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Lector, copiador y borrador de tarjetas RFID MIFARE

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Estoy liado con varios proyectos que involucran lectores de tarjetas RFID tipo MIFARE de NXP https://www.nxp.com/products/identification-and-security/mifare-ics/mifare-classic:MC_41863 con lectores MFRC522 https://www.prometec.net/producto/rfid-kit-arduino y Arduino UNO

MFRC522

Uno de los probemas que he encontrado es que, cuando trabajas con montones de tarjetas y varios proyectos a la vez, es muy facil confundir tarjetas o incluso programar keys incorrectas. En esas condiciones las tarjetas pueden quedar inútiles (es imprescindible conocer las keys internas para usarlas o borrarlas).

Este programa para Arduino UNO (posiblemente funcione en otros) nos permite averiguar las keys programadas en las tarjetas para luego borrarlas o copiarlas sin preocuparnos de buscar las keys exactas que fueron programadas dentro.
Para ello es necesario compilar el programa con la lista de las keys comunmente usadas en nuestros proyectos. El programa intenta autentificarse en cada sector con cada una de las keys programadas y crea una lista de keys y secores. Esto nos permite luego borrar la tarjeta y dejarla en condiciones de fábrica o copiarla a otra vacía.
Es necesaria la librería de arduino MRFC522 que puede instalarse desde el gestor de librerías del arduino IDE o de aqui: https://github.com/miguelbalboa/rfid

El conexionado necesario es muy sencillo:

Fos ficheros del proyecto: HeliMifareClonner.zip

Para usar el programa se abre con el IDE de arduino y se carga en el arduino. Luego se abre el «monitor serie» y se configura a 115200 baudios y «sin ajuste de linea». Aparecerá un menú con 5 opciones, que es autoexplicativo:
1: PROBAR las Keys conocidas. Intenta averiguar que key, de la lista incluida en el programa, corresponde con cada sector de la tarjeta.
2: LEER Tarjeta: Lee la tarjeta usando la lista de keys averiguada anteriormente.
3: VER DATOS de tarjeta: Muestra el bloque de datos (1024 bytes) que ha podido leer con la opción 2
4: ESCRIBIR nueva tarjeta: Escribe una tarjeta vacía, que este con las keys de fábrica a FFFFFFFFFFFF, con los datos leidos anteriormente y luego instala las keys averiguadas en cada sector. Esto crea una tarjeta clon de la leíada anteriormente. El bloque 0, que contiene el UID y otros datos del fabricante, no se copia. Aunque algunas tarjetas de fabricantes alternativos (No NXP) permiten escribir en el bloque 0 usando una secuencia de comandos especial, este programa no lo hace (la línea de código necearia esta comentada en el programa) porque no he podido probar que funcione correctamente.
5: COMPROBAR Tarjeta con datos Compara los datos leidos previamente con los datos de otra tarjeta. Si las keys no son las mismas en las dos tarjetas los bloques trailer no podrán coincidir y habrá otros sectores que no podrán leerse y quedarán sin comparar «SIN DATOS».
6: BORRAR tarjeta: Borra una tarjeta usando las keys averiguadas para dejarla tal y como vienen de fábrica, con las keys a FFFFFFFFFFFF («transport keys»).

Como optimizar el consumo de memoria en programas de Arduino

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El compilador que usa el entorno Arduino es muy óptimo y es dificil escribir el programa de forma que genere menos código: el compilador optimiza automáticamente independientemente de como lo esribamos.
Pero hay algunos detalles que permiten ahorrar bytes de RAM o de FLASH, cambiando un poco el enfoque de los programas!

Uno es usar el macro F() para las variables de cadena que pasamos a algunas funciones, principalmente Serial.print().
Usando como ejemplo el programa http://heli.xbot.es/?p=501 podemos cambiar la línea 61 de:
        Serial.println («Testing AnalogKeyPad»);
a
        Serial.println (F(«Testing AnalogKeyPad»));

Compilando con el IDE de Arduino 1.8.5 para Arduino UNO (Atmega328p),
la primera forma genera un programa de 1958 bytes que usa 269 bytes de RAM y
la segunda forma genera un programa de 1998 bytes que usa 249 bytes de RAM.
Hemos ahorrado 20 bytes de ram (de los 2048 disponibles) pero el programa ha crecido en 40 bytes!
Que no cunda el pánico, ahora optimizamos mas todavía:
cambiamos la línea 70 de:
        Serial.print («Pulsado «); Serial.println (b);
a
        Serial.print (F(«Pulsado «)); Serial.println (b);
Ahora el programa ocupa 2004 bytes y usamos 239 de RAM, el programa solo ha crecido en 6 bytes y hemos ahorrado 10 bytes de RAM.

