Raspberry Pi: Unterschied zwischen den Versionen
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Version vom 25. November 2023, 15:19 Uhr
Beim Raspberry Pi handelt es sich um einen postkartengroßen Einplatinen-Computer, der von der Raspberry Pi Foundation entwickelt wird. Die Hardware basiert auf dem BCM 283x SoC (System-on-Chip) von Broadcom, einem ARM-Prozessor. Zu Hardwaredetails und den verschiedenen Modellen sowie Produktentwicklungen siehe Wikipedia. Dank der kleinen Abmessungen, dem recht geringen Energieverbrauch (bis ca. 4 Watt) sowie der günstigen Anschaffungskosten (ca. 30€) ist der Raspberry Pi eine attraktive Hardware für die Heimautomatisierung mit FHEM. Er ist dank dem Linux-Betriebssystem vollständig kompatibel zur aktuell vorhandenen und von FHEM unterstützen Hardware. Das derzeit empfohlene Standard-Image zum Betrieb des Raspberry Pi ist die auf Debian basierende Raspberry Pi OS Distribution (ab Mitte 2019 Buster).
Installation / Setup
Betriebssystem
Vorbemerkung
Raspberry Pi OS ist direkt bei raspberrybi.org unter https://www.raspberrypi.org/downloads/raspberry-pi-os/ herunterladbar. Die folgende Anleitung gilt für die lite-Version ohne grafischen Desktop und für die Modelle für B, B+, B2, B3, B3+, Zero W. (Stand Juni 2018)
Alle in diesem Abschnitt verwendeten Code Blöcke benötigen root Rechte. Deshalb bitte immer am Besten im Kontext sudo su
ausführen. Man kann auch einzelne Befehle mit sudo davor ausführen, allerdings wird die Berechtigung bei Pipe Befehlen nicht durchgereicht. Einige dieser Kommandos funktionieren in der angegebenen Form nicht unter der Wheezy-Version [1] des RPi OS. Läuft der betreffende RPi noch unter Wheezy, ist ein Upgrade des RPi OS empfehlenswert.
Alle Dateien müssen im Linux-Format (nur LF als Zeilenende) erzeugt/editiert werden! Unbedingt einen geeigneten Editor verwenden und auf das Format beim Speichern achten!
SD-Karte vorbereiten
Die heruntergeladene Datei muss entpackt und auf die Speicherkarte geschrieben werden. Es gibt dazu verschiedene Tools je nach Betriebssystem. Für Windows ist windisk32imager zu empfehlen, Projektseite [2]. Für Mac OS gibt es den Pi Filler.
Detaillierte Anleitungen zur Vorgehensweise finden sich für die Betriebssysteme Linux, Mac OS und Windows unter Writing an image to the SD card
Die SD Card enthält nun zwei Partitionen/Laufwerke, wobei das erste Laufwerk unter alle Betriebssystemen lesbar ist. In diesem Laufwerk (/boot) müssen jetzt noch zwei Dateien erzeugt werden:
- eine leere Datei mit dem Namen ssh, um den (headless) Zugriff per ssh zu ermöglichen (Pi Filler macht dies automatisch). Hinweis: Eine spätere Aktivierung von SSH ist mit
sudo raspi-config
(Punkt 5 "Interfacing Options", dann Punkt 2 SSH) möglich, erfordert dann aber Tastatur und Monitor am RPi. - eine Textdatei im Linux Format mit Namen wpa_supplicant.conf und folgendem Inhalt, wenn der Pi sofort mit WLAN starten soll.
country=DE ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev update_config=1 network={ ssid="FRITZ!Box 7490" psk="12345678901234567890" }
- SD Karte auswerfen.
- SD Karte in Raspberry Pi stecken und booten.
Alternativ kann auch Monitor und Tastatur verwendet werden.
