© Nils Faerber

Die James Bonds der 70iger Jahre hätte es elektrisiert: Die Miniaturisierung und Computerisierung am Handgelenk feiert einen neuen Höhepunkt – mit der Klasse der Smart Watches. Acht prominente Vertreter im Linux-Magazin-Test.

Neu ist er nicht, der Wunsch nach ein wenig Geheimagenten-Feeling am Handgelenk. Doch wer erinnert sich noch an die revolutionären Eigenschaften der Digitaluhren in den frühen Siebzigern? Zu den digitalen Displays gesellten sich nervtötende Piezo-Melodie-Alarme oder Stundenpiepser. Später kamen fummelige Taschenrechner oder gar ein Telefonbuch in die Armbanduhr.

Mit dem Aufkommen der PDAs wie Palms Pilot oder Windows-CE-Geräten schien diese Ära jedoch bereits zu Ende zu gehen. Ein PDA konnte viel mehr, war aber auch eine Uhr, und man hatte ihn immer bei sich. Heute ist das Smartphone der immer präsente digitale Begleiter – doch es gibt sie immer noch: Smart Watches, mobile Endgeräte fürs Handgelenk, die mit Handy oder Tablet zusammenarbeiten und sich manchmal auch von Linux aus hacken lassen. Ein Beispiel außerhalb des nachfolgenden Testes ist die Rev Watch von Megagadgets.de, die eine originelle Armbanduhr ist, deren Ziffernblatt im Design eines Auto-Dashboardes gestaltet wurde.

Dieser Artikel stellt einige Vertreter ihrem Alter nach vor (den ältesten zuerst), die Tabelle 1 vergleicht die wichtigsten Features und bewertet den Hack-Value, also ihre Eignung für den ambitionierten Linux-Bastler.

Fossil MBW

Versuche, das Handgelenk für digitale Mehrzweckgeräte (zurück) zu erobern, gab es einige, die meisten scheiterten jedoch an der technischen Umsetzung. Erst die Miniaturisierung der IT machte es möglich, die digitale Funktionsfülle in eine akzeptable Form zu bekommen. Die ersten Smart Watches, die sich auch in Serienfertigung einiger Beliebtheit erfreuten, waren wohl die von Fossil für Sony-Ericsson entwickelten Bluetooth-Uhren der MBW-Serie.

Die Zeitmesser kommunizieren über ein relativ einfaches Bluetooth-Rfcomm-basiertes Protokoll und AT-Kommandos mit ihrem Blauzahn-Host. Die Funktionen beschränken sich darauf, Benachrichtigungstexte zur Anzeige auf dem OLED-Display der Uhr zu bringen und einige wenige Tastendrücke von der Uhr zu empfangen. Einfache Applikationen wie SMS-Anzeige oder die Steuerung eines Musikplayers lassen sich damit durchaus realisieren, doch ist der Benutzer auf das beschränkt, was der Hersteller in der Firmware der Uhr vorgesehen hat – und das ist nicht sehr viel.

Weder von Fossil noch von Sony-Ericsson gibt es eine Dokumentation zum Protokoll oder zu den AT-Befehlen, die die Uhr versteht, aber unter [1] findet sich der Ansatz einer freien Implementation einer Java-Software, um die Uhren anzusteuern – vielleicht tut sich hier doch noch etwas, um den Hackerzugriff zu ermöglichen.

TI EZ430 Chronos

Nach den MBW-Uhren tat sich erst mal wenig auf dem Markt der intelligenteren Armbanduhren. Gerüchte kursierten über zahlreiche, oft abstruse Ideen aus den Designabteilungen, doch keine davon erreichte den Endkunden. Fruchtbaren Boden bereitete erst ein Microcontroller-Entwicklungskit von Texas Instuments für die Low-Power-Microcontroller-Serie MSP430, die der Hersteller in der TI EZ430 Chronos (Abbildung 1, [2]) verbaut, einer klassischen digitalen Sportuhr, vollgepackt mit Sensorik.

Abbildung 1: Eine Armbanduhr mit USB- und Funk-Anschluss für den PC: TI EZ430 Chronos.

