Show HN: 将20美元的4G无线热点改装为短信设备

# 将一个20美元的4G无线热点改造成短信设备 来源：https://bkovac.github.io/modem-thing/ ## 项目缘起 我总把自己的东西整理得一团糟。虽然总想收拾好，但书桌上还是经常堆满杂物——从各种速卖通订单和手头项目，到礼物和没来得及收纳的物品，应有尽有。 这个项目正是这么来的。某天我桌上摊着这些东西： - 几款理论上兼容OpenStick的设备型号：最终使用的MF800、尺寸合适但缺电池/GPIO不足的UZ801、因其他问题被淘汰的USB盘式设备 - Clicks iPhone 16 Pro Max键盘（https://www.clicks.tech/en/products/clicks-keyboard-for-iphone-16）（表亲送的礼物——可惜我没有合适的iPhone 🥲） - Adafruit SHARP内存显示屏（https://www.adafruit.com/product/4694）开发板 不出所料，我的"原始人大脑"立刻把这三样东西拼在了一起。 当然，我也承认多少受到了之前了解的这些产品的影响： - sqfmi的Beepy（https://beepy.sqfmi.com/） - Playdate掌机（https://play.date/） ## 调制解调器 由于供需关系的神秘定律和供应链的魔力，现在竟能以不到20美元包邮的价格，买到集成WiFi、蓝牙、显示屏、全电池供电且完全解锁的4G调制解调器。这当然是本项目的核心基础。 该设备分带屏和无屏版本，无屏版用LED替代显示，但PCB电路板相同。自带的GC9107显示屏效果很差，所以我直接弃用了。 借助优秀的OpenStick项目，可以轻松为设备刷入Linux系统。原厂设备运行安卓系统，但默认可使用adb访问——通过adb能直接进入EDL模式重刷固件。务必提前备份所有关键分区。电路板上还有可通过短接进入EDL模式的测试点。 从运行中的安卓系统提取设备树能获得大量关键信息，务必执行此操作。 以下是几个实用指南和资源： - OpenStick GitHub仓库（https://github.com/OpenStick/OpenStick） - openstick.de网站（https://openstick.de/） - wvthoog.nl博客（https://wvthoog.nl/openstick）——我最初使用的内核来自此处 - extrowerk.com博客（https://extrowerk.com/2022-07-31/OpenStick.html） - 本项目的GitHub仓库（https://github.com/bkovac/modem-thing）也可能提供帮助 OpenStick真正的难点在于驱动程序和设备树适配，这点我们稍后讨论。 ## 键盘 Clicks键盘没什么特别可说的。手感极其出色，唯一的缺点是要花不少银子——更糟的是你还得亲手剪裁它 😱。 关于通信协议，根据我之前处理MFi设备（https://mfi.apple.com/）的经验来看，它就是标准USB键盘加上iPhone授权前需要握手的苹果专有端点。因此对于本项目而言，它就是个普通键盘。 顺便提一下，Clicks有配套手机应用用于配置/更新等功能。键盘本身基于CH32V203或类似芯片，理论上可以刷写自定义固件，但目前我暂无此需求。未来或许会开发配置工具。 ## 显示屏 SHARP显示屏的高对比度效果很棒（非常适合我这个仅用于消息收发的"功能设备"场景）。如果说键盘已经没什么可说的，那这里更是乏善可陈。 它就是个显示屏。 你发送指令。 它显示内容。 ## 适配电路板 我很快意识到必须设计一块定制PCB。虽然不确定MF800板载什么元件（最终也没拆开屏蔽罩），但基本可以确定没有5V升压电路。 由于尺寸限制（后文详述），USB接口最终会被裁剪，因此需要相应的解决方案。 最终设计的PCB负责处理以下功能：USB主机模式供电、USB主机/设备模式切换、显示屏供电及信号电平转换。 我订购了PCB并委托贴片。考虑到双面贴片成本高昂，我做了些妥协将所有元件集中在单面。背面用于PCB对PCB连接的焊接点。 所有文件均可在GitHub（https://github.com/bkovac/modem-thing）获取，PCB主要包含： - TUSB320 - USB模式切换 - SN74LVC8T245 - 电平转换 - MCP1640 - 5V升压模块 - TPS22917（一高一低）- VBUS/VBAT切换 - USB接口和显示屏FPC接口 - 用于连接MF800的测试焊盘 ## 外壳方案1 MF800比其他OpenStick设备大不少，部分因为内置电池，部分因其本身结构特点。 （MF800去掉后盖，已移除（不必要的）引导模式引脚开孔） 要装进Clicks外壳，要么竖着放导致整体异常臃肿，要么裁剪PCB横向放置。 顶部示意图（蓝线为USB数据线从接口到SOC的走线） 底部示意图（红线为计划切割位置，蓝圈标出USB数据测试点过孔） 注意右侧切割线会切断电池连接线，后续需要修补。 ## 裁剪PCB PCB裁剪效果出乎意料地好。设备立即正常启动，所有功能正常。原来这些区域确实没有关键线路经过。 裁剪后的PCB在测试外壳中，下方电池已用导线修复VBAT连接 唯一未测试的是USB连接和4G调制解调器。调制解调器99%不会有问题（这些区域下方没有相关布线），但USB过孔可能被误伤让我有些担心。 （2D扫描的PCB裁剪后拉伸图，完美契合iPhone宽度） ## 走线1 我决定复用旧显示屏的焊盘。现在想来这选择很蠢——当时可能是想用刚性挠性PCB模仿原装显示屏的焊接方式（但看到价格后立刻否决了）。 现在回想起来，应该使用micro SD卡槽旁标有丝印的焊盘。*不过当时没检查这些焊盘是否与SIM卡共用。* 由于设备能正常启动且有原始安卓设备树，我提取了显示屏SPI使用的引脚。用`gpioset`命令测试确认无误。电源和地线同理（虽然电源测试是通过在设备树中禁用后重启实现的）。 用万用表核对引脚映射 首先连接并测试电源，然后是USB。这是因为可以作为独立单元测试，而且USB涉及电路设计和那个可疑过孔，让我更谨慎些。 连接USB和电源 当然，最初并不成功。测量焊盘发现电压正常后，我在笔记本的`dmesg`中看到设备尝试枚举——说明确有信号交互。 注意到显示"high-speed"让我有点意外。没料到会用高速USB。第一反应是导线太长。但在缩短前尝试了把导线绞得更紧——竟然成功了😲！ 设备USB Gadget枚举成功 紧接着尝试反向通信（从设备读取）。花了不少时间才搞明白：并非所有速卖通转接器都能正确连接CC线。键盘虽然能正常工作，但我没敢首先测试它，担心接线错误。 （键盘输入事件记录） ## 走线2 连接显示屏SPI线路前，想先确认设备树配置正确。虽然之前的测试已确认焊盘无误，但这里容易出问题。 （设备树SPI节点代码块） 例如高通驱动程序的兼容性问题——注释掉的`linux,spidev`实际不会导出`spidev`，所以我们用`dh2228fv`作为替代方案。 通过循环运行`spi-pipe`工具，能在MOSI和CLK线上测到电压变化——这足以证明有信号活动。当然用示波器或逻辑分析仪检测更好，但手头没有这些设备。 受到电源和USB成功的鼓舞，我冒失地在设备通电时连接了显示屏（🤦）。 显示屏立即出现异常，我以为它坏了。万幸最终恢复正常。（其实每次开机都会出现这情况，目前不确定是否需要担心😬。） 确认没有元件烧毁或过热后，我继续调试显示屏。 用AI生成的Python脚本折腾一小时毫无进展。可能的故障点太多：电平转换器、走线问题、接触不良等等... 最终发现（这似乎是高通驱动的通病），驱动对CS（片选）信号的处理有问题（可能不适合当前用例）。改用`libgpiod`手动控制CS引脚后，终于成功驱动了显示屏。 （显示屏显示棋盘格测试图案） ## 重新走线 我对所有布线都不满意——从供电用的"电工线"到信号用的细磁线，再到绕在MOSI和CLK上毫无作用的接地绞线——于是决定全部重做。 这次信号和供电都改用较粗的磁线（定型性更好）。但没重做USB数据线，因为主板焊盘状态不太理想。 （改进后的走线，仍缺阻焊层和胶带固定） ## 显示屏内核驱动 之前的测试都用简单Python脚本完成，但正规方案需要内核驱动。可选驱动不少，我选择了ardangelo的sharp-drm-driver（https://github.com/ardangelo/sharp-drm-driver）。选择`DRM`驱动的理由： - 支持直接输出视频播放（如`mpv`）——虽然帧缓冲也能实现，但在2026年这方案太落后 - 方便运行X/Wayland——或许能折腾出桌面环境找点乐子 - 可扩展驱动实现局部刷新 - 仍保留帧缓冲接口 驱动几乎立即生效。我只需调整CS信号的默认高电平设置。 这辈子头一次编译内核模块如此顺利。当时用的神秘内核是`6.12.1-msm8916`版本（启用了模块支持），并找到了对应的`.config`文件。 接着下载主线Linux `6.12.1`内核，祈祷没有重大变动。事实证明足够兼容，经过几处小修改，驱动就正常工作了。 （最终设备树节点示例——注意CS逻辑由显示屏驱动处理） （标准Linux控制台登录提示出现） 目前问题是驱动会将低于某阈值的像素色四舍五入为黑色，高于则为白色（或根据参数反转）。这对文本显示（或自行绘制UI）效果很好，但播放视频/显示图片时效果就很差了。解决方案是为驱动添加抖动算法。 （未启用抖动时的视频显示效果） 我添加了自定义sysfs值，允许用户启用抖动并选择算法： - Atkinson算法（适合视频） - Floyd-Steinberg算法（适合静态图像） 所有初始功能均保持完整。 （用MPV播放Big Buck Bunny效果出色） 更多技术细节和DRM驱动补丁详见项目GitHub仓库（https://github.com/bkovac/modem-thing）。 ## 外壳方案2 当所有组件就位并验证功能后（即尺寸已确定可测量），我开始建模近乎最终的外壳——希望能放入键盘壳体而不担心损坏。 由于苹果未公开iPhone内部USB-C接口深度数据，这过程有点碰运气。通过测量标准苹果USB-C线缆（与设备严丝合缝）进行插值推算。 （设置USB为主机模式后的Linux登录界面） 这次打印虽不太实用，但验证了USB接口等关键尺寸测量正确。 另外两面侧壁打印失败，建模时（图片中的显示屏尚未收到）缺乏可用的显示屏模型，导致顶盖设计不完整。 （顶盖适配但缺显示屏开孔，外壳仍待裁剪） ## 最终外壳（目前） 这就是当前的最终外壳方案。*大部分*组件都成功装入。我先用聚酰亚胺胶带快速组装测试。 （胶带固定的最终外壳，外壳待裁剪） 此时因生活事务，我暂时无法使用大部分工具（主要是3D打印机）。 被迫采用热熔胶固定外壳，而非打印可卡扣组装的*最终版*。 我还忘了电源按钮——虽然PCB上有按键且功能正常，但外壳没有对应开孔和按钮柱。用小孔加插销临时解决，虽然丑陋但可用。 （热熔胶固定的外壳） 现在这个