Anmeldung und Grundkonfiguration
Default raspberrypi-os: Host raspberrypi, User pi, Passwort raspberry
Default ubuntu: Host ubuntu, User ubuntu, Passwort ubuntu
Anmeldung entweder lokal oder mit dem Befehl: ssh <user>@<hostname>
Das Passwort sollte geändert werden, dazu dem Sicherheitshinweis folgen und passwd
eingeben.
Alle unten genannten Befehle müssen mit erhöhten Rechten ausgeführt werden (z. B. sudo)!
Als Erstes sollte: Zeitzone, Sprache und Hostname angepasst werden.
Entweder Menügeführt mit sudo raspi-config
oder per Script / Shell Befehle:
# Zeitzone einstellen & Zeitsynchronisierung über das Internet aktivieren
timedatectl set-timezone Europe/Berlin
timedatectl set-ntp true
# Konfigurieren lokale Sprache deutsch
sed -i -e 's/# de_DE.UTF-8 UTF-8/de_DE.UTF-8 UTF-8/' /etc/locale.gen
locale-gen
localectl set-locale LANG=de_DE.UTF-8 LANGUAGE=de_DE
# Hostname
hostnamectl set-hostname mymachine
# System aktualisieren
apt-get update
apt-get upgrade
#Neustart
reboot
Am Anfang sollte man Befehle nicht verketten, sondern immer auf die Ausgabe warten (es sei denn, man hat Erfahrung): also kein apt-get update && apt-get upgrade
. Ebenso sollte man nicht mit automatischen Bestätigungen arbeiten, also kein upgrade mit "-y". Nach einer Installation ist ein aufräumen immer gut, also:
apt-get autoremove
apt-get clean
apt-get purge $(dpkg --get-selections | grep deinstall | cut -f1 | xargs)
Verwendung UART für Zusatzmodule
Einige Aufsteckmodule (z.B. HM-MOD-RPI-PCB) für den GPIO Port verwenden die serielle Schnittstelle UART. Der Zugriff auf diese serielle Schnittstelle erfordert eine modellabhängige Konfiguration.
Bei allen Modellen muss die Verwendung der seriellen Linux console an ttyAMA0 deaktiviert werden:
# seriell-getty Dienst für ttyAMA0 dauerhaft deaktivieren
systemctl stop serial-getty@ttyAMA0.service
systemctl disable serial-getty@ttyAMA0.service
systemctl mask serial-getty@ttyAMA0.service
Bei den Modellen mit Bluetooth muss die UART aktiviert und umkonfiguriert werden. Hier ein bash Script, welches die Originaldatei entsprechend modifiziert:
# serielle Schnittstelle aktivieren und mit BT Schnittstelle tauschen
# für Raspberry Pi OS
config="/boot/config.txt"
# für Ubuntu
#config="/boot/firmware/usercfg.txt"
bash -c "cat <<EOF >> $config
enable_uart=1
dtoverlay=miniuart-bt
core_freq=250
EOF"
Wer dem nicht traut, der editiert die Datei von Hand (Linux Editor!) und fügt am Ende die drei Zeilen aus dem Script ein, die vor EOF stehen.
Die config Datei von ubuntu verwendet den Befehl include usercfg.txt. Mit Erscheinen des Pi 4 wurden die overlay Dateien umbenannt (Start mit Pi3- entfernt) die alten Namen funktionieren aber noch.
Um die Konfiguration abzuschließen ist ein Neustart erforderlich
#Neustart erforderlich
reboot
Troubleshooting
Kontrolle der seriellen Schnittstelle
Der Befehl ls -l /dev/ttyAMA0
muss folgende Ausgabe liefern.
crw-rw---- 1 root dialout 204, 64 Jun 7 22:56 /dev/ttyAMA0
Sollte dies nicht der Fall sein, muss der Dienst serial-getty@ttyAMA0.service deaktiviert werden!
Kontrolle der Verlinkung von /dev/serial*
Der Befehl ls -l /dev/serial*
muss folgende Ausgabe liefern.
