(Aktualisiert 13.9.2024) Mit der Auslieferung des Raspberry Pi 5 im Herbst 2024 hat sich bei einigen Low-Level-Tools der GPIO-Zugriff geändert: Für die Modelle bis einschließlich Raspberry Pi 4 erfolgt der GPIO-Zugriff über chip0 bzw. /dev/gpiochip0. Beim Raspberry Pi musste dagegen chip4 bzw. /dev/gpiochip4 verwendet werden. Scripts, die universell auf alten und neuen Geräten laufen sollten, brauchten eine entsprechende Fallunterscheidung.

Mit Kernel 6.6.47, der mittlerweile standardmäßig als Update unter Raspberry Pi OS installiert wird, ändert sich wieder alles! Auch beim Raspberry Pi 5 muss nun /dev/gpiochip0 verwendet werden. Eine Referenz aller internen GPIO-Nummern gibt cat /sys/kernel/debug/gpio.

Die Änderung betrifft unter anderem:

• Python: gpiozero, lgpio, gpiod
• Bash: gpioset, gpioget
• C: lgpio, libgpiod, wiringpi

Scripts, die mit diesen Modulen bzw. Bibliotheken verfasst wurden, müssen geändert werden (Umstellung von GPIO-Chip 4 auf GPIO-Chip 0). Im Folgenden habe ich diesbezüglich Anleitungen für diverse Fälle zusammengefasst.

13.9.2024: Mit dem neuesten Update von Raspberry Pi OS wird ein Link von /dev/gpiochip4 auf /dev/gpiochip0 eingerichtet, wodurch die Auswirkungen des veränderten Kernels in den meisten Fällen nicht mehr spürbar sind.

ls -l /dev/gpiochip*

crw-rw---- 1 root gpio 254,  0 13. Sep 08:39 /dev/gpiochip0
crw-rw---- 1 root gpio 254, 10 13. Sep 08:39 /dev/gpiochip10
crw-rw---- 1 root gpio 254, 11 13. Sep 08:39 /dev/gpiochip11
crw-rw---- 1 root gpio 254, 12 13. Sep 08:39 /dev/gpiochip12
crw-rw---- 1 root gpio 254, 13 13. Sep 08:39 /dev/gpiochip13
lrwxrwxrwx 1 root root       9 13. Sep 08:39 /dev/gpiochip4 -> gpiochip0

Von gpiozero gibt es mittlerweile eine aktualisierte Version, die das richtige Chip-Device erkennt.

Python-Scripts mit gpiozero

Beim Start derartiger Scripts auf dem Raspberry Pi 5 mit dem aktuellen Kernel (>= 6.6.47) tritt die Fehlermeldung can not open gpiochip auf. Das Script bricht ab. Der Fehler ist bekannt, es wird demnächst eine neue Version des Python-Modules geben. Bis dahin ist es am einfachsten, das Script wie folgt zu starten:

RPI_LGPIO_CHIP=0 ./gpiozero-led.py

Alternativ führen Sie export RPI_LGPIO_CHIP=0 aus und fügen diese Anweisung auch in /home/your-account/.bashrc ein. Eine weitere Möglichkeit ohne die externe Definition von Umgebungsvariablen besteht darin, am Beginn Ihres Python-Scripts die folgende Zeile einzubauen:

import os 
os.environ['RPI_LGPIO_CHIP']='0'

Im gpiozero-Issue ist auch von PWM-Problemen zu lesen, die sich selbst mit RPI_LGPIO_CHIP=0 nicht lösen lassen. Das kann ich nicht bestätigen. Mein PWM-Test-Script gibt zwar eine Warnung aus, funktioniert aber.

