DavidClawson/OpenScope-2C53T
GitHub: DavidClawson/OpenScope-2C53T
针对FNIRSI 2C53T手持三合一仪器（示波器/万用表/信号发生器）的开源替代固件，通过逆向工程原厂二进制文件后以净室方式完全重写，旨在释放廉价硬件的真正潜力。
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# OpenScope 2C53T
**FNIRSI 2C53T 手持示波器 / 万用表 / 信号发生器的开源替代固件。**
FNIRSI 2C53T 是一款售价 75 美元且功能强大的手持式三合一仪器，但糟糕的原厂固件拖了它的后腿。本项目是在对原厂二进制文件进行逆向工程的基础上，完全通过净室（clean-room）方式重写的固件。
## 当前状态
**自定义固件已在真实硬件上运行。** UI、按键输入、电池管理和 USB 引导加载程序均可正常工作。目前的积极开发重点是获取来自 FPGA 的实时示波器数据。
### 当前硬件上的可用功能
- 4 种可导航的 UI 模式：示波器、万用表、信号发生器、设置
- 4 种颜色主题（深蓝、经典绿、高对比度、夜间红）
- 4 种尺寸（12/16/24/48px）的可变宽度位图字体
- 带有显示 + 输入任务的 FreeRTOS
- 500Hz 频率下的 14/15 按键矩阵扫描
- 电池监控（电量百分比、USB 充电检测、低电量自动关机）
- 软电源管理（3-2-1 倒计时关机）
- 看门狗与健康监控
- USB HID 引导加载程序（支持不拆机进行固件更新）
- FPGA USART 通信（双向通信，仪表数据流通）
## 已实现、已测试，等待真实数据验证
这些算法已编写并经过单元测试，但目前运行在演示波形上。一旦 FPGA ADC 数据通过 SPI3 流入，它们就会被激活。
- FFT 频谱分析仪（4096 点，5 种窗口函数，平均值，最大值保持）
- 协议解码器（UART, SPI, I2C, CAN, K-Line/KWP2000）
- 数学通道（CH1+CH2, CH1-CH2, CH1*CH2, 反相）
- 自动测量（频率、Vpp、Vrms、占空比）
- 余辉显示（5 种衰减模式）
- Bode 图引擎（对数扫频、增益/相位计算）
- 信号发生器（DDS，4 种波形）
- 元器件测试仪（电阻、电容、ESR、二极管、通断）
- XY 模式、Roll 模式、趋势绘图
- Mask/Pass-Fail 测试
- 带校验和的配置保存/加载
- 截图捕获（BMP）
## 正在进行
- **FPGA SPI3 数据采集** —— 已找到根本原因（需要 PB11 为高电平、完整的启动命令序列、队列驱动的触发）。这是实现可用示波器的关键路径。
## 硬件
| 组件 | 详情 |
|-----------|---------|
| **MCU** | Artery AT32F403A — ARM Cortex-M4F @ 240MHz，1MB flash，224KB SRAM |
| **显示** | ST7789V 320x240 RGB565 通过 16 位并行总线 (EXMC) |
| **FPGA** | Gowin GW1N-UV2 — 处理 250MS/s ADC 采样 |
| **ADC** | 双通道，8 位，250MS/s 通过 FPGA SPI3 |
| **信号发生** | 2 通道 12 位 DAC |
| **Flash** | Winbond W25Q128JVSQ (16MB) — UI 资源和校准数据 |
| **输入** | 15 个按键（4x3 扫描矩阵 + 3 个独立按键） |
## 入门指南
### 前置条件
```
# macOS (Homebrew)
brew install --cask gcc-arm-embedded # ARM toolchain
brew install dfu-util # USB DFU flasher
```
### 首次硬件设置
首次刷写需要打开外壳以访问 DFU 启动焊盘。之后，所有的更新都可以在合上外壳的情况下通过 USB-C 进行。
**所需工具：** 十字螺丝刀、一根跳线或镊子、USB-C 数据线。
1. 拧下背面的 4 颗十字螺丝并打开外壳
2. 找到 USB-C 接口下方排针上的 3V3 焊盘以及 BOOT0 测试点
3. 在将 BOOT0 与 3V3 短接的同时，按下复位孔按钮，然后松开 —— 设备将枚举为 "AT32 Bootloader DFU"
4. 为 224KB SRAM 设置 EOPB0（一次性操作，AT32 默认只有 96KB）：
dfu-util -a 1 -d 2e3c:df11 -s 0x1FFFF800 -D firmware/build/option_bytes48.bin
5. 刷入引导加载程序和应用程序：
cd firmware && make flash-all
6. 合上外壳 —— 您以后无需再打开它
### 常规开发周期（免开壳）
一旦安装了 USB HID 引导加载程序，更新就变得非常简单：
1. 在设备上：**设置 > 固件更新** （显示 "BOOTLOADER MODE" 界面）
2. 在您的电脑上：
cd firmware && make flash
3. 设备将自动重启并进入更新后的固件
### 构建
```
cd firmware
make # Build for hardware (AT32 @ 240MHz)
make emu # Build for emulator (skips hardware init)
```
### 模拟器（无需硬件）
```
make renode # Run in Renode with LCD display
