Raspberry Pi 4 som IoT gateway — Linux opsætning, udev og watchdog

M-Bus Gateway kører på Raspberry Pi 4 Model B 1GB. Her er den komplette Linux-opsætning fra frisk SD-kort til produktionsklar gateway.

---

OS og initial konfiguration

# 1. Skriv Raspberry Pi OS Lite 64-bit til SD-kort:
#    rpi-imager → Raspberry Pi OS Lite (64-bit, Debian Trixie)
#    Aktiver SSH i rpi-imager inden skrivning

# 2. Boot og SSH:
ssh pi@raspberrypi.local

# 3. Opdatér system:
sudo apt update && sudo apt full-upgrade -y
sudo apt install -y git curl python3-pip python3-venv \
  ufw fail2ban python3-dev build-essential

# 4. Opret mbus-bruger:
sudo useradd -m -s /bin/bash mbus
sudo usermod -aG dialout mbus   # Adgang til /dev/ttyUSB* (USB-dongle)
sudo usermod -aG gpio mbus      # Adgang til GPIO (LED, knap)

# 5. Deaktivér unødvendige services (reducér SD-slitage):
sudo systemctl disable bluetooth
sudo systemctl disable avahi-daemon
sudo systemctl disable triggerhappy

---

udev: Stabil USB-symlink til wM-Bus dongle

# Find USB VID:PID til Würth 2605056083001:
lsusb
# Bus 001 Device 003: ID 10c4:ea60 Silicon Laboratories CP210x UART Bridge

# Opret udev regel:
sudo tee /etc/udev/rules.d/99-wmbus.rules << 'EOF'
# Würth Elektronik 2605056083001 wM-Bus USB dongle
# VID=10c4 PID=ea60 = Silicon Labs CP210x (brugt i dongle)
SUBSYSTEM=="tty", ATTRS{idVendor}=="10c4", ATTRS{idProduct}=="ea60", \
  SYMLINK+="wmbus", MODE="0660", GROUP="dialout", \
  TAG+="systemd", ENV{SYSTEMD_WANTS}="mbus-gateway.service"
EOF

# Genindlæs udev:
sudo udevadm control --reload-rules
sudo udevadm trigger

# Test: Sæt dongle i USB — symlink skal opstå:
ls -la /dev/wmbus
# lrwxrwxrwx /dev/wmbus → ttyUSB0

---

systemd service: Auto-start med watchdog

# /etc/systemd/system/mbus-gateway.service
[Unit]
Description=M-Bus Gateway
After=network-online.target
Wants=network-online.target
# Start først når wmbus-enheden er tilgængelig:
BindsTo=dev-wmbus.device
After=dev-wmbus.device

[Service]
Type=notify
User=mbus
Group=mbus
WorkingDirectory=/opt/mbus-gateway
ExecStart=/opt/mbus-gateway/venv/bin/python -m gateway.src.main
ExecStop=/bin/kill -TERM $MAINPID

# Restart ved fejl:
Restart=on-failure
RestartSec=10s
StartLimitIntervalSec=300
StartLimitBurst=5

# Systemd watchdog: Genstart service hvis Python ikke pinger inden 120s:
WatchdogSec=120
# Python sender sd_notify("WATCHDOG=1") hvert 60s

# Environment:
EnvironmentFile=/etc/mbus-gateway/config.env
Environment=PYTHONPATH=/opt/mbus-gateway

# Ressourcegrænser:
MemoryMax=256M
CPUQuota=80%

[Install]
WantedBy=multi-user.target

---

Hardware watchdog: /dev/watchdog

# gateway/src/watchdog.py
# Hardware watchdog — reboots Pi ved kernel/Python-hæng uanset systemd

import fcntl
import os
import asyncio
import structlog

logger = structlog.get_logger()

WATCHDOG_PATH = "/dev/watchdog"
# BCM2835 hardware watchdog default timeout: 15 sekunder
# Feed hvert 10 sekunder = 5 sekunders margen

class HardwareWatchdog:
    def __init__(self):
        self._fd = None

    def open(self):
        """Åbn watchdog device. Ingen close() = reboot efter timeout."""
        try:
            self._fd = open(WATCHDOG_PATH, "wb", buffering=0)
            logger.info("watchdog_opened")
        except PermissionError:
            logger.warning("watchdog_no_permission", path=WATCHDOG_PATH)

    def feed(self):
        """Reset watchdog timer. Skal ske inden timeout (15s)."""
        if self._fd:
            # IOCTL WDIOC_KEEPALIVE = 0x80045705
            try:
                fcntl.ioctl(self._fd, 0x80045705, 0)
            except OSError:
                self._fd.write(b"1")  # Fallback: skriv byte

    def close_safe(self):
        """Luk watchdog uden reboot (skriv 'V' magic byte)."""
        if self._fd:
            self._fd.write(b"V")
            self._fd.close()
            self._fd = None


async def watchdog_task(watchdog: HardwareWatchdog):
    """Kør som baggrundstask — feed watchdog hvert 10 sekunder."""
    while True:
        watchdog.feed()
        await asyncio.sleep(10)

---

SD-kort optimering: Reducér skrivninger

# /etc/fstab — Montér tmpfs for log og tmp (undgå SD-slitage):
# Tilføj disse linjer:
tmpfs   /tmp              tmpfs  defaults,noatime,nosuid,size=64m    0 0
tmpfs   /var/tmp          tmpfs  defaults,noatime,nosuid,size=32m    0 0
tmpfs   /var/log          tmpfs  defaults,noatime,nosuid,size=64m    0 0
tmpfs   /var/run          tmpfs  defaults,noatime,nosuid,size=16m    0 0

# Disabél swap (SD-kort lever ikke af swap-skrivninger):
sudo dphys-swapfile swapoff
sudo systemctl disable dphys-swapfile

# noatime på root-partition:
# Redigér /etc/fstab — tilføj "noatime" til rootfs-linjen:
# PARTUUID=... / ext4 defaults,noatime 0 1

# Journald: Begrænse log-størrelse:
sudo mkdir -p /etc/systemd/journald.conf.d/
sudo tee /etc/systemd/journald.conf.d/size.conf << 'EOF'
[Journal]
Storage=volatile
RuntimeMaxUse=32M
EOF

---

4G PPP: SIM7080G HAT forbindelse

# /etc/ppp/peers/1nce — 1NCE IoT SIM konfiguration:
/dev/ttyS0          # SIM7080G UART (GPIO HAT)
115200
defaultroute        # Brug 4G som default route ved opkobling
usepeerdns          # Brug operatørens DNS
noauth              # 1NCE kræver ikke PAP/CHAP
persist             # Genopret forbindelsen automatisk ved tab
maxfail 0           # Prøv uendeligt mange gange
holdoff 30          # Vent 30 sek mellem forsøg

# APN:
connect "/usr/sbin/chat -v -f /etc/chatscripts/gprs APN iot.1nce.net"

# Test forbindelse:
sudo pon 1nce
ip route show
ping -c 4 8.8.8.8

---

Konklusion

Raspberry Pi 4 med Raspberry Pi OS Lite 64-bit er en stabil IoT gateway-platform. udev-symlinken /dev/wmbus sikrer stabil dongle-reference uanset USB-port. Systemd med BindsTo=dev-wmbus.device starter først ved tilgængelig dongle. Hardware watchdog + systemd watchdog giver 2-lags fejlgenopretning. tmpfs-montering forlænger SD-kortets levetid markant.

Se wM-Bus antenne guide eller IoT netværkssikkerhed guide.