Python-Scripts mit lgpio

Wenn Sie in Ihrem Python-Script das lgpio-Modul verwenden, müssen Sie den Handle nun IMMER mit gpiochip_open(0) öffnen, also:

# alle Raspberry-Pi-Modelle mit aktuellen Kernel >= 6.6.45
handle = lgpio.gpiochip_open(0)

# Raspberry Pi 5 mit Kernel < 6.6.45
# handle = lgpio.gpiochip_open(4)

Python-Scripts mit gpiod

Wenn Sie in Ihrem Python-Script das gpiod-Modul verwenden, müssen Sie die Initialisierung nun IMMER mit 'gpiochip0' durchführen, also:

chip = gpiod.Chip('gpiochip0')     # alle Modelle mit Kernel >= 6.6.45
# chip = gpiod.Chip('gpiochip4')   # Raspberry Pi 5 mit Kernel < 6.6.45

pinout-Kommando

Auch das Kommando pinout liefert zur Zeit Fehlermeldungen (can’t connect to pigpio at localhost sowie Unable to initialize GPIO Zero). Hinter den Kulissen handelt es sich bei dem Kommando um ein Python-Script, das gpiozero verwendet. Bis dieses Modul aktualisiert wird, hilft der oben schon erwähnte Trick mit RPI_LGPIO_CHIP=0 weiter, also:

RPI_LGPIO_CHIP=0 pinout

bash-Scripts mit gpioset, gpioget und gpiomon

Bei den genannten Kommandos übergeben Sie als ersten Parameter die Chip-Nummer. Ab Kernel 6.6.45 lautet diese IMMER 0, also z.B.:

chip=0
gpioset $chip 7=1   # GPIO 7 (Pin 26) auf "high" stellen
gpioset $chip 7=0   # GPIO 7 (Pin 26) auf "low" stellen

bash-Scripts mit pinctrl

Hier ändert sich nichts. pinctrl war schon in der Vergangenheit in der Lage, die richtige Chip-Nummer selbst zu erkennen, und das funktioniert weiterhin. Großartig!

pinctrl set 7 op dh   # LED an Pin 26 ein
pinctrl set 7 op dl   # LED an Pin 26 aus

C-Programme mit lgpio

Ab Kernel 6.6.45 müssen Sie IMMER die Chip-Nummer 0 verwenden, also:

#define CHIP 0
...
h = lgGpiochipOpen(CHIP);  // open connection to I/O chip

C-Programme mit gpiod

Ab Kernel 6.6.45 müssen Sie IMMER "gpiochip0" verwenden, also:

char *chipname = "gpiochip0";
chip = gpiod_chip_open_by_name(chipname);
...

wiringpi

Die von Gordon Drogon entwickelte wiringpi-Bibliothek ist seit vielen Jahren veraltet (gilt bis Version 2.5).

2024 hat der Grazer Computer Club die Wartung der Bibliothek übernommen. Damit ist diese Bibliothek (jetzt in Version 3.0) wieder verwendbar! Weitere Informationen sowie Installationshinweise gibt es auf der GitHub-Projektseite:

https://github.com/WiringPi/WiringPi

Persönliche Anmerkung

Diese ganze Angelegenheit ist ein einziges Trauerspiel. Dass beim Raspberry Pi 5 anfänglich /dev/gpiochip4 als interne GPIO-Schnittstelle verwendet wurde (und nicht von Anfang an /dev/gpiochip0 wie bei früheren Raspberry-Pi-Modellen), war schon eine äußerst fragwürdige Entscheidung. Aber die Schnittstelle jetzt, fast ein Jahr nach dem Release des Raspberry Pi 5 und Raspberry Pi OS Bookworm, zu ändern, ist einfach irrsinnig.

Mit dem Kernel-Update funktionieren unzählige GPIO-Scripts von einen Tag auf den anderen nicht mehr. So etwas muss von vorne herein vermieden werden, und, wenn es denn gar nicht anders geht, viel viel besser kommuniziert werden. Die Maintainer der GPIO-Bibliotheken waren offenbar allesamt überrascht von der Änderung. Unprofessioneller geht’s nicht.

Hintergründe / Links

• https://forums.raspberrypi.com/viewtopic.php?t=359302
• https://forums.raspberrypi.com/viewtopic.php?t=361116
• https://github.com/domoticz/domoticz/issues/6040
• https://github.com/WiringPi/WiringPi/issues/280
• https://stackoverflow.com/questions/78452048/not-able-to-access-gpio-pins-on-my-raspberry-pi-5
• https://github.com/raspberrypi/linux/pull/6144
• https://github.com/gpiozero/gpiozero/issues/1166

Dieser Blog-Beitrag ist ursprünglich unter https://pi-buch.info/low-level-gpio-zugriff-geaendert-mit-kernel-6-6/ erschienen. Danke an Hr. Strohmayer, der mich als erster auf dieses Problem aufmerksam gemacht hat.