- Bei Modellen mit BT und richtiger Konfiguration (funktioniert nur unter Raspberry Pi OS)
lrwxrwxrwx 1 root root 7 Jun 7 22:55 /dev/serial0 -> ttyAMA0 lrwxrwxrwx 1 root root 5 Jun 7 22:55 /dev/serial1 -> ttyS0
- Bei den Modellen ohne BT und richtiger Konfiguration
lrwxrwxrwx 1 root root 7 Jun 8 18:30 /dev/serial0 -> ttyAMA0
Sollte das nicht der Fall sein, sind die Einträge in der /boot/config.txt fehlerhaft.
Sollte die serielle Schnittstelle unerwartet nicht funktionieren, kann auch andere Software daran Schuld sein, weil diese einfach versucht, alle Schnittstellen abzufragen / zu initialisieren. Für die Fehlersuche ist es also wichtig zu wissen, welche Software so installiert wurde, speziell wenn diese serielle Schnitttstellen (USB) verwendet / verwenden will. Ein Beispiel (deconz/conbee) wird in diesem Forenbeitrag behandelt.
Bei einem Raspberry 4 stört unter Umständen die Temperaturkontrolle des Lüfters, siehe auch Abschnitt bekannte Probleme: HM-MOD-RPI-PCB HomeMatic Funkmodul für Raspberry Pi.
Kontrolle Bluetooth
Die Funktion von Bluetooth kann mit dem hcitool überprüft werden. Mit hcitool dev
wird das interne BT Gerät mit MAC Adresse angezeigt. Mit hcitool scan
bzw. hcitool lescan
kann nach sichtbaren Geräten gesucht werden.
Weitergehende Informationen zur Anpassung der Konfiguration von Raspberry Pi OS sind nachzulesen auf https://www.raspberrypi.org/documentation/configuration/.
Sollte die Bluetooth Schnittstelle nach der Installation von FHEM nicht funktionieren, hilft es den Dienst abhängig zu starten, siehe diesen Wiki Artikel Fhem.service (systemd unit file)
FHEM
Die Installation von FHEM kann nach der Raspberry Pi OS Installation sehr einfach über das Debian-Repository [3] erfolgen.
- Es wird unbedingt empfohlen zur Grundinstallation zunächst keine Module, USB Sticks oder ähnliche Zusatzbaugruppen an den IO Ports des Raspberry gesteckt zu haben.
- Dieser Abschnitt beschreibt nur die Grundinstallation von FHEM auf einem Raspberry Pi mit Raspberry Pi OS!
- Weitere Installationsschritte sind je nach verwendeten FHEM-Modulen notwendig.
- Informationen hierzu liefert üblicherweise die commandref zum jeweiligen Modul.
- Den weiteren Einstieg in FHEM findet man im Artikel Quick-Start
Der einfache Weg zum aktuellen System
Der folgende Befehlsblock ist die praktische Umsetzung der Beschreibung auf http://debian.fhem.de. Bitte unbedingt vor Installation rückversichern, ob es dort (insbesondere unter The easy way: use apt-get) Aktualisierungen gab.
- Dieser Befehlsblock erfordert erhöhte Rechte, also bitte als Erstes
sudo su
ausführen! - Beim Kopieren aufpassen! Jede Zeile muss einzeln ausgeführt werden!
Dieser Befehlsblock gilt ab der Version debian buster als veraltet (es gibt Sicherheitsbedenken), muss aber bis einschließlich debian stretch eingesetzt werden.
