如何读取、修改嵌入式产品Flash中内容?

科技   2025-01-25 11:38   山东  
    本文将介绍如何拆焊Flash芯片,设计及制作相应的分线板。了解对嵌入式设备的非易失性存储的简单有效攻击手段。这些攻击包括:
  • 读取存储芯片内容

  • 修改芯片内容

  • 监视对存储芯片的读取操作并远程修改(中间人攻击)

    想想,当你拆开一个嵌入式产品,却被挡在Flash之外,好奇的你一定想对它一探究竟。

    那么,下面我们就开始。


拆焊Flash芯片

    为了读取Flash芯片的内容,有以下两个基本途径:

  • 直接将导线连接到芯片的引脚

  • 把芯片拆下来,插到另一块板子上

    下面介绍的Flash为BGA(球形栅格阵列)封装——无外露引脚。因此,只能选择拆焊的方法。关于Flash的文章:EEPROM和Flash这样讲,我早就懂了

图:目标芯片

拆焊法的优点:

  • 可避免对电路板上其他器件造成影响;

  • 可以很容易看到芯片底部的布线;

  • 可用其他芯片或微控制器代替原芯片。

一些不便之处:

  • 电路在缺少完整器件的情况下无法运行;

  • 在拆卸过程中,一些邻近器件可能被损坏;

  • 如果操作不恰当,Flash本身可能毁坏。

    OK,拆焊是吧?你看,下图所示的热风枪简直就是神器。只要将芯片周围加热,便可以很容易地拿下芯片:

图:热风枪拆焊

    这种办法简单、快速只是可能伤及无辜——焊掉邻近的元件,所以,务必小心翼翼。

    下图显示芯片拆下后PCB的布线。观察图片,猜想底部的两列引脚为空引脚,因为他们压根就没接入电路。

图:拆焊下来后


用KiCAD定制分线板

    现在该做什么?BGA封装简直就是一团糟,依然无法外接导线。

    一种可行的方法是制作分线板。通常,分线板是将芯片的所有针脚的位置“镜像”下来,这样就能将芯片的引脚引接出来。

    为此,我们首先要搜集芯片的相关信息。大多数情况下,芯片的型号都印制在芯片上,这样我们就很容易识别。如上图,芯片上第一行为MXIC代表Macronix International公司,第二行为芯片的具体型号MX25L3255EXCI datasheet 。以下为datasheet资料:

图:针脚排布

    PCB的设计可由KiCAD ,常用的EDA软件实现。

    分线板的设计过程与其他PCB板一样:

  • 新建电路板,画出电路简图,标明元器件的具体型号

  • 确定芯片的具体尺寸

    根据之前datasheet的资料。我们添加1个4×6的网格作为整个芯片的BGA封装,2个1×4的网格作为连接芯片8个有效引脚的接线柱。最后一步是,用线路将这些器件连接起来:

图:step2

    转接板的设计到此为止,接下来是如何把设计转化成的PCB。


PCB制作

    PCB就像是由两层铜和一层基板压制成的三明治,导线分布在铜上面。

    根据制作流程,分为:

  • 蚀刻法

  • 数控铣法

    以下为两种方法的具体步骤。

蚀刻法

    蚀刻,即是用化学药品逐步除去铜的过程。我们先用油墨保护覆铜板上的线路及要保留下来的铜。

    1.首先,用热转印法制作PCB。PCB电路图用激光打印机打印在亮光纸上。然后,把亮光纸紧贴在覆铜板上,加热和施以压力,使亮光纸上的电路图转印到覆铜板上。通常,这个过程用熨衣服的熨斗即可完成,但是专用的压制器会使加热及受力更加均匀,更容易成功。

    2.接下来是蚀刻,将整块PCB板浸没在腐蚀液,以此来去除多余的铜。

    蚀刻后的分线板,转印的墨粉还附着在上面:

图:step3

    除去墨粉后:

图:step4

    现在可以准备手工焊接了。微型焊接与正常焊接一样,只是器件的尺寸极小,因此需要借助显微镜。

    此外,传统的焊接用的是线状的焊锡丝,而BGA微型焊接用的是锡球。

图:step5

    接下来,开始重整锡球:

  • 将一个新的锡球放置在凹槽上,加热,熔化锡球;

  • 校准芯片和板子;

  • 回流。

图:step6

    锡球重整完成:

图:step7

    芯片焊接完成后的最终结果:

图:step8

数控铣

    作为替代方法,数控铣仅是将需要的线路和剩余的铜隔离开来而已。

    (1)5X5的BGA通常用于制作 PCB,而4X6的常用于分线板。我们设计5X5的是为了该分线板可以直接插接在通用EEPROM 编程器的ZIF插槽里,电路简图如下:

图:step9

    (2)芯片的尺寸与前面设计的4X6的一样,只是网格变成5X5,板上的布线也稍显复杂:

图:step10

    (3)由于KiCAD无法直接生成与数控铣兼容的目标文件,因此,我们用Flatcam接收Gerber文件并确定数控铣隔离的导线的路径:

图:step11


图:step12

    (4)接下来将生成的STL文件导入bCNC——数控铣的终端控制程序,如下图所示:

图:step13

    雕刻过程中:

图:step14

    (5)板子雕刻完成:

step:15

    最终结果:

图:step16

    (6)下一步,涂覆阻焊层,保护铜不被氧化,并用紫外灯固化:

图:step17


图:step18

    (7)阻焊层覆盖了BGA的铜片及1X4的接线柱,我们得刮掉这个薄层,使铜片露出来:

图:step19

    (8)给各个节点焊锡:

图:step20


图:step21

    (9)回到数控铣,打孔,切削PCB的边缘:

图:step22


图:step23

    (10)最终成品,BGA焊接在板子上,准备插到EEPROM编程器上:

图:step24


结论

    了解了如何拆焊Flash芯片和如何设计PCB,以及制作PCB的两种不同方法。

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