Um später alle Vorzüge, wie Nextcloud Office, von Nextcloud Hub nutzen zu können, empfehle ich den Document Server Collabora Online – Built-in CODE Server (ARM64) auf dem Raspberry Pi via Terminal beizeiten zu installieren, da es über die grafische Oberfläche i.d.R. zu einem Timeout kommt. Wie das Ganze funktioniert erläutere ich in diesem Artikel.

Nextcloud Office

Nextcloud Office ist eine in Nextcloud integrierte Office-Lösung, die es ermöglicht, Dokumente, Tabellen und Präsentationen direkt im Browser zu erstellen und gemeinsam zu bearbeiten. Basierend auf Open-Source-Technologien wie Collabora Online unterstützt es gängige Dateiformate wie DOCX und ODT. Die Echtzeit-Zusammenarbeit und vollständige Integration in die Nextcloud-Plattform ermöglicht eine sichere und effiziente Teamarbeit, bei der alle Daten unter eigener Kontrolle bleiben. Ideal für Unternehmen, die Wert auf Datenschutz und Datensouveränität legen.

Installation

cd /var/www/html/nextcloud
sudo -u www-data php -d memory_limit=512M ./occ app:install richdocumentscode_arm64

Aktivierung

Abschließend wird die Nextcloud Office-App in den Nextcloud Hub-Paketen für die spätere Nutzung
aktiviert.

Anmerkung

Dies funktioniert nur auf 64-Bit-Systemen!

Vorschau

Im nächsten Teil zeige ich, wie man dem Raspberry PI eine feste interne IP-Adresse im heimischen Netzwerk zuweist.

Vor einiger Zeit habe ich beschlossen eine Serie von Artikeln zum Thema Nextcloud auf dem RasPi auf meinem Blog intux.de zu veröffentlichen. Ziel ist es, eine eigene Cloud zu erstellen, die produktiv nutzbar ist. Diese soll später über das Internet erreichbar sein.

Was benötigt man dafür?

Um langfristig sicherzustellen, dass alles funktioniert, empfehle ich, die neueste Hardware zu verwenden, wie den Raspberry Pi 5. Allerdings würde hier auch ein Einplatinencomputer der vorherigen Generation mit 4GB RAM ausreichen.

Vorbereitung

Diese kleine Anleitung soll helfen, das Projekt Nextcloud auf dem Raspberry Pi nicht nur umzusetzen, sondern auch besser zu verstehen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Software und der Konfiguration. So können später auftretende Fehler besser lokalisiert und abgestellt werden.

Der Raspberry Pi wird als LAMP-Server (Linux, Apache, MariaDB, PHP) dienen, die Nextcloud zu betreiben. Wie man diese vier Bausteine aufsetzt, zeige ich im folgenden Abschnitt.

Installation

Der erste Baustein der installiert wird, ist Linux. Hierbei handelt es sich um das Betriebssystem Raspberry Pi OS. Dieses spielt man ganz einfach mit dem Raspberry Pi Imager auf die MicroSD.

Hier wählt man (siehe Screenshot) das zu installierende Betriebssystem aus. In diesem Fall ist es das Raspberry Pi OS (64-bit). Im Imager können vorab einige Einstellungen vorgenommen werden. Ich werde in dieser Anleitung einfache Bezeichnungen und Passwörter verwenden. Diese können während der Installation entsprechend frei angepasst werden!

Über das Zahnrad des Imagers lässt sich das Raspberry Pi OS vorkonfigurieren. Hier trägt man für den Anfang die entsprechenden Daten ein:

Danach wählt man am PC/Notebook die MicroSD aus, auf die geschrieben werden soll.

Zum Schluss werden die Daten auf die MicroSD geflasht. Ist dies erledigt, kann die Karte ausgeworfen und in den vorbereiteten Raspbberry Pi (Kühlkörper, Gehäuse, Lüfter) geschoben werden. Dieser wird dann via LAN-Kabel mit dem heimischen Router verbunden und über das Netzteil mit Strom versorgt.