# von debian.fhem.de installieren - siehe aktuelle Anleitung dort https://debian.fhem.de/
wget -qO - https://debian.fhem.de/archive.key | apt-key add -
echo "deb http://debian.fhem.de/nightly/ /" >> /etc/apt/sources.list
apt-get update
apt-get install fhem
Dieser Befehlsblock funktioniert erst ab debian buster (erfordert erhöhte Rechte sudo su
)
# Bei manchen debian Distributionen fehlt das Paket gpg -> nachinstallieren
apt update
apt install gpg
# von debian.fhem.de installieren - siehe aktuelle Anleitung dort https://debian.fhem.de/
wget -O- https://debian.fhem.de/archive.key | gpg --dearmor > /usr/share/keyrings/debianfhemde-archive-keyring.gpg
echo "deb [signed-by=/usr/share/keyrings/debianfhemde-archive-keyring.gpg] https://debian.fhem.de/nightly/ /" >> /etc/apt/sources.list
apt update
apt install fhem
Das offizielle Release
Man kann FHEM mit dem Debian-Paket von fhem.de installieren. Dieser Weg führt zu einem offiziellen Release, welches aber unter Umständen erheblich vom aktuellen Versions- und Diskussionsstand im Forum abweicht.
Alternativ kann man auch den manuellen Weg von https://debian.fhem.de/ wählen.
Empfohlener Patch
Da gerade auf dem Raspberry die automatische Erkennung der USB Schnittstellen zu 100% CPU Last führt (FHEM träge und reagiert nicht), wird empfohlen sofort nach der Installation noch diesen "Patch" auszuführen: FHEM starten, wenn alle USB-Geräte ausgesteckt sind. Dann attr initialUsbCheck disable 1
in der Kommandozeile in FHEMWEB eingeben, save
ausführen und FHEM anschließen wieder mit eingesteckten USB-Geräten neu starten.
Deinstallation
Man kann FHEM auch wieder spurlos vom System entfernen und ganz von vorn beginnen. Allerdings sollte man sich im Klaren sein, damit ensteht kein jungfräuliches System!
sudo apt-get purge fhem
sudo apt-get autoremove
Zusatzpakete bei FHEM-Erst- und Zweitinstallation
Nachdem der RPi eingerichtet ist, können weitere Pakete installiert werden. Keines davon ist zwingend erforderlich, um das Grundgerüst von FHEM betreiben zu können. Einige Pakete erhöhen aber den Bedienungskomfort, andere sind zur Nutzung bestimmter weiterer FHEM-Module (siehe commandref) erforderlich.
Hierzu wurden in letzter Zeit mehrere Hilfsmodule entwickelt, die insbesondere bei Wiederinstallation (etwa nach Absturz) wichtig sein können. So zeigt das Modul Installer die installierten Perl-Module an, siehe dazu diesen Thread.
Wenn man eine frühere Installation auf einer anderen SD-Karte installieren möchte und nicht mehr weiß, welche Zusatzpakete man auf der alten Karte installiert hatte, hilft (diese und nachfolgende Hinweise sind aus dem Blog [4])
zcat $(ls -tr /var/log/apt/history.log.*.gz)|grep -A1 Start-Date
weiter. Hier werden frühere Eingaben der Kommandozeile wiedergegeben. Es gibt einen analogen Befehl, um die mit CPAN installierten Pakete anzuzeigen. Dazu muss man das debian Paket perl-doc installiert haben und gibt dann ein
for M in `perldoc -t perllocal|grep Module |sed -e 's/^.*" //'`; do V=`perldoc -t perllocal|awk "/$M/{y=1;next}y" |grep VERSION |head -n 1`; printf "%30s %s\n" "$M" "$V"; done |sort
Ebenso kann man herausfinden, ob und durch welches debian-Paket das Perl-Paket installiert wurde. Die zweite Version sucht nur in Paketen die -perl im Namen tragen und läuft damit wesentlich schneller:
s='Device::SerialPort' ## zu diesem Paket wird gesucht perl -M$s -e 2>/dev/null &&echo "Modul $s ist vorhanden" for i in $(dpkg -l |grep ^ii| awk '{ print $2 }'|tr -d "\r"|tr "\n" " ");do if dpkg -L $i|grep $s &> /dev/null;then echo $i enthält $s;fi;done for i in $(dpkg -l |grep ^ii|grep '\-perl'| awk '{ print $2 }'|tr -d "\r"|tr "\n" " ");do if dpkg -L $i|grep $s &> /dev/null;then echo $i enthält $s;fi;done
Es gibt gute Gründe, die Installation von Perl Modulen über debian-Pakete der Installation über cpan zu bevorzugen. Dazu zählt die Updatefähigkeit und die Geschwindigkeit. Man kann im Internet nach den Paketen suchen, man kann aber auch einfach die Verfügbarkeit für das lokale System testen. Dazu braucht man das Tool apt-file, welches man zuerst installieren muss. Der letzte Befehl lädt den Infocache lokal und dauert etwas:
sudo apt-get update sudo apt-get install apt-file sudo apt-file update