El programa sobre el que estamos trabajando es muy sencillo y no tiene mas cadenas constantes, no podemos seguir mejorándolo, pero cualquier cadena que convirtamos en constante en el futuro ahorraría aproximadamente su longitud en RAM incrementando solo 6 bytes de código en FLASH.

¿Y por que es así?
Porque el micro ATMEGA328P, y toda la familia aTMEGA, son micros con Arquitectura Harvard y eso significa que los DATOS y las instrucciones de PROGRAMA se almacenan en espacios separados y se acceden usando instrucciones de programa distintas.
Eso representa un problema para el compilador porque tiene que generar un código distinto para manejar datos variables (en RAM) y datos constantes (en memoria de programa FLASH).
El compilador que usa el entorno de Arduino es el AVR-GCC y soluciona este problema copiando en RAM las constantes y usando siempre funciones que trabajan sobre RAM.
Esto tiene el inconveniente de que cada constante que declaramos en nuestro programa ocupa una cantidad igual de memoria de programa y de RAM.
Y esto no tiene facil solución porque, para manejar datos que solo esten en memoria de programa, hacen falta funciones distintas que sepan manejar los datos residentes en ese espacio de memoria.
En arduino existe el macro F() que permite instruir al compilador para que almacene una cadena constante solo en FLASH.
Además la función Serial.print() esta sobrecargada de forma que se compila de forma distinta para cadenas variables que para cadenas constantes.
La primera vez que usamos la función Serial.print(F()) el compilador añade el código de la librería necesario para manejar cadenas constantes y por eso el programa crece un poco. Los siguientes usos de la función solo incrementen un poco el código debido a la diferente gestión de los datos.
Lo importante es que cada uso de F() ahorra una cantidad de RAM igual a la longitud de la cadena usada! Y en RAM es donde mas justo esta el Atmega328p.

Podemos usar esta técnica para otras constantes, pero si la función que las ha de usar no esta adecuadamente sobrecargada (es decir, no tienen definida función para trabajar con datos en espacio de programa) no será posible. Tenemos que escribir nuestro propio código para acceder a esos datos en memoria de programa… pero es sencillo.

Este es un array normal, cada dato (int) ocupa dos bytes de FLASH y dos de RAM.
        const int KeyVals[nKeys+1] = { 693, 665, 624, 573, 544, 491, 463, 432, 393, 353, 308, 249, 188, 157, 117, 79, 0};

La forma de decir al compilador que queremos que almacene un array en memoria de programa es esta:
        const int KeyVals[nKeys+1 ] PROGMEM = { 693, 665, 624, 573, 544, 491, 463, 432, 393, 353, 308, 249, 188, 157, 117, 79, 0};

Pero al usar la segunda forma ya no podemos hacer:
if (Val >= KeyVals[i]) break;

porque el manejo de variables array solo puede trabajar con datos en RAM. ATENCION el compilador no informará de un error!!! pero el programa no funcionará. Los datos estarán almacenados en un espacio de memoria pero el programa intentará usar punteros a ese espacio de memoria en otro espacio de memoria distinto, con lo que apuntará a datos distintos y no funcionará!! Debe usarse la función adecuada para leer los datos almacenados en la memoria de programa, usando los punteros a memoria de programa ha generado el uso de PROGMEM: pgm_read_word(), porque los datos son de tipo int (ocupan 16 bits):
        if (Val >= pgm_read_word(KeyVals+i)) break;

Para el otro array, que es tipo char (8 bits), se debe usar la función
        pgm_read_byte(Keys+i);

NO se puede usar el índice [i] en un array PROGMEM ya que su gestión esta definida para trabajar con variables RAM. Debe usarse +i que sirve para punteros a RAM o a FLASH.

Después de aplicar estas dos optimizaciones al programa (dos líneas con F() y dos arrays cambiados a PROGMEM) el programa que antes ocupaga 1958 bytes de FLASH y usaba 269 de RAM ahora ocupa 1992 bytes de FLASH pero solo usa 189 bytes de RAM.
Ha crecido en 34 bytes de 32768 disponibles (~ 0.1%) pero ha bajado el uso de ram en 80 bytes de 2048, casi un 4% de mejora.

https://www.arduino.cc/en/Reference/PROGMEM

El programa optimizado: AnalogKeyPad1

Teclado de matriz 4×4 analógico para arduino

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Aunque ya hay teclados de matriz analógicos comerciales y librerías para arduino (este, por ejemplo: https://www.sparkfun.com/products/12080) es interesante convertir los teclados de matriz que ya tenemos por casa a analógico.
Las placas Arduino tienen entradas analógicas de 10 bit y solemos tener alguna sin usar…
Siguiendo esta idea: http://www.technoblogy.com/show?NGM puede hacerse con 7 restencias normales del 5% de tolerancia con este esquema:

Código:

/*
* AnalogKeyPad: Teclado de matriz para lectura analógica
* segun esquema:  http://www.technoblogy.com/show?NGM
*
* (c) Heli Tejedor, http://heli.xbot.es, Octubre 2017
*
* Este Software se distribuye bajo licencia
*
* Creative Commons 3.0 Reconocimiento, No Comercial, Compartir Igual (CC BY-NC-SA 3.0)
* http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/deed.es_ES
* http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/
*
*/

// Configuracion del teclado
#define nKeys 16

#define NO_KEY 0
#define KEYPAD_PIN A0

// Tecla de la matriz 4x4: NINGUNA S1 S5 S9 S13 S2 S3 S4 S6 S7 S8 S10 S11 S14 S12 S15 S16
const int KeyVals[nKeys+1] = { 693, 665, 624, 573, 544, 491, 463, 432, 393, 353, 308, 249, 188, 157, 117, 79, 0};
const char Keys[nKeys+1] = {NO_KEY, '7', '4', '1', 'A', '8', '9', 'F', '5', '6', 'E', '2', '3', '0', 'T', 'C', 'P'};

// ===============================================================================
// Retorna caracter de la matriz
// ===============================================================================
char GetKey (int Val)
{
char i=0;
for (; i < nKeys; i++) if (Val >= KeyVals[i]) break;
return Keys[i];
}

// ===============================================================================
// Lee el teclado, retorna caracter de la matriz o NO_KEY
// ===============================================================================
char ReadKeyPad()
{
static char OldKey = NO_KEY;
char KeyPressed;
char FirstKey = GetKey (analogRead(KEYPAD_PIN));

// Necesita 10 lecturas validas seguidas durante 10ms
for (char i=0; i<10; i++)
{
KeyPressed = GetKey (analogRead(KEYPAD_PIN));
if (KeyPressed != FirstKey) return NO_KEY;
delay (1);
}
if (KeyPressed == OldKey) return NO_KEY;
OldKey = KeyPressed;
return KeyPressed;
}

// ===============================================================================
void setup(void)
{
Serial.begin (115200);
Serial.println ("Testing AnalogKeyPad");
}

// ===============================================================================
void loop(void)
{
char b = ReadKeyPad();
if (b != NO_KEY)
{
Serial.print ("Pulsado "); Serial.println (b);
}
delay(100);
}

Todos los ficheros del proyecto estan aqui:
http://heli.xbot.es/wp-content/uploads/2017/11/AnalogKeyPad.zip
junto con una tabla de excell para calcular los valores analógicos en función de las resistencias elegidas.

Actualización 2/11/2017: Una mejora que puede hacerse es montar la resisitencia de pullup de 15K Ohmios directamente en la entrada analógica, junto al arduino. De esta forma se evita que un mal conexionado del teclado provoque pulsaciones fantasma de las teclas. Además se elimina un cable del conexionado del teclado: ahora es solo de dos hilos!

Usando viejos displays LED 7 segmentos con SDA2131 desde arduino

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Tengo una caja llena de viejos display de 7 segmentos LED, muchos de máquinas pimball, otros de básculas industriales…
Todos tienen más de 25 años y usan para controlar los displays chips Siemens SDA2131. Hoja de datos del SDA2131.

Cada uno de estos chips SDA2131 puede manejar 16 segmentos LED directamente, sin resistencias limitadoras, y la información se carga usando un bus serie síncrono. No es muy dificil escribir un programa que pueda manejarlos.
Usando partes de otro programa para LED de 7 segmentos (YL-3) http://heli.xbot.es/?p=151 que ya había escrito antes he escrito un pequeño programa para Arduino uno que controla estos displays: SDA2131 con Arduino

Usando un display de matriz LED indocumentado CDM102

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Haciendo limpieza he desmontado y tirado una docena de viejos switches ethernet 10baseT de Nortel Networks «Baystack 102». Specs Baystack 102

A parte de mucho hierro tienen unas fuentes de alimentación fabricadas por Delta SMP43ep-5 muy interesantes.
https://www.usbid.com/assets/datasheets/C5/smp43ep.pdf
Proporcionan 5V hasta 11A, 12V 3A y -12V 0,5A aunque la potencia total es de 43W.

También son muy interesantes los displays de matriz de 12 * 5 LED bicolores. La pega es que no hay mucha información acerca de su funcionamiento. Llevan impreso el código «CDM102», pero parecen ser diseñados a medida y no existe información pública sobre ellos.