Natürlich könnte der RasPi auch via WLAN mit dem Router kommunizieren. Hiervon rate ich jedoch ab, da über die Funkverbindung oft nicht die volle Geschwindigkeit einer Ethernet-Verbindung genutzt werden kann. Weiterhin kann es zu Verbindungsabbrüchen bzw. -lücken kommen.

Nachdem der Raspberry Pi mit Strom versorgt wird, startet dieser. Ist der Raspberry Pi hochgefahren, kann dieser via arp-scan vom PC/Notebook im Netzwerk lokalisiert werden. In meinem Fall hat er die IP-Adresse 192.168.178.136.

sudo apt install arp-scan
sudo arp-scan -l

Zugriff auf den Pi erhalte ich nun via zuvor im Imager aktiviertem SSH-Zugang.

ssh Benutzer@IP-Adresse

Ist man eingeloggt, empfiehlt es sich die Lokalisierung über raspi-config auf deutsch (siehe Screenshots) umzustellen. Damit wird Datum und Uhrzeit des Servers an die europäische Zeitzone (Berlin) angepasst.

sudo raspi-config

Nun wählt man de_DE.UTF-8 UTF-8 aus und deaktiviert en_GB.UTF-8 UTF-8. Die deutsche Lokalisierung wird abschließend noch bestätigt.

Danach wird der Raspberry Pi mit

sudo reboot

neu gestartet. Ist dies geschehen, empfiehlt es sich, das OS zu aktualisieren.

sudo apt update && sudo apt upgrade -y

Danach werden die noch fehlenden 3 Bausteine (Apache 2, MariaDB und PHP) nachinstalliert.

sudo apt install apache2 mariadb-server php php-mysql php-zip php-gd php-json php-curl php-mbstring php-intl php-imagick php-xml php-dom php-bcmath -y

Nachdem die Installation durchgelaufen ist, kann man zum Testen den Webserver Apache via Browser über die Web-Adresse http://ip erreichen.

Anschließend wird die von der Nextcloud benötigte Datenbank installiert. Zuerst wird jedoch die mysql_secure_installation durchgeführt. Ich empfehle hier das Ganze gemäß meinen Empfehlungen (Enter, n, n, y, y, y, y) zu durchlaufen. Hierbei wird für den MariaDB-Server kein separates Root-Passwort vergeben, der anonyme User wird gelöscht, die Remote-Root-Anmeldung wird verboten, die Test-DB wird gelöscht und die Änderungen ausgeführt.

sudo mysql_secure_installation

Nachdem dieser Schritt durchgeführt wurde, kann über folgenden Befehl die Datenbank erstellt werden.

sudo mysql -u root -p

In meinem Fall heißen die Datenbank und der Benutzer „nextcloud“. Die Datenbank liegt dann auf dem „localhost“.

> CREATE DATABASE nextcloud;
> CREATE USER 'nextcloud'@'localhost' IDENTIFIED BY 'geheim';
> GRANT ALL ON nextcloud.* TO 'nextcloud'@'localhost';
> FLUSH PRIVILEGES;
> \q

Im Nachgang wechselt man in das Verzeichnis /var/www/html, wo die Nextcloud installiert wird. Die letzte Version wird vom Entwickler herunter geladen und entpackt. Danach wird die nicht mehr benötigte Zip-Datei wieder gelöscht und die Rechte der Dateien an den Benutzer www-data übertragen.

cd /var/www/html
sudo wget https://download.nextcloud.com/server/releases/latest.zip
sudo unzip *.zip
sudo rm *.zip
sudo chown -R www-data:www-data /var/www/html/nextcloud

Nun ist die Nextcloud über http://ip/nextcloud (http://102.168.178.136/nextcloud) erreichbar. Man legt den Admin fest und trägt die Daten der zuvor erstellten MariaDB-Datenbank in die Eingabemaske ein. Hat das alles geklappt, dann dauert die Einrichtung ein paar Minuten und die Nextcloud steht bereit zum ersten Login des neuen Administrators.

