Zigbee модуль CC2538 с усилителем CC2592. Прошивка - подключение - настройка (Homeassistant и zigbee2mqtt).

Модуль был куплен на замену USB-стика на базе СС2531 для решения такого ряда задач:
1. Улучшение производительности Zigbee — координатора (ускоряется прохождение команд и увеличивается число поддерживаемых устройств).
2. Переход к протоколу Zigbee v3.0.
3. Интеграция в корпус контроллера с подключением по UART (у меня только 3 USB).
4. Увеличение дальности связи.

Т.к. продавец шлет модули на базе нового (не шитого ранее) чипа, то есть возможность загрузить прошивку Zigbee координатора используя простейший $1 USB-UART переходник и режим Serial Boot Loader CC2538.
Подробности под катом.

Вводная

У SoC CC2538 есть Serial Bootloader (SBL) — специальный загрузчик, который позволяет загрузить прошивку через UART. Если вы купили «свежий» чип с фабрики, то этот загрузчик включен и доступен по умолчанию. При прошивке какого-либо firmware этот загрузчик как правило отключается.
За механизм включения-выключения отвечает специальный бит конфигурации в CCA (Customer Configuration Area).
Если бит сброшен, то при подаче питания (или сбросе через reset) будет выполняться Application code, если установлен — SBL boot code. При прошивке этот бит обычно сбрасывается, так что в режим SBL больше не попасть и потребуется jtag программатор (j-link, segger и т.п).
Чтобы микроконтроллеру понять куда грузиться, в SBL boot code или Application code, микроконтроллер при включении опрашивает определенный порт. Какой именно порт и какой у него будет активный логический уровень — задается в соответствующих битах конфигурации CCA (Customer Configuration Area), см. Serial Boot Loader for CC2538.

Как сохранить режим SBL

Необходимо слегка модифицировать прошивку, установив бит SBL, порт РАх и требуемый логический уровень.
Смотрим на обратную сторону модуля:

Порты РА0-РА1 у меня будут использованы для подключения по UART, остаются РА2-РА7. Я выбрал «дальний» РА7 и низкий активный уровень, проще всего будет подключить тактовую кнопку между РА7 и GND.

Открываем hex прошивку координатора Zigbee (из готовых с подключением по UART, без линий CTS/RTS мне знакома только такая версия)
и в самом конце файла правим два байта, конфигурационный и контрольной суммы:
В конце файла в строке
:0CFFD400FFFFFFEF000000000000200015
изменяем два байта на
:0CFFD400FFFFFFF700000000000020000D

Пайка и прошивка

Для подключения и прошивки модуля потребуется кусок ~10 см 4-жильного кабеля (у меня это обрезок шнура от iphone), 4 коннектора и кусок термоусадки.


Паяем и оконечиваем кабель (см. первую картинку).


Натягиваем термоусадку (выход шнура дополнительно проклеил герметиком) и подключаем к USB-UART переходнику.
Схема соединения: TX->RX=PA0, RX->TX=PA1, GND->GND, Vcc3.3->3V3 (питание только 3.3В!)


Качаем исходник простейшего прошивальщика для СС2538 под Linux

wget https://github.com/1248/cc2538-prog/archive/master.zip

распаковываем и компилируем:

make

Подключаем собранную связку (на последнем фото) к порту USB и прошиваем:

./cc2538-prog -d /dev/ttyUSB0 -f myfile.hex

где ttyUSB0 — порт переходника
myfile.hex — файл прошивки в формате hex

Модуль готов к использованию.

Подключение

Подключаем полученный модуль координатора к контроллеру Homeassistant (Hass.io) на базе плат renegade- orange- raspberry- banana- (и т.д.).
У меня используется Renegade ROC-RK3328-CC в безвентиляторном корпусе от Asus Tinker board. Корпус полностью алюминиевый, поэтому для подключения внешней антенны к CC2538 потребовался самодельный короткий переходник IPX<->RP-SMA.
На плате ROC-RK3328 каждый пин гребенки подписан, вычислить UART и питание не составляет труда.