Zu dem zweizeiligen, inversen, hintergrundbeleuchtbaren 7-Segment-LCD mit einigen Zusatzsymbolen kommen fünf Tasten, ein Digitaluhr-typischer Piezo-Beeper sowie Temperatur-, Luftdruck- und 3-Achsen-Beschleunigungs-Sensoren. Außerdem hat sie noch ein Funkmodul für die bidirektionale Kommunikation an Bord, das je nach Modell auf 433, 868 oder 915 MHz sendet.

Im Kit für 50 Euro ist ein passender USB-Funk-Dongle enthalten, über den der Anwender die Uhr abfragt, Daten an sie sendet und sogar Firmware-Updates einspielt. Wer dabei Pech hat, probiert ein Low-Level-Debugging mit dem ebenfalls im Kit enthaltenen USB-Dongle.

Die Firmware ist bis auf einen kleinen Blob für ein spezielles Funkprotokoll komplett frei. Für Linux gibt es direkt von TI ein fertiges Paket für die Abfrage und grafische Darstellung der Sensordaten sowie das Firmware-Update. Der Firmware-Sourcecode ist für das TI Code Composer Studio (CCS) vorgesehen, das es inzwischen auch in Version 5 für Linux gibt – doch kostenfrei nur als 30-Tage-Testversion. Für Linux gibt es aber auch eine freie GCC-Variante für die MSP430-Familie [3]. Damit haben Entwickler diverse Forks der Firmware [4] erstellt, auch im Linux-Magazin-Test ließ sich der Code unter Linux einwandfrei übersetzen und auf die Chronos spielen.

Die Chronos ist ein spaßiges Hacker-Gadget, ein nahezu perfektes Spielzeug für Programmierer mit Interesse an Low-Power-Anwendungen, Microcontroller-Entwicklung und Funkprotokollen. Der reguläre Verkaufpreis von nur 50 Euro erleichtert den Einstieg. Einziger kleiner Nachteil ist das Display, da es sich nur um eine 7-Segment-Anzeige handelt. Die Darstellung von Text-Informationen ist damit nur sehr eingeschränkt möglich – aber nicht völlig verbaut. Hier ist die Phantasie des Entwicklers gefragt.

Sony Live View

Nicht sehr lange nach der TI-Chronos kündigte Sony Ericsson etwas an, was nicht wirklich als Armbanduhr gedacht war, aber durchaus als solche dienen kann: das Live View (Abbildung 2). Ein kleines, kompaktes Gerät als sekundäres und schnell verfügbares Display zum Android-Mobiltelefon, das war Sonys Idee. Das Live View verfügt dazu über ein 3,5 Zentimeter kleines, vollfarbiges OLED mit 128 mal 128 Pixeln Auflösung sowie einen STM32-ARM-Cortex-M3-Controller, einen Vibrationsmotor und ein Bluetooth-Modul. Bedienen lässt es sich über zwei Hardwaretasten sowie neun kapazitive Touchfelder auf dem Display.

Abbildung 2: Keine Uhr, eher ein Mini-Display für Androiden: Live View.

Sonys Firmware bringt Funktionen für die Darstellung von Uhrzeit und Datum, den Aufbau von Menüs oder die Darstellung von Bitmaps auf dem gesamten Bildschirm und die Abfrage der Tasten. Über ein einfach gehaltenes Rfcomm-basiertes Bluetooth-Protokoll lassen sich allerlei Applikationen realisieren, zum Beispiel Benachrichtigungen, Anzeige von Bildern, Steuerung eines Mediaplayers und mehr. Weil der Bastler die Anzeige komplett selbst steuern sowie alle Tasten abfragen kann, eignet sich das Live View in fast beliebigen Szenarien als sekundäres Display mit Bedienmöglichkeit.

Das Kommunkationsprotokoll hat allerdings (wieder mal) nicht Sony selbst offengelegt, sondern findige Hacker haben es “reverse-engineert” ([5], [6]). Die Methode dazu ist einfach: Live View nutzt Android-Software, um die Kommunikation abzuwickeln und vom Sony-SDK beispielsweise eigene Mini-Applikationen zu erhalten. Wer jetzt auf seinem Androiden das Linux-Tool Hcidump aus dem Bluetooth-Stack Bluez nutzt, schneidet live den Datenverkehr zwischen Telefon und Live View mit.