En google he encontrado algo de información, que coincide con mis primeros análisis: http://home.earthlink.net/~drbarrall/CDM102.html

El interface es série síncrono al estilo del SPI. El uso de cada uno de los 6 pines es el siguiente:

1: LOAD Load data (Active low)
2: V+ 5V
3: SDCLK Data Clock (Active high)
4: Ground
5: SDDATA Data
6: Reset (Active low)

Despues de probar los comandos publicados por DrBarral he llegado a la conclusión de que este display es un diseño a medida para Nortel, fabricado por Siemens – Infineon – OSRAM y derivado de los displays estándar SCDQ554x http://www.osram-os.com/Graphics/XPic1/00052446_0.pdf o SCD551x http://www.osram-os.com/Graphics/XPic4/00045726_0.pdf.
CDM102 podría ser Custom Display Module 102.
La principal diferencia es que se trata de una matriz doble de 6 x 5 mientras que los displays citados son de matriz de 5 x 5.

El juego de comandos es bastante sencillo, basado en una única palabra de 8 bits:
00 – 7F: 5 bits de datos para las columnas, bit 0 es el LED de mas arriba. Se incrementa el puntero automaticamente.
Hay 6 columnas
80 – 9F: Nop
A0 – A5: Selecciona bloque de columnas. Hay 2 bloques de 6 columnas. Bloque par color ROJO, impar color VERDE.
El bit 4 no importa. El primer bloque es el de la izquierda.
A6 – AF: Select none
B0 – B5: Selecciona bloque de columnas. Hay 2 bloques de 6 columnas. Bloque par color ROJO, impar color VERDE.
El bit 4 no importa. El primer bloque es el de la izquierda.
B6 – BF: Seleccionar NADA
C0 – DF: Test: rellena filas con rojo+verde: bit 0 = primera columna, bit 1 = segunda etc
E0 – EF: Ajustar brillo en 8 steps, el bit 3 no importa
F0 – FF: Ajustar brillo en 8 steps, el bit 3 no importa

He escrito un software de prueba que permite escribir caracteres en un número arbitrario de displays puestos lado con lado, bien de forma vertical como horizontal. Tembién contiene un ejemplo para usarlo como barra gráfica de 12 barras berticales x 5 LED o 5 barras horizontales de 12 LED.
He aprovechado los bitmap que ya tenía escritos hace años para los SCDQ554x, sirven igual pero solo son de 5 x 5 pixel, dejo sin uso una línea de LED en este display de 6 x 5.
Prueba para CDM102 con Arduino/Teensy

El montaje de pruebas ha quedado así:

Las funciones que he incluido dentro del programa de pruebas son las mismas que ya usé en el display YL-3: http://heli.xbot.es/wp-admin/post.php?post=151
Aunque he añadido un par de comandos para cambiar la orientación del texto y el color «ºh , ºv, «ºr y ºg.

Mini algoritmo de cifrado XXTEA para arduino

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Estoy metido en tres fregados simultáneos de IOT (ahora se llama así, antes solo eran redes de sensores distribuidos) y estaba buscando un algoritmo de encriptación aceptable para dispositivos embebidos (no hay que perder de vista la seguridad de la IOT, que luego vienen los disgustos..)
De momento estoy usando Arduino Uno (Atmega328) y había reciclado un DES que usé en otro proyecto (librería de arduino http://spaniakos.github.io/ArduinoDES) pero como voy justo de memoria y tiempo de ciclo pensé en mejorarlo.

Valoré un AES del que también tengo librería para arduino https://github.com/DavyLandman/AESLib pero ocupaba demasiado espacio en flash.

Entonces me encuentro la sorpresa, viendo avr-crypto-lib un listado de algoritmos para micros AVR de atmel, veo que existe uno llamado XTEA muy sencillo de implementar y pensado para dispositivos embebidos. Desgraciadamente la implementación de avr-crypto-lib es muy básica y no es la versión mejorada XXTEA
Buscando por la red he encontrado algunas librerías de XXTEA para Arduino, pero son un calco de la publicación original y no aportan mejoras.

Después de un cortapega de la wikipedia y de machacar el teclado un rato he dejado el algorítmo bastante óptimo para Arduino.

En los test que he realizado, un arduino Uno a 16Mhz tarda en cifrar y descifra un bloque de 64 bytes:
Con DES en modo CBC tarda 284568us y ocupa 2572 bytes de flash
Con XTEA en modo CBC tarda 11008us y ocupa 916 bytes de flash
Con XXTEA tarda 4168us y ocupa 1086 bytes de flash
O sea que es rapidísimo y pequeñito…

La KEY es de 128 bits (mejor que el DES que solo es de 56) aceptable para mi aplicación. Se conocen ataques pero se basan en usar mas de 2^59 «textos planos escogidos», también aceptable!!

