slot CF de tipus II i un RJ45 ethernet. A més té una CPU PXA255 XScale a 200MHz, 64Mb de RAM i 16Mb de flash. Si volem posar-hi wi-fi podem aprofitar l’slot CFIO que té. Obviament tot el sistema ve de fàbrica amb linux.

Si com sempre el que us preocupa és el preu doncs el podeu comprar directament a la web de Gumstix amb una font d’alimentació de 4V per 186.50$ o per 165$ si en compreu més de 1000.