make renode-interactive # Run with keyboard input
```
需要在 `/Applications/Renode.app` 安装 [Renode](https://renode.io/)。也可使用原生的 SDL3 LCD 查看器（`brew install sdl3 && cd emulator && make`）。
## 项目结构
```
firmware/ Custom replacement firmware (C + FreeRTOS + Make)
src/main.c Entry point, FreeRTOS tasks, mode switching
src/drivers/ LCD, buttons, battery, watchdog, DFU boot
src/ui/ Scope, meter, siggen, settings, themes
src/dsp/ FFT, math channels, signal gen, Bode
src/decode/ Protocol decoders (UART, SPI, I2C, CAN, K-Line)
src/tasks/ Measurement engine, component tester, mask test
bootloader/ USB HID IAP bootloader (16KB)
reverse_engineering/ Hardware analysis and protocol documentation
ARCHITECTURE.md System overview (start here for RE)
HARDWARE_PINOUT.md Complete MCU pin assignments
FPGA_PROTOCOL_COMPLETE.md Full FPGA command/data specification
COVERAGE.md 309 functions mapped from stock firmware
analysis_v120/ Detailed V1.2.0 analysis artifacts
emulator/ Renode platform + SDL3 LCD viewer
docs/ Design docs, analysis, planning (see docs/README.md)
modules/ JSON procedure files (automotive, HVAC, ham radio)
scripts/ Font generation, flash tools, soak testing
```
## 文档
请从[文档索引](docs/README.md)开始阅读。主要文档包括：
- [架构概述](reverse_engineering/ARCHITECTURE.md) —— 硬件工作原理
- [FPGA 协议](reverse_engineering/FPGA_PROTOCOL_COMPLETE.md) —— ADC 采样与命令接口
- [硬件引脚分配](reverse_engineering/HARDWARE_PINOUT.md) —— 所有 MCU 引脚映射
- [路线图](docs/roadmap.md) —— 已完成的工作、下一步计划及未来规划
## 逆向工程
原厂固件是使用 [Ghidra](https://ghidra-sre.org/) 进行逆向工程的。我们已经识别并命名了 309 个函数，映射了所有约 40 个 FPGA 命令，完整记录了 ADC 数据格式，并追踪了每一个硬件引脚。目前对原厂固件的理解程度已达到约 98%。
本代码库中未分发任何 FNIRSI 源代码。有关方法论和法律依据，请参阅 [reverse_engineering/README.md](reverse_engineering/README.md)。
## 贡献
这是一个处于积极开发阶段的个人独立项目。核心架构仍在成型中，因此我目前不接受代码贡献。
**如果您拥有一台 2C53T 并希望提供帮助：**
- 提交有关硬件观察、错误报告或功能请求的 Issue
- 测试固件版本并报告哪些功能可用 / 哪些不可用
- 分享 FPGA 通信的逻辑分析仪抓取数据
一旦数据采集流程稳定下来，可能会接受代码贡献。
## 相关项目
- [pecostm32/FNIRSI-1013D-1014D-Hack](https://github.com/pecostm32/FNIRSI-1013D-1014D-Hack) —— 1013D/1014D 的原理图、数据手册和 FPGA 文档
- [pecostm32/FNIRSI_1013D_Firmware](https://github.com/pecostm32/FNIRSI_1013D_Firmware) —— 1013D 的替代固件
- [Atlan4/Fnirsi1013D](https://github.com/Atlan4/Fnirsi1013D) —— 最活跃的 FNIRSI 固件分支（471 次提交）
- [Gissio/radpro](https://github.com/Gissio/radpro) —— FNIRSI 盖革计数器的自定义固件
## 许可证
[GNU General Public License v3.0](LICENSE)
标签：ADC数据处理, Bootloader, CAN总线, DDS波形生成, FFT频谱分析, FPGA, FreeRTOS, I2C通信, SPI通信, UART通信, USB HID, 万用表, 二次开发, 云资产清单, 信号发生器, 协议解码, 固件开发, 客户端加密, 嵌入式开发, 嵌入式系统, 底层开发, 开源硬件, 物联网安全, 电子测量仪器, 硬件安全, 硬件调试, 硬件黑客, 示波器, 组件测试, 逆向工程