El código es extremadamente sencillo, la única desventaja es que sobreescribe los datos planos con los datos encriptados, aunque he preparado una versión con un simple memcpy que soluciona este problema con unas decenas de microsegundos de trabajo extra.

El código fuente con DES, XTEA y XXTEA y algunas pruebas: XxteaTest

Mini programa para iniciar la EEprom del ATmega328 del Arduino UNO

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Llevo bastante tiempo liado desarrollando aplicaciones para Arduino…
En algunos proyectos me encuentro que es dificil inicalizar la EEprom del Arduino (ATmega328). El IDE arduino (la version actual es 1.8.2) no genera los ficheros .eep que necesita avrdude para grabar el atmega, entonces declarar variables con EEMEM e inicializarlas en el IDE no sirve para nada.

Para solucionar este problema he escrito un pequeño programa que se carga en el arduino UNO (valdría para otros modelos con algunas modificaciones) y mediante comandos por el puerto serie permite leer o escribir la EEprom y dejarla ya inicializada. Luego se carga el programa que se necesite y se encuentra las EEprom inicada con los valores adecuados.

El proceso es el siguiente:
Se carga este programa en el Arduino UNO (renombrarlo a .ino):

SetEEprom.ino

A continuación se abre el monitor serie y se configura a 115200 baudios y enviar CR LF.
En el monitor serie se pueden escribir los comandos adecuados para ir iniciando la EEprom a los valores deseados. Lo mejor es prepararlo en un archivo de texto y hacer corta-pega sobre el monitor serie.
Estos son los comandos disponibles en el programa:

SetEEprom.txt

Por ejemplo se puede borrar toda ea EEprom (ponerla a 0xFF) con:
Write Init EEprom

Y luego iniciar una cadena de 10 caracteres en la dirección 0 con el valor «hola mundo»
Write String 0 10 Hola Mundo

y un bloque de 10 datos en la dirección 20:
Write EEprom 20 10 0F0302B1421CA7485823

Una vez iniciada la EEprom se carga el programa que necesitamos en el Arduino UNO y cuando arranque se encontrará la EEprom ya iniciada con los valores que introdujimos.

Solucion al crash en mame4all 0.37b5 para raspberry pi con 6 joysticks

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Intentando configurar MAME en mi consola con RPI2 y retropie ( esta: http://heli.xbot.es/?p=365 ) con los joysticks /dev/input/js4 y /dev/input/js5 que son tipo PSX, veo que hay algún error en la distribución actual de mame 0.37b5.
Mame4all «casca» con «fallo de segmentación» (técnicamente es un «crash» con «segmentation fault») cuando activo alguno de los botones de los joysticks, incluso aunque no estén configurados en el mame. Basta con tenerlos conectados y usarlos.

Gracias a que el software es de fuente abierta he podido analizar el código (es c y c++) y usando mis superpoderes de programador he conseguido encontrar el error y crear un parche que soluciona el problema.

En primer lugar es necesario descargar los sources actuales de mame4all para RPI.

Esta versión que distribuyen con retropie: https://github.com/RetroPie/mame4all-pi
Esta versión es un poco mas moderna, aunque solo tiene cambios precisamente en la gestión de joysticks de PSX, pero no solucionan mi problema:
https://sourceforge.net/p/mame4allpi/code/ci/master/tree/src/

Desde la RPI con conexión a internet hacer, como usuario pi desde su directorio personal:
git clone git://git.code.sf.net/p/mame4allpi/code mame4allpi-code

Esto creará un directorio «~/mame4allpi-code» con los fuentes actuales V0.37b5 a fecha de hoy (Octubre de 2016).
En «~/mame4allpi-code/src/rpi» se encuentran los dos ficheros que hay que modificar.
El problema se presenta porque se crea un array de 4 elementos para almacenar los datos de 4 joysticks. Un comentario en el código indica que solo se trabajará con 4 joysticks. Pero en una función posterior existe un bucle que rellena los arrays de datos de los joysticks. El buche tiene tantas interaciones como joysticks tenga el sistema (detectado mediante una llamada a la API). Entonces si esa llamada devuelve mas de 4 la función acaba escribiendo datos fuera del los arrays declarados.

