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Documentation Index

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El Microchip ATSAMD21G18 es el núcleo de ZeroKeyUSB. Combina una CPU ARM Cortex-M0+ de 32 bits, un controlador USB integrado y suficientes periféricos para coordinar la pantalla, las entradas táctiles y la EEPROM externa.

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Especificaciones clave

CaracterísticaValor
CPUARM Cortex-M0+ a 48 MHz
Flash256 KB (el firmware ocupa ~60 KB)
SRAM32 KB
USBDispositivo Full-Speed con soporte compuesto HID + CDC
GPIO38 pines de propósito general
Timers9 (TC/TCC) usados para PWM, debouncing y temporización TOTP
ADC12 bits, usado para sampling de entropía del IV
El firmware se ejecuta desde la flash interna y trabaja completamente desde memoria sin estados de espera, manteniendo la latencia baja incluso al actualizar la pantalla OLED.

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Configuración de reloj

  1. El oscilador interno de 8 MHz alimenta el Digital Frequency Locked Loop (DFLL).
  2. El DFLL multiplica a 48 MHz para la CPU y los periféricos síncronos.
  3. El controlador de reloj genérico divide los 48 MHz para:
    • I²C a 1 MHz (SERCOM3) usado por EEPROM y OLED
    • SERCOM1 a 2 MHz para el SPI del controlador táctil
    • Referencia de 32 kHz para timing en milisegundos (vía SysTick)
Esta configuración equilibra rendimiento con bajo ruido para el sensor táctil.

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Asignación de periféricos

PeriféricoSERCOMFunción
SERCOM0USARTCanal serie CDC (TX/RX en los pads USB)
SERCOM1SPIControlador táctil (TS06)
SERCOM2I²CReservado/cabeceras de debug
SERCOM3I²CEEPROM (M24C64-W) + pantalla OLED (SSD1306)
SERCOM4Sin usarDisponible para expansiones futuras
SERCOM5USBInterfaz USB nativa Full-Speed
El multiplexor PORT asigna cada SERCOM a pines específicos; consulta el diseño en KiCad para los números de pad exactos.

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Mapa de memoria

  • Bootloader (8 KB) – Cargador compatible con UF2 para flasheo de fábrica y actualizaciones de la comunidad.
  • Aplicación (240 KB máx.) – Firmware de ZeroKeyUSB; actualmente usa menos del 30% de la flash disponible.
  • Emulación EEPROM no se usa; todos los datos persistentes viven en el M24C64-W externo.
  • Buffers en SRAM:
    • 512 bytes para el frame buffer del OLED
    • 128 bytes para los informes HID USB
    • 96 bytes de scratch para bloques AES
El linker script reserva espacio de pila para el renderizado de menús anidados y las rutinas criptográficas.

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Alimentación y reposo

  • El MCU corre en modo activo mientras está conectado; el consumo se mantiene por debajo de 25 mA para toda la placa.
  • Tras 60 segundos de inactividad el firmware atenúa el OLED y pone la CPU en Standby manteniendo USB activo.
  • La actividad táctil o USB despierta el chip en menos de 3 ms.
Este comportamiento garantiza interacción responsiva sin exceder los límites de corriente USB.

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Responsabilidades del firmware

  • Autenticar el PIN maestro usando rutinas AES.
  • Orquestar las interacciones de menú, pantalla y táctil.
  • Gestionar las operaciones de lectura/escritura de EEPROM con seguimiento de wear-level.
  • Generar informes HID USB y procesar comandos CDC.
  • Calcular códigos TOTP usando aritmética entera (no se requiere coma flotante).
El SAMD21 ofrece suficiente margen para añadir características como múltiples layouts de teclado o controles de seguridad adicionales sin cambios de hardware.