Vorschau

Im nächsten Teil zeige ich, wie man die App Collabora Online – Built-in CODE Server (ARM64) in der Nextcloud via Terminal installiert.

Viel Spaß!

Das Buch „Nextcloud Schnelleinstieg“ von Herbert Hertramph ist in der 1. Auflage 2023 im mitp-Verlag erschienen. Es trägt den Untertitel „Der leichte Weg zur eigenen Cloud – Daten sicher speichern und teilen“. Das Buch hat insgesamt 224 Seiten und ist für Nutzer konzipiert, die sich für die Verwendung von Nextcloud entschieden haben oder dies planen. Es bietet einen umfassenden Einblick in die Funktionalitäten und die Handhabung dieser besonderen Open-Source-Cloud.

Dieses Buch geht weniger auf Installationsmöglichkeiten der Nextcloud ein, gibt aber wertvolle Tipps, wie der Nutzer an eine eigene Nextcloud gelangt, ob als selbst installiertes Filesharing-System auf einem Einplatinencomputer, wie dem Raspberry Pi, einem angemieteten vServer oder als gemanagte Cloud bei einem Nextcloud-Spezialisten.

In seinem Buch konzentriert sich der Autor ausschließlich auf die Benutzung der Nextcloud. Er erklärt den Aufbau und die Funktionen auf eine klare und verständliche Art. Der Einsatz vieler Grafiken und Screenshots unterstützt diese Erklärungen und macht sie leicht nachvollziehbar.

Im Buch von Herbert Hertramph wird keine spezifische Nextcloud-Version genannt, was aufgrund der häufigen Veröffentlichung neuer Hauptversionen des Open-Source-Projekts in etwa alle sechs Monate auch kaum möglich ist.

Herbert Hertramph zeigt anschaulich die vielfältigen Möglichkeiten, die sich durch die Anwendungen Dateien zur Dateiverwaltung, Kalender und Kontakte ergeben. Er erläutert, wie Daten einfach geteilt werden können und wie kollaboratives Arbeiten in der Cloud funktioniert. Zudem werden spannende Apps wie Aufgaben und Deck genauer betrachtet. Deck ist ein nützliches Kanban System zur Planung und Umsetzung eigener Projekte. Mail und Talk werden ebenfalls ausführlich erklärt: Mail ist ein in die Cloud integrierter eMail-Client und Talk eine eigenständige Anwendung für Videokonferenzen.

Außerdem wird detailliert besprochen, wie arbeitserleichternde Clients für PC und Mobiltelefone genutzt werden können und wie Daten, Kontakte und Kalender mit diesen Geräten synchronisiert werden können.

Nextcloud ist ein hochwertiges, ausgereiftes und kostenfreies System, das in zahlreichen Unternehmen und Bildungseinrichtungen eingesetzt wird. Es wurde in Deutschland entwickelt, ist Open Source und bietet eine transparente Plattform. Anders als herkömmliche Cloud-Lösungen umfasst Nextcloud neben den Grundfunktionen wie Filesharing auch einen E-Mail-Client, Video-Konferenzmöglichkeiten und die Integration eines Online-Office, was es zu einem umfassenden Enterprise-Produkt macht.

Das Buch gliedert sich in folgende Kapitel:

• Die Grundlagen 
• Anmeldung und Rundgang
• Dateimanagement
• Einstellungssache: Nextcloud anpassen
• Geteilte Cloud ist doppelte Cloud: (Mit-)Benutzer einrichten
• Terminmanagement: Vom Kalender bis zur Buchungsverwaltung
• Aufgaben- und Projektplanung
• Adressbücher und Kontakte teilen
• Office-Anwendungen und Notiz-Systeme
• Kommunikation: E-Mail und Talk
• Weitere nützliche Erweiterungen
• Nextcloud unterwegs
• Die sichere Cloud
• Nextcloud und das papierlose Arbeitszimmer 

Leseproben und Downloads

Inhaltsverzeichnis und Leseprobe

Fazit

Ich kann dieses Buch jedem empfehlen, der bereits über die Verwendung von Nextcloud nachdenkt oder bereits ein solches System nutzt. Selbst erfahrene Nutzer werden wahrscheinlich noch nützliche Hinweise darin finden. Insgesamt bin ich der Meinung, dass es sich lohnt, das Buch anzuschaffen.