En el fichero «minimal.cpp», en la línea 140 se encuentra la función «int init_SDL(void)»
Voy a comentar los cambios necesarios y los problemas que problema el código original de «minimal.cpp»:
//SDL_Joystick* myjoy[4]; // Original: solo soporta 4 joysticks
SDL_Joystick* myjoy[6]; // Nuevo: Ahora tiene cabida para 6 joysticks

int init_SDL(void)
{
myjoy[0]=0;
myjoy[1]=0;
myjoy[2]=0;
myjoy[3]=0;
myjoy[4]=0; // Nuevo: Inicializar los nuevos elementos
myjoy[5]=0; // Nuevo: Inicializar los nuevos elementos

if (SDL_Init(SDL_INIT_JOYSTICK) < 0) {
fprintf(stderr, "Unable to init SDL: %s\n", SDL_GetError());
return(0);
}
sdlscreen = SDL_SetVideoMode(0,0, 16, SDL_SWSURFACE);

//We handle up to four joysticks
if(SDL_NumJoysticks)
{
int i;
SDL_JoystickEventState(SDL_ENABLE);

for(i=0;i<SDL_NumJoysticks;i++) { // Aqui estaba el problema, SDL_NumJoysticks() puede devolver mas de 4
myjoy[i]=SDL_JoystickOpen(i); // Pero solo habia mjoy[] para 4, si SDL_NumJoysticks() devuelve > 4 se escribe fuera del array!

Esto NO SOLUCIONA TODO EL PROBLEMA porque si el sistema tiene configurados mas de 6 joysticks estamos igual. Solo hemos actualizado el mame para que soporte 6 joysticks, pero cascará igual si hay mas.
La solución definitiva sería modifica la función «int init_SDL(void)» en minimal.cpp de forma que solo procese 6 joysticks independientemente del número de ellos que devuelva la llamada al sistema, así:
//We handle up to SIX joysticks
int NumJoysticks = SDL_NumJoysticks();

if (NumJoysticks > 6) NumJoysticks=6; // Ignoramos los demas joysticks
if(NumJoysticks)
{
int i;
SDL_JoystickEventState(SDL_ENABLE);
{
for(i=0;i<NumJoysticks;i++) { // Aqui estaba el problema,
myjoy[i]=SDL_JoystickOpen(i); // Ya no puede escribir escribe fuera del array!

A consecuencia de estos cambios también hay que modificar «input.cpp» para que pueda gestionar los nuevos joysticks:
En la línea 8:
unsigned long ExKey1=0;
unsigned long ExKey2=0;
unsigned long ExKey3=0;
unsigned long ExKey4=0;
unsigned long ExKey5=0; // Nuevo
unsigned long ExKey6=0; // Nuevo
unsigned long ExKeyKB=0;
// int num_joysticks=6; // Original: solo 4 joysticks
int num_joysticks=6; // Nuevo: ahora 6

En la función «void joyprocess(Uint8 button, SDL_bool pressed, Uint8 njoy)»
Uint32 val=0;
unsigned long *mykey=0;

if(njoy == 0) mykey = &ExKey1;
if(njoy == 1) mykey = &ExKey2;
if(njoy == 2) mykey = &ExKey3;
if(njoy == 3) mykey = &ExKey4;
if(njoy == 4) mykey = &ExKey5; // Nuevo
if(njoy == 5) mykey = &ExKey6; // Nuevo

y En la función «void gp2x_joystick_clear(void)»:

ExKey1=0;
ExKey2=0;
ExKey3=0;
ExKey4=0;
ExKey5=0; // Nuevo
ExKey6=0; // Nuevo

Lo mas rápido es descargar estos parches que ya he preparado con los cambios:
http://heli.xbot.es/wp-content/uploads/2016/10/minimal.patch_.txt
http://heli.xbot.es/wp-content/uploads/2016/10/input.patch_.txt
cd mame4allpi-code/src/rpi
wget http://heli.xbot.es/wp-content/uploads/2016/10/minimal.patch_.txt
mv minimal.patch_.txt minimal.patch
patch minimal.cpp minimal.patch
wget http://heli.xbot.es/wp-content/uploads/2016/10/input.patch_.txt
mv input.patch_.txt input.patch
patch input.cpp input.patch

Compilar y copiar el ejecutable al directorio que usa retropie:

cd ..
cd ..
make
sudo mv /opt/retropie/emulators/mame4all/mame /opt/retropie/emulators/mame4all/mame.old
sudo cp mame /opt/retropie/emulators/mame4all

Driver para joystick multiplexado para Raspberry PI: hasta 160 switches con 26 GPIOs

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El pasado mes de Noviembre le regalé a mi hijo una consola arcade (concretamente una de estas http://arcademadrid.com/50-mando-consola-arcade-hdmi-tv-arcade-2-jugadores). Funciona mediante una Raspberry PI 2, el mueble esta bastante bien y tiene 2 joysticks y 16 pulsadores de buena calidad.
Trasteando con ella he observado que consume casi todos los GPIOs de la raspberry pi 2 para los switches de los pulsadores. Son 24 switches, conectados cada uno a un GPIO, y la raspberry PI 2 tiene 26 GPIOs.
Como me interesa añadir mandos de SNES y un volante de PS2 usando el driver «gamecon_gpio_rpi» https://github.com/RetroPie/RetroPie-Setup/wiki/GPIO-Modules he diseñado una esquema de conexionado nuevo, multiplexando la lectura de los switches, de forma que puedo conectar los 24 switches usando solo 10 GPIOs. Así puedo conectar los mandos SNES y PS2 en los pines que quedan libres
Usando este conexionado se pueden conectar los 24 switches incluso a una raspberry PI 1 que solo tiene 17 GPIOs disponibles en el conector de 26 pines.
Claro que para que esto funcione bien es necesario escribir un driver del kernel de linux que se encargue de leer el hardware y lo muestre en un dispositivo (en el arbol /dev) de forma que los programas lo puedan utilizar.