Die Python-Implementation, die so entstanden ist, bietet laut Angaben ihres Entwicklers alle Funktionen des Protokolls, aber keine höheren. Wer also Benachrichtigungen oder Bitmaps auf das Live View übertragen möchte, muss dazu eigenen Code schreiben.

Das Live View war der erste Versuch und hat nach wie vor noch ein paar Kinderkrankheiten, es läuft schlicht nicht stabil. Von Zeit zu Zeit bricht die Bluetooth-Verbindung einfach ab, manche Funktionen arbeiten nur mit Unterbrechungen.

Sony Smart Watch

Kein Wunder, dass Sony bald eine neue Gerätegeneration brachte, die Smart Watch (Abbildung 3). Das Prinzip blieb etwa gleich, auch der Formfaktor, aber Soft- und Hardware hat der Hersteller deutlich verbessert. Der kapazitive Touchscreen ist jetzt vollflächig und nicht mehr in Tasten aufgeteilt. Auch erscheint das Display qualitativ etwas besser. Im Lieferumfang befindet sich auch ein Gummi-Armband, an das der Besitzer die Smart Watch mit einem Clip steckt, was jedoch etwas gewöhnungsbedürftig sperrig wirkt.

Abbildung 3: Sonys Nachfolger für das Live View, die Smart Watch, behebt viele Kinderkrankheiten.

Die neue Standard-Android-Software ist deutlich stabiler und umfangreicher, die Kommunikation mit der Smart Watch deutlich schneller als mit dem Live View, wodurch sogar komplexere Applikationen, etwa ein Kamerasucher, der das Live-Bild der Handykamera auf der Uhr anzeigt, halbwegs fließend laufen.

Hacker werden dagegen weniger Spaß mit der Smart Watch haben. Es gibt zurzeit noch keinerlei offene Informationen zum Protokoll. Ein Test mit Hcidump zeigt nur, dass zumindest wieder ein Rfcomm-basiertes Protokoll zum Einsatz kommt. Hier ist entweder selbst Hand anzulegen oder darauf zu warten, dass andere Entwickler das Reverse Engineering erfolgreich bewerkstelligen.

Allerta In Pulse

Aus Kanada stammt das Startup Allerta, das Anfang 2010 seine smarte Uhr auf den Markt brachte. Die In Pulse hat, ähnlich wie die Live View oder Smart Watch, ein vollfarbiges OLED-Display mit einer Auflösung von 96 mal 128 Pixeln, das ein 52-MHz-ARM7-SoC ansteuert. Es lässt sich ebenfalls per Bluetooth an Mobiltelefon oder PC anbinden (Abbildung 4 sowie [7], [8]).

Abbildung 4: Zielgruppe sind Hacker und Geeks: Die Allerta In Pulse und ihr Nachfolger Pebble.

Die In Pulse richtet sich aber von vornherein an interessierte Geeks und Hacker mit einem Hang zu Kreativität und Experimentierfreude. Ein SDK für die Anwendungsentwicklung gibt es sowohl für Windows und Mac als auch Linux. Eigene Applikationen greifen über das In-Pulse-API auf die Funktionen der Uhr zu – Grafiken anzeigen, den einzigen Bedienknopf abfragen, Bluetooth-Nachrichten senden oder empfangen, alles kein Problem. Mit einem kleinen GTK+-basierten Simulator testet der Anwender gar die eigene Applikation, bevor er sie für die ARM-CPU cross-kompiliert. Auf der Webseite zur In Pulse findet sich bereits eine ganze Reihe verrückter Applikationsbeispiele [9] – bis hin zu einer Art Doom-Spiel.

Die meisten Applikationen drehen sich aber eher um die Zusammenarbeit mit den von Allerta bereitgestellten Smartphone-Applikationen für Android, I-OS und Blackberry, etwa das Anzeigen von Nachrichten, Anrufen, Wetter- und Börsendaten. Weil der Hersteller die Applikationsentwicklung sehr einfach macht, ist das kleine Gerät ein nahezu perfektes Spielzeug für Programmierer.