Die folgende Suche nutzt den Umstand, dass in der im Paket enthaltenen Liste der Dateien auch die Doku in der Form "/usr/share/man/man3/IO::File.3perl.gz" enthalten ist. Der search Befehl unten akzeptiert mehrere Modulnamen durch Zeilenumbruch getrennt. In dem Beispiel sind die Modulnamen in einem String durch Leerzeichen getrennt, die Trennung wird in Zeilenumbruch geändert, jede Zeile ergänzt und über stdin an den search Befehl von apt-file übergeben. Die Option -l bewirkt das nur die gefunden Pakete gelistet werden, werden mehrere der abgefragten Modulnamen in einem Paket gefunden, wird es nur einmal gelistet:
s="IO::File Digest::MD5" ##Such-String echo $s|tr " " "\n"|sed 's/$/./;s/^/\//'|apt-file search -l -f -
Zuletzt eine Übersicht diverser Zusatzpakete.
Beschreibung | Paketname | Kontext | Installieren |
---|---|---|---|
Zeitserver | ntpdate | Setzt die Systemzeit bei Start des RPi. Wird für FHEM benötigt, da es sonst nicht startet. | sudo apt-get install ntpdate
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Perl JSON | JSON | Wird von einigen Modulen benötigt, z.B. harmony, iTunes | sudo apt-get install libjson-perl
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Samba-Server | samba | Mittels Samba kann man z.B. den Ordner /opt/fhem als Share freigeben. Dieser Share kann z.B. im Windows-Explorer als Laufwerk verbunden werden, so dass die Bearbeitung von config- und Programmdateien bequem möglich ist. Hier eine hilfreiche Kurzanleitung aus der (wenn man auf einen speziellen user verzichtet) nur die Einträge für smb.conf gesetzt werden müssen. | sudo apt-get install samba cifs-utils
Danach muss der share definiert werden mittels
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Mailversand | sendemail (alt: sendEmail) | Wird benötigt, um Mails versenden zu können, bspw. für Alarm-Benachrichtigungen.
Nach Installation des Paketes benötigt man noch eine Routine in FHEM gemäß E-Mail senden#Raspberry Pi |
sudo apt-get install sendemail bzw. sudo apt-get install sendEmail
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Wake-on-LAN | etherwake | Wird z.B. für das Modul WOL benötigt. | sudo apt-get install etherwake
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Perl Telnet | telnet | Wurde vor Fritz!OS 6.2x z.B. für das Modul FRITZBOX benötigt, da es eine im Netzwerk vorhandene Fritzbox über deren Telnet-Port ansprach. Mittlerweile wird TR-64 und SOAP verwendet. | sudo apt-get install libnet-telnet-perl
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Socat | socat | Kann verwendet werden, um auf anderen Rechnern im Netzwerk Linux-Befehle oder Skripts auszuführen. Auch können auf Slave-FHEM-Installationen Befehl ausgeführt werden, z.B. mit
1.2.3.4 muss natürlich durch die IP-Adresse des Zielrechners ersetzt werden. |
sudo apt-get install socat
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Libcrypt | Libcrypt | Perl libcrypt, erforderlich falls Homematic-devices mit AES verwendet werden sollen. | sudo apt-get install libcrypt-rijndael-perl
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libdatetime | libdatetime | Perl libdatetime, erforderlich für das Weather-Modul. | sudo apt-get install libdatetime-format-strptime-perl
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EnOcean XML functions | libxml simple | Perl XML::SIMPLE, erforderlich für die XML Funktionen des ENOCEAN Moduls. | sudo apt-get install libxml-simple-perl
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EnOcean Cryptographic functions | libcrypt-random-source-perl | Perl Crypt::Random, erforderlich für die Cryptographic Funktionen des ENOCEAN Moduls. | sudo /usr/bin/perl -MCPAN -e 'install Crypt::Random'
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Bekannte Probleme
Netzteil
Der RPi verwendet ein USB Netzteil als Spannungsversorgung. Gemessen kann der RPi allein bereits um die 900mA Strom fordern. Das bringt kleine Netzteile, besonders wenn noch CULs oder WLAN Sticks an USB hängen schnell an die Grenze. Die Fehler die daraus resultieren sind Abstürze, Netzwerkprobleme uvm. Daher bitte ein ausreichend starkes Netzteil mit mind. 2000mA oder einen aktiven USB-HUB für die Periperie verwenden.