Una complicación autoimpuesta es que se pueda usar tanto para raspberry pi 1 con conector de 26 pines como con raspberry pi B+ ó 2 con conector de 40 pines intentando dejar siempre como última elección los pines de funciones especiales.
Gracias a esto es posible conectar 2 joysticks con 8 pulsadores (mas 4 de dirección) cada uno dejando libres los pines de TX y RX de UART0 y SDA1 SCL1 del I2C. En la versión 0.0.2 del driver intento también dejar libres los pines que necesita el driver «gamecon_gpio_rpi».

El conexionado eléctrico es fácil, solo se necesita un diodo de señal (1N4148, por ejemplo) por cada pulsador para evitar interferencias al actuar varios pulsadores a la vez. El driver permite 18 tipos distintos de esquemas de conexionado dependiendo del número de switcheslos y joysticks que se deseen usar y del número de GPIOs disponibles.
Yo usaré el «type=14» que permite hasta 5 joysticks de 2 ejes y 8 botones auque el mueble solo necesita 2 de ellos.
El conexionado que he usado es este:
Esquema type=14

En el esquema solo se nombreb los switches con «swX» donde X es un número. Dependiendo del parámetro del driver «map=n» se mapean a los distintos pulsadores de los joysticks siguiendo este mapa:
Mapa SWx

El conexionado multiplexado se basa en cablear los switches en forma de filas y columnas. Las filas se conectan a SALIDAS GPIO de la raspberry y las columnas a ENTRADAS GPIO con el pullup activo. De esta forma con un único grupo de entradas GPIO se pueden leer, de forma alternativa, cada una de las filas. Para leer una fila es necesario poner a nivel BAJO el GPIO correspondiente. Entonces existe un nivel bajo en la fila que los pulsadores pueden enviar a las entradas (columnas) cuando de actuan. El resto de filas se mantienen a nivel alto que es bloqueado por los diodos y es como si no estuvieran conectadas.
Para usar el menor número de GPIOs he subdividido cada fila en dos, de forma que hay dos GPIO de salida por cada fila pero solo la mitad de GPIOs de entrada (columnas).
Con 27 GPIOS disponibles en los conectores de 40 pines de las raspberry se pueden conectar hasta 160 switches (usando el conexionado «type=11») en una matriz de 8 x 20 (en realidad 16 x 10 por que he partido cada fila en dos, asi solo se usan 10 entradas en lugar de 20, pero se usan 16 + 10 pines de GPIO en lugar de 8 + 20).

El driver se instala desde un paquete .deb que he preparado. Se compila en la propia raspberry porque depende del hardware.
Antes de instalarlo es recomendable actualizar la raspberry con:
sudo apt-get update
sudo apt-get dist-upgrade -y
sudo reboot
Luego pueden eliminarse los paquetes fuente de la actualización para ahorrar espacio con:
sudo apt-get clean

Descargar el instalador, worpress no me permite subir .sh «por seguridad» y lo he ‘targzipeado’:
wget http://heli.xbot.es/wp-content/uploads/2016/05/install.tar.gz
tar -xzvf install.tar.gz
sudo ./install.sh

Primero descargará varios paquetes necesarios para la compilación: dkms, cpp-4.7, gcc-4.7 y joystick
Luego descargará los headers del kernel adecuado a la versión instalada, necesarios para la compilación del driver, con un «wget http://www.niksula.hut.fi/~mhiienka/Rpi/linux-headers-rpi/linux-headers-`uname -r`_`uname -r`-2_armhf.deb» y lo instalará con «sudo dpkg -i linux-headers-`uname -r`_`uname -r`-2_armhf.deb»
A continuación conectará con esta página, hará un wget del .deb heli-mpx-joystick-rpi-0.0.2.tar.gz y lo instalará con «sudo dpkg -i heli-mpx-joystick-rpi-0.0.2.deb». Por último eliminará el paquete fuente de los headers, que ya no es necesario, pero los headers se quedan instalados la raspberry en /usr/src/linux-headers-x.x.x.

Todo esto llevará bastante tiempo y es necesario tener una conexión a internet operativa en la raspberry.