Aber ein paar Schönheitsfehler bleiben: Leider ist der verfügbare Sourcecode wirklich nur der der Applikationen. Die Firmware selbst, obwohl sie den freien Embedded-Bluetooth-Stack [10] verwendet, ist nur als binär vorkompilierte Bibliothek in dem SDK-Paket vorhanden. Auch gibt es zu dem Protokoll zwischen Uhr und Host-Werkzeugen leider nur eingeschränkte Dokumentationen.

Meta Watch

Ursprünglich ein gemeinsames Projekt von Fossil und Texas Instruments, lässt sich die Meta Watch (Abbildung 5, [11]) durchaus als Kind der TI EZ430 ansehen. Die Idee einer offenen Smart Watch hatte Fossil schon länger, doch zum Produkt gedieh sie erst, als die Chronos alle Verkaufserwartungen übertraf.

Abbildung 5: Die Meta Watch gibt es als digitale und als – inzwischen eingestellte – analoge Variante.

Die Meta Watch nutzt ein Referenzdesign für Low-Power-Bluetooth-Anwendungen von Texas Instruments mit einem MSP430F5438-Microcontroller und dem TICC2560-Low-Power-Bluetooth-Modul. Die Uhr kombiniert sechs Tasten, einen Vibrationsmotor und einen Drei-Achsen-Beschleunigungssensor mit einem bemerkenswerten Display – ein monochromes Sharp Polymer Networked Liquid Crystal (PNLC, [12]) mit 96 mal 96 Pixeln.

Diese Anzeigen verwenden im Gegensatz zu normalen LCDs keine Polarisationsfilter: Die Pixel sind entweder voll transparent oder diffus. Auf der Rückseite des Displays befindet sich ein Vollspiegel als Reflektor. Das Resultat ist ein zwar nicht immer optimal ablesbares, aber einzigartiges Display mit sehr geringem Stromverbrauch.

Neben der digitalen Version gab es die Meta Watch auch als analoge Variante mit elektromechanischem Uhrwerk und zwei OLED-Displays mit je 96 mal 16 Pixeln Auflösung. Diese Uhren hat der Hersteller jedoch bald wieder aufgegeben, da die Nachfrage zu gering war.

Auch die Meta Watch ist eher für interessierte Hacker und weniger für Endkunden gedacht. Zwar bringt sie eine fertige Firmware mit Android-Smartphone-Applikationen, etwa zur Anzeige von Wetterdaten, Anrufen und Nachrichten mit, doch erweist sich die Software insgesamt als eher rudimentär.

Kommunikationsprotokoll, Android-Applikation und Firmware sind sogar unter einer modifizierten Apache-Lizenz via Github [13] erhältlich. Leider ist der Bluetooth-Stack nicht frei, sondern nur als proprietäre Bibliothek zusammen mit dem Firmware-Sourcecode erhältlich. Daher lässt sich die Firmware nicht ohne Weiteres mit freien Werkzeugen übersetzen, was die Arbeit mit Linux erschwert.

Die ersten Versionen der Meta-Watch-Firmware waren ausschließlich mit der IAR-Compilersuite unter Windows übersetzbar. Seit gut einem halben Jahr jedoch ist der Firmwarecode auch für das TI Code Composer Studio 5 [14] verfügbar, das es seit fast dem gleichem Zeitpunkt auch für Linux gibt. Der Hersteller gibt interessierten Meta-Watch-Entwicklern sogar kostenlose CCS5-Lizenzen.

Mit im Paket der Meta Watch enthalten ist ein Micro-USB-Ladeclip. Er enthält auch ein vollständiges Hardware-Debugging-Interface, mit dem Hacker den Controller mit neuer Firmware bespielen oder debuggen. Mit freien Werkzeugen war das bisher schwierig, weil der MSP430-GCC den erweiterten 20-Bit-Adressierungsmodus für den Zugriff oberhalb von 64 KByte nicht unterstützte. Mit einem Bluetooth-Stack sind 64 KByte allerdings sehr wenig, vor allem wenn der Entwickler ein LCD ansteuern will. Doch auch dieses Problem ist gelöst und so steht einem freien Firmwareprojekt auf Basis von BT-Stack nichts im Wege.