Kabel (Micro-USB)
Auch das verwendete Kabel kann einen (großen) Unterschied machen. Billige Kabel haben sehr dünne Kupferadern, die auf größeren Strecken (bereits ab 30cm!) einen Spannungsabfall verursachen können, der sonst nicht nachvollziehbare Probleme (Festplattenausfall, SD-Kartenausfall etc.) auslöst. Siehe beispielsweise diesen Thread mit einer Tabelle, die die Höhe des Spannungsabfalls explizit beschreibt: Link zum Forum
Echtzeituhr
Der RPi hat keine Real-Time-Clock (RTC), das heißt, dass er nach einem Neustart keine gültige (im Sinne von aktuell) Systemzeit hat, sondern ein Datum in der Vergangenheit. Dieses Problem wird sinnvollerweise mit einer NTP-Konfiguration oder durch Installation einer Echtzeituhr umgangen.
Dabei muss Sorge getragen werden, dass der ntpd schon einen Datums-/Zeitabgleich gemacht hat, bevor FHEM gestartet wird. Geschieht der Abgleich nicht vorher, sondern erst nachdem FHEM schon läuft, stellt FHEM die Logs zwar auf das nun aktuelle Datum um (die "alten" Logs mit dem eigentlich ungültigen Datum werden natürlich behalten), aber irgendetwas scheint FHEM dabei so zu belasten, dass es eine Last von über 0.8 bis 0.9 erzeugt. Diese Last besteht auf Dauer und verschwindet erst, wenn man das Ganze sauber durchkonfiguriert und FHEM neu gestartet hat. Die hohe Systemauslastung zeigt sich auch in einem sehr trägen Laden der FHEM-Webseiten in einem beliebigen Browser. (siehe Thema)
Last durch Backup (während update)
Bei einen Update von FHEM durch den Befehl update
kann durch Setzen des Attributs "attr global backup_before_update 1
" automatisch vorab ein Backup durchgeführt werden. Die (ggf. großen) Log-Dateien werden dabei ebenfalls archiviert. Während der Archivierung ist FHEM blockiert. Durch die beschränkte Leistungsfähigkeit des Raspberry Pi kann das Backup zudem lange dauern. Durch ein "attr global updateInBackground 1
" wird ein Backup im Hintergrund ausgeführt (Quelle: Thema).
Alternative Möglichkeiten:
- Backup ausschalten und manuell durchführen
- Backup-Befehl anpassen und so große Dateien bzw. Verzeichnisse (log/) nicht archivieren
Watchdog einrichten
Man kann den RPi regelmäßig prüfen lassen, ob FHEM noch läuft und gegebenenfalls einen Neustart durchführen lassen. Eine mögliche Vorgehensweise ist in diesem Forumsthema beschrieben.
Interne Links
Externe Links
- Beitrag zum Umzug von Raspberry B auf Raspberry Pi 2
- Offizielle Webseite der Raspberry Pi Foundation
- Offizielle Downloads der Raspberry Pi Foundation