En una de mis raspberries he observado un problema en la compilación, debido a la actualización de los headers a a la versión 4.4.9+
"No rule to make target 'kernel/time/timeconst.bc'"

Lo he solucionado copiando el fichero timeconst.bc de http://mirrors.neusoft.edu.cn/rpi-kernel/kernel/time/timeconst.bc a ‘kernel/time/timeconst.bc’

Una vez instalado puede cargarse con
sudo modprobe heli_mpx_joystick_rpi map=2 devices=2 type=14
y probarse con
jstest /dev/input/js0
jstest /dev/input/js1

Jstest tiene un fallo, conocido pero no parcheado (al menos en la versión del paquete ‘joystick’ del repositorio de la raspberry). No muestra correctamente los nombres de los botones del joystick. Es debido a un array de nombres donde faltan tres elementos y eso hace que queden descolocados los demás.
Mientras preparaba esta entrada veo que han actualizado linuxconsoletools, que es el paquete de fuentes donde viene jstest, a la versión 1.5.1 (la anterior era la 1.4.9). Supongo que habrán incluido el parche.
https://sourceforge.net/projects/linuxconsole/files/

El driver puede descargarse del kernel con
sudo rmmod heli_mpx_joystick_rpi

También puede desinstalarse totalmente con
sudo apt-get remove heli-mpx-joystick-rpi-dkms

Fuentes y el resto de los los ficheros del proyecto aqui: http://heli.xbot.es/wp-content/uploads/2016/05/heli_mpx_joystick_rpi_0.0.2_src.tar.gz

Documentos y esquemas del proyecto aqui: http://heli.xbot.es/wp-content/uploads/2016/05/Docs-0.0.2.rar

Para que cargue de forma automática al arrancar la raspberry es necesario añadir en ‘/etc/modules’ una línea:
heli-mpx-joystick-rpi
y crear un fichero de configuración ‘/etc/modprobe.d/heli-mpx-joystick-rpi.conf’ con los parámetros deseados:
options heli-mpx-joystick-rpi map=2 devices=2 type=14

Una vez recableados los switches del mueble original e instalado este driver quedan 16 pines libres donde se pueden cablear los los conectores de la SNES y de la PS2 extraidos de consolas averiadas que he montado en el mueble asi:
Conectores SNES y PS2

Luego uso el driver «gamecon_gpio_rpi» según se explica en https://github.com/RetroPie/RetroPie-Setup/wiki/GPIO-Modules.

Y todo ha quedado asi:
Consola Retropie con SNES y PS2

Probando las fuentes de alimentación api3fs25 / 24R2639 12,2V 48A

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Voy a probar un poquito la fuente…
Conecto dos resistencias de 1,1 Ohmios + 1,1 Ohmios en paralelo para que den 0,55 Ohmios y a su vez en paralelo de nuevo con otra igual. La resistencia total es de 0,275 Ohmios. A 12,2V circulará una corriente de unos 44A, cerca del límite de la fuente.
Uso treinta centímetros de cable de 6mm2 de sección para las conexiones de la carga.

Primera prueba, 12,09V medidos en la fuente y 43A (ó 42,9A incertidumbre de medida del amperímetro): 519,9 Watios!!!
42,9A midiendo en fuente

Segunda prueba, 11,97V medidos en la carga y 43A: 514,7 Watios en la carga. Tenemos 120mV de caida de tensión en los cables. A 43A son aproximadamente 5,2W de pérdidas que estarán usándose en calentar el cableado!!!
43A medido en carga

Ahora conecto las entradas SENSE- a GND y SENSE+ a +12V. Esto compensará los 120mV de caída y la tensión en la carga es ahora mas alta: 12,05V. Esto es importante para tener la tensión deseada justo en la carga, pero las pérdidas en el cableado continúan igual, ahora la fuente da 120mV mas que antes para compensarlas.
43A con SENSE

514 W son muchos watios, aunque las resistencias tienen circulación forzada de aire con un ventilador se calientan como una estufa: 209,9 Grados centígrados… y mas que mi termómetro no alcanza a medir:
Temperatura

También he observado que los cables estan a unos 35 grados y la temperatura ambiente es de 21 grados… ahí estan los 5,2W de pérdidas que medía.

Ahora conecto dos fuentes en paralelo y conecto el terminal CURRENT SHARE de una con el de la otra. 12,23V (se nota que trabajan mas descasadas) y 20A una de ellas, la mitad de la carga aproximadamente.
Dos fuentes A

La otra fuente entrega algo mas: 23,7A:
Dos fuentes B

Comprobado: las fuentes responden muy bien cerca del máximo de potencia. Una pena que no haya podido tenerlas unas horas probando, mi carga no soportaría disipar esa potencia durante tanto tiempo.