Die Chancen für aktive Beteiligung stehen nicht schlecht: Inzwischen hat sich Fossil von dem Projekt getrennt und es in eine separate Firma mit Sitz in Espoo (Finnland) und Dallas (Texas, USA) ausgelagert, die sich auch über Kickstarter finanzieren will. Vor gut drei Monaten haben die Hersteller die nächste Generation der Meta Watch namens Strata angekündigt. Dem Vernehmen nach wird die Hardware praktisch identisch bleiben, nur das Bluetooth-Modul wird gegen das CC2564 mit Bluetooth Low Energy 4.0 (BLE) ausgetauscht.

Allerta Pebble

Die Pebble [15]) ist, ohne Übertreibung, die zurzeit wohl bekannteste Smart Watch, obwohl sie noch gar nicht verfügbar ist. Pebble ist Allertas Nachfolgeprojekt für die In Pulse und sollte über Kickstarter mit 100 000 Dollar finanziert werden. Das Ergebnis war überwältigend (Abbildung 6): Mehr als 10 Millionen Dollar machten Pebble zum mit Abstand erfolgreichsten Kickstarter-Projekt aller Zeiten, obwohl kaum Details zur Hardware bisher bekannt sind [16].

Abbildung 6: 10 Millionen Dollar via Crowdfunfing: Pebble ist das bisher erfolgreichste Kickstarter-Projekt.

Die wenigen verfügbaren Spezifikationen machen neugierig: ein 144 mal 168 Pixel großes Schwarz-Weiß-Display, angeblich ein E-Paper-Display. Die Kommunikation mit der Außenwelt erfolgt über Bluetooth 2.1+ mit EDR sowie 4.0 mit BLE, die Bedienung über vier Knöpfe, Vibrationsmotor, ein Drei-Achsen-Beschleunigungssensor für die Gestenerkennung.

Allein über die verwendete CPU und den ihr zur Seite gestellten Speicher ist noch nichts bekannt. Die Batterielaufzeit wird laut Hersteller eine Woche erreichen. Bei Verkaufsstart soll Software für die üblichen Mobiltelefone (Android, I-OS und Blackberry) verfügbar sein. Wie für die In Pulse soll es wieder ein SDK zur Applikationsentwicklung geben [17]. Die Open-Source-Strategie ist noch unklar.

I’m Watch

Zum Schluss das wohl tragisch-spannendste Projekt: die I’m Watch (Abbildung 7, [18]) aus Italien. Spannend ist es, weil es ein komplettes Android-System mit kapazitivem Touchscreen und TFT-Display (240 mal 240 Pixel) in die Form einer stilvollen italienischen Armbanduhr bringt. Als Motor dient ein Freescale i.MX233 ARM9 SoC mit 128 MByte RAM und 4 GByte Flash-Speicher [19]. Das macht die I’m Watch zur ersten in Serie gefertigten Linux-Armbanduhr, die entsprechende Ankündigung dazu gab’s im Herbst 2011, erste Prototypen auf der CES in Las Vegas im Januar 2012.

Abbildung 7: Dank Android ist die schicke I’m Watch die erste in Serie gefertige Linux-Armbanduhr.

Und die tragische Seite: Für Endkunden, die wie der Autor dieses Artikels bereits im Dezember 2011 bestellt (und bezahlt) hatten, dauerte es bis Ende August 2012, bis eine Lieferung kommen sollte. Rückfragen übers eigens eingerichtete Ticketsystem blieben unbeantwortet, dafür gestaltete der Hersteller seine Webseite samt Shopsystem mehrfach neu und änderte die Produktpalette.

Nur zähe Verhandlungen ermöglichten eine Änderung der Bestellung in die für eines der neuen Modelle. Endlich kam dann im August ein Paket, doch mit dem falschen Modell. Wieder endlose Ticket-Mails, eine Rücksendung zum Hersteller und lange Wartezeiten – bis zum Redaktionsschluss ohne Erfolg.

