Raspberry Pi 3: GPIO-Port Module und Bluetooth

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Der Raspberry Pi 3 nutzt für den GPIO-Port standardmäßig den Software UART1 (ttyS0), während die vorherigen Raspberry Pi-Modelle noch den Hardware UART0 dafür verwendeten. Der Hardware UART0 (ttyAMA0) wird beim Pi 3 durch das neu eingeführte Bluetooth-Modul belegt. Der Software UART1 des Pi 3 mit Anhängigkeiten von CPU-Frequenz, CPU-Last, Temperatur und anderem ist für den Betrieb von Aufsteckmodulen jedoch häufig nicht stabil genug. Der Pi 3 muss daher zur Verwendung von einigen Aufsteckmodulen für den GPIO-Port, die über GPIO 14/15 kommunizieren so umkonfiguriert werden, dass der GPIO-Port wie bei den Vorgängermodellen wieder den Hardware UART0 einsetzt.

Unter anderem folgende Aufsteckmodule setzen für einen stabilen Betrieb die Nutzung des Hardware UART0 für den GPIO-Port voraus:

  • EnOceanPi (-Gateway)
  • Razberry (-Gateway)

Immer wieder angeführte und einfach umzusetzende Lösung ist Bluetooth zu deaktivieren und dann den Hardware UART0 (ttyAMA0) auf den GPIO-Port umzumappen (siehe beispielsweise Beitrag). Damit kann man aber das im Pi 3 eingebaute Bluetooth-Modul nicht mehr nutzen. Ein Vorteil des Pi 3 zu den Vorgängermodellen geht somit verloren.

robert.heinze hat aufbauend auf seinen Erkenntnissen in diesem Thema nachfolgendes HowTo zur Verfügung gestellt, nach dessen Abarbeitung eine parallele Verwendung von Aufsteckmodulen für den GPIO-Port und Bluetooth in FHEM mit dem Pi 3 möglich ist.

HowTo

Standardmäßig belegt der Raspberry 3 den Software-UART-ttyAMA0 mit Bluetooth. Da wir diese Schnittstelle aber für serielle Module wie z.B. hier den EnOceanPi verwenden, legen wir den integrierten Bluetooth-Empfänger des Raspberry Pi 3 auf ttyS0 (UART1 - „mini UART“) um den Hardware-UART auf die TX/RX-Pins zu legen (UART0 - „full UART“). Hierfür sind einige Maßnahmen vorzunehmen, die nachfolgend schrittweise beschrieben werden.

Schritt 1:

Im ersten Schritt gilt es den Raspberry Pi 3 zu konfigurieren: 

sudo raspi-config

A5 Device tree muss enabled sein, um Overlay’s verwenden zu können (default)
A8 Serial ebenfalls enabled setzen

Schritt 2:

Zur Bearbeitung von Textdateien wird hier und bei allen folgenden Schritten der Editor nano genutzt. Selbstverständlich kann auch auf einen anderen Editor zurückgegriffen werden. 

sudo nano /boot/cmdline.txt

dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait

console=serial0,115200 sollte wie schon beim RPi2 entfernt werden, wenn es gesetzt ist, damit die UART-Schnittstelle vom EnOceanPi verwendet werden kann.

Schritt 3:

Raspberry auf aktuellen Stand bringen: 

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade

Schritt 4:

Firmware aktualisieren: 

sudo apt-get install rpi-update
sudo rpi-update 
sudo reboot

Schritt 5:

In der Config-Datei /boot/config.txt wird das dementsprechende Overlay geladen, um Bluetooth auf mini UART zu legen: 

dtoverlay=pi3-miniuart-bt

Die Taktfrequenz muss beim Starten auf eine konstante Frequenz eingestellt werden: 

enable_uart=1

UART1 wird auf die Maximalfrequenz oder Minimalfrequenz gelegt, da der mini UART die Baudrate abhängig von der System Clock variiert: force_turbo=1 oder core_freq=250, wir entscheiden uns für force_turbo=1 sofern ein dementsprechendes Netzteil (2,5A) verwendet wird. 

sudo nano /boot/config.txt

Am Ende der Datei einfach die folgenden Zeilen hinzufügen: 

dtoverlay=pi3-miniuart-bt
enable_uart=1
force_turbo=1

Schritt 6:

Der Bluetooth UART-Service muss auf ttyS0 gelegt werden. 

sudo nano /lib/systemd/system/hciuart.service

In der Datei 2x ttyAMA0 gegen ttyS0 tauschen, was in folgendem Code resultiert: 

[Unit]
Description=Configure Bluetooth Modems connected by UART
ConditionPathIsDirectory=/proc/device-tree/soc/gpio@7e200000/bt_pins
Before=bluetooth.service
After=dev-ttyS0.device

[Service]
Type=forking
ExecStart=/usr/bin/hciattach /dev/ttyS0 bcm43xx 921600 noflow -

[Install]
WantedBy=multi-user.target

Schritt 7:

Auf Grund eines Timing-Problems in der Boot-Phase zwischen Bluetooth und dem FHEM Start muss der FHEM-Service 10 Sekunden verzögert werden. 

sudo nano /etc/init.d/fhem

In der ersten Zeile der Datei 

sleep 10

einfügen.

Nun sollten nach einem Reboot das GPIO-Port-Aufsteckmodul (ttyAMA0) und Raspi 3-Bluetooth (ttyS0) parallel funktionieren.

Schritt 8 (optional)

Wenn Bluetooth noch nicht installiert wurde, muss es noch installiert werden. 

sudo apt-get install pi-bluetooth
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