Vor über vier Jahren hatte ich mich schon einmal mit dieser Thematik im Artikel „TURN-Server für Nextcloud Talk“ auseinandergesetzt. Über die Jahre hinweg hat sich jedoch einiges geändert und ich konnte mein Wissen ausbauen. Aus diesem Grund möchte ich nun meine aktuellsten Erkenntnisse noch einmal zusammenhängend präsentieren.

Installation

Ein TURN-Server wird von Nextcloud Talk benötigt, um Videokonferenzen zu ermöglichen. Der TURN-Server bringt die Teilnehmer, welche sich in verschiedenen Netzwerken befinden, zusammen. Nur so ist eine reibungslose Verbindung unter den Teilnehmern in Nextcloud Talk möglich.

Wer bisher meinen Anleitungen zur Installation von Nextcloud auf dem Raspberry Pi gefolgt ist, kann nun die eigene Cloud für Videokonferenzen fit machen. Zu bedenken gilt aber, dass ein eigener TURN-Server nur bis maximal 6 Teilnehmer Sinn macht. Wer Konferenzen mit mehr Teilnehmern plant, muss zusätzlich einen Signaling-Server integrieren.

Nun zur Installation des TURN-Servers. Zuerst installiert man den Server mit

sudo apt install coturn

und kommentiert folgende Zeile, wie nachfolgend zu sehen in /etc/default/coturn aus.

sudo nano /etc/default/coturn

Dabei wird der Server im System aktiviert.

#
# Uncomment it if you want to have the turnserver running as
# an automatic system service daemon
#
TURNSERVER_ENABLED=1

Nun legt man die Konfigurationsdatei zum TURN-Server mit folgendem Inhalt an.

sudo nano /etc/turnserver.conf

listening-port=5349
fingerprint
lt-cred-mech
use-auth-secret
static-auth-secret=geheimespasswort
realm=cloud.domain.tld
total-quota=100
bps-capacity=0
stale-nonce
no-loopback-peers
no-multicast-peers

Hier werden u.a. der Port und das Passwort des Servers sowie die Domain der Cloud eingetragen. Natürlich muss hier noch der Port im Router freigegeben werden. Ein starkes Passwort wird nach belieben vergeben.

Hierbei kann das Terminal hilfreich sein. Der folgende Befehl generiert z.B. ein Passwort mit 24 Zeichen.

gpg --gen-random --armor 1 24

Jetzt wird der Server in den Verwaltungseinstellungen als STUN- und TURN-Server inkl. Listening-Port sowie Passwort eingetragen.

Bei meinen ersten Versuchen auf dem Raspberry Pi fiel auf, dass der Service des TURN-Servers schneller startet als das gesamte System, was einen Betrieb unmöglich machte. Diese Problematik konnte ich wie im Artikel „coTurn zeitverzögert auf Raspberry Pi starten“ beschrieben, lösen. Leider überstand aber dieser Eingriff kein Systemupgrade. Durch einen sehr hilfreichen Kommentar von Matthias, kann ich nun eine bessere Lösung aufzeigen.

Es wird mit

sudo systemctl edit coturn.service

der Service des Servers editiert. Folgender Eintrag wird zwischen die Kommentare gesetzt:

### Editing /etc/systemd/system/coturn.service.d/override.conf
### Anything between here and the comment below will become the new contents of the file

[Service]
ExecStartPre=/bin/sleep 30

### Lines below this comment will be discarded

### /lib/systemd/system/coturn.service

Dies ermöglicht den TURN-Server (auch nach einem Upgrade) mit einer Verzögerung von 30 Sekunden zu starten.

Zum Schluss wird der Service neu gestartet.

sudo service coturn restart

Ein Check zeigt, ob der TURN-Server funktioniert. Hierzu klickt man auf das Symbol neben dem Papierkorb in der Rubrik TURN-Server der Nextcloud. Wenn alles perfekt läuft ist, wird im Screenshot, ein grünes Häkchen sichtbar.