Die Firma hinter I’m Watch macht jedoch einen sehr geschäftstüchtigen Eindruck. Applikationen, Mitgliedschaft als Entwickler (rund 100 Euro pro Jahr, um an das SDK zu kommen), Musikdienste und mehr. Ein Schelm, wer da auf den Gedanken kommt, nicht nur das “I” im Produktnamen erinnere an Apple. Von freier Software, dem Linux-Kernel oder Android spricht der Hersteller nirgendwo. Und die Preisspanne der Uhren erweist sich als erstaunlich: 350 bis 15 000 Euro dürfen Käufer hinlegen. Einziger Unterschied zwischen den Modellen ist das Design von Gehäuse und Armband.

Ähnlich zu beeindrucken wissen die Funktionen der Uhr (Abbildung 8), deren Design erfahrenen Android-Anwendern sehr bekannt vorkommen wird. Über den eingebauten Lautsprecher oder einen 3,5-Millimeter-Klinkenstecker gibt die Uhr direkt Musik wieder, aus ihrem 4 GByte großen Speicher und mit sehr guter Qualität. Via Bluetooth-Tethering kann sie selbstständig Daten aus dem Internet ziehen. Die eingebauten Applikationen verwenden dazu jedoch die I’m-Cloud, einen Dienst von I’m Watch, zu dem sich der Besitzer der Uhr anmelden muss, denn ohne ihn geht nicht viel mit dem schicken Accessoire.

Abbildung 8: Ein vollständiges Android mit vielen Funktionen, Audio-Ein- und Ausgang, Bluetooth-Tethering via Smartphone und vieles mehr bietet die I’m Watch für viel Geld. Überhaupt scheint man zahlungskräftige Käufer zu adressieren: Fast alles hat seinen Preis, selbst Onlinedienste oder das Entwicklerdasein.

Zusammen mit dem Mobiltelefon wird die I’m Watch auch zum Bluetooth-Headset – mit eingebautem Mikrofon und Lautsprecher, ganz wie die berühmte Uhr des Comic-Helden Dick Tracy. Über das Touchdisplay des Chronometers lassen sich Kontakte anwählen oder Rufnummern direkt eingeben. Der Telefonbuch-Abgleich findet via Google und I’m-Cloud statt, nicht etwa über Bluetooth PBAP (Phone Book Access Profile), was Datenschützern sicher lieber wäre.

Eine neuere Firmware landet einfach per USB-Dateitransfer auf der Uhr. Diese Aktualisierung ist auch immer wieder bitter nötig, denn die Software ist noch alles andere als stabil und ausgereift. Informationen über den Inhalt der Firmware oder wie sich diese anpassen ließe, gibt es von I’m Watch nicht.

Für den Programmierer bleibt also nur der Zugang zur Uhr über das Android-SDK und selbst entwickelte Android-Applikationen, die er dann über den I’m-Market, dem eigenen Applikations-Shop von I’m Watch, installiert. Ob und wie der stolze Besitzer auch Applikationen außerhalb des I’m-Market installieren kann, ist bisher nicht bekannt.

Der Hack-Value ist daher ambivalent. Mit viel Enthusiasmus lässt sich die I’m Watch aber sicherlich aus dem Kommerz-Universum des Herstellers befreien. Die Hardware um den i.MX233 SoC ist kein Mysterium, den Linux-Kernel-Sourcecode sollte I’m Watch spätestens dann, wenn genügend Anwälte vor der Tür stehen, herausgeben müssen. So befreit hätte die I’m Watch das Zeug dazu, eines der faszinierendsten Gadgets zu werden, wenn auch ein sehr teueres.

Unaufdringlich, aber leistungsstark

Smart Watches können in Linux-Kreisen durchaus eine Renaissance der digitalen Armbanduhren einläuten. Nachdem die Mobiltelefone zuerst immer kleiner wurden und mit dem Aufkommen von Smartphones wieder wachsen, ist sicherlich Platz für Hilfsmittel, die Informationen des Telefons einfach, unaufdringlich, schnell und immer verfügbar anzeigen. Immer leistungsfähigere, aber dennoch stromsparende Microcontroller sowie die Miniaturisierung selbst komplexer Funktechnologie wie Bluetooth machen Smart Watches erst möglich. Diese Entwicklung hat gerade erst begonnen. (mfe)