Подключаю модуль

Изолирую его вторым куском термоусадки и укладываю вокруг CPU (на него ставится куб теплосъемника)

Подготовка порта UART

На многих мини-ПК типа orange- raspberry- banana- порты UART в системе по умолчанию отключены.
Включить их можно в файле /boot/armbianEnv.txt, добавив строку

overlays=uartX

где Х — номер требуемого порта
Но такой метод сработает при наличии в папке /boot/dtb/ специального overlay- файла с расширением .dts
У меня такого overlay файла нет, поэтому пришлось править конфигурационный dtb (Device Tree Blob) файл моей системы вручную.
Далее все делаю под учетной записью пользователя hassio
Перехожу в рабочую папку

cd /home/hassio/

Копирую исходный dtb файл в рабочую папку

sudo cp /boot/dtb/rockchip/rk3328-roc-cc.dtb /home/hassio/rk3328-roc-cc.dtb

Конвертирую dtb в dts

dtc -I dtb -O dts -o rk3328-roc-cc.dts rk3328-roc-cc.dtb

Запускаю редактор

sudo nano rk3328-roc-cc.dts

Включаю UART1 (по документации это serial@ff120000) заменяя значение status с «disable» на «okay»

serial@ff120000 {
                compatible = "rockchip,rk3328-uart\0snps,dw-apb-uart";
                reg = < 0x00 0xff120000 0x00 0x100 >;
                interrupts = < 0x00 0x38 0x04 >;
                clocks = < 0x02 0x27 0x02 0xd3 >;
                clock-names = "baudclk\0apb_pclk";
                reg-shift = < 0x02 >;
                reg-io-width = < 0x04 >;
                dmas = < 0x0c 0x04 0x0c 0x05 >;
                dma-names = "tx", "rx";
                pinctrl-names = "default";
                pinctrl-0 = < 0x39 0x3a 0x3b >;
                status = "okay";
                phandle = < 0xa1 >;
        };

Конвертирую dts в модифицированный dtb (uart)

dtc -I dts -O dtb -o rk3328-roc-cc_uart.dtb rk3328-roc-cc.dts

Делаю резервную копию оригинального dtb файла

sudo cp /boot/dtb/rockchip/rk3328-roc-cc.dtb /boot/dtb/rockchip/rk3328-roc-cc.dtb.back

И копирую модифицированный dtb на его законное место под старым именем

sudo cp rk3328-roc-cc_uart.dtb /boot/dtb/rockchip/rk3328-roc-cc.dtb

На всякий случай добавляем вашего пользователя в группу для доступа к /dev/ttyS1

sudo adduser $USER dialout

Перезагрузка

sudo reboot

И в системе появляется /dev/ttyS1

Убираем старый USB стик на базе СС2531 и из системы исчезает /dev/ttyACM0, потребуется перенастройка модуля zigbee2mqtt на новый порт /dev/ttyS1. В Hass.io это делается в секции serial и advanced:

serial:
  port: /dev/ttyS1
advanced:
  baudrate: 115200
  rtscts: false

Далее, очень желательно в этой же секции advanced заменить encryption key (Zigbee Transport Key) который установлен по умолчанию.
В настройках он представлен рядом из 16 десятичных чисел из диапазона 0..255, например

network_key: [1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 0, 2, 4, 6, 8, 11, 12, 13]

Для лучшей приватности нужно рандомизировать этот ряд вручную или использовать скрипт

dd if=/dev/urandom bs=1 count=16 2>/dev/null | od -A n -t u1 | awk '{printf "["} {for(i = 1; i< NF; i++) {printf "%s, ", $i}} {printf "%s]\n", $NF}'

Который выдаст более приличный ключ, например

network_key: [83, 58, 101, 176, 134, 235, 98, 89, 17, 9, 228, 220, 18, 175, 149, 140]

И последний штрих: необходимо уменьшить таймаут команд до 5 мсек в секции queue

queue:
   delay: 5

После замены Zigbee Transport Key и задержки необходимо перезагрузить zigbee2mqtt и заново провести сопряжение zigbee устройств с вашим координатором. Страшного в этом ничего нет: ID устройств не меняются, сопоставленные имена, принадлежность к зонам, автоматизации — все останется на месте.

Смотрим логи: все ок.

> [email protected] start /zigbee2mqtt-1.8.0
> node index.js
zigbee2mqtt:info  2020-05-11 12:11:23: Logging to console and directory: '/share/zigbee2mqtt/log/2020-05-11.12-11-23'
zigbee2mqtt:info  2020-05-11 12:11:24: Starting zigbee2mqtt version 1.8.0 (commit #unknown)
zigbee2mqtt:info  2020-05-11 12:11:24: Starting zigbee-herdsman...
zigbee2mqtt:info  2020-05-11 12:11:27: zigbee-herdsman started
zigbee2mqtt:info  2020-05-11 12:11:27: Coordinator firmware version: '{"type":"zStack30x","meta":{"transportrev":2,"product":2,"majorrel":2,"minorrel":7,"maintrel":2,"revision":20200327}}'

И под конец немного дегтя: продавцы акцентируют внимание на высокой выходной мощности СС2592 (до +22дБ), умалчивая что на прием у него стоит LNA (Low Noise Amplifier), который улучшает чувствительность всего на 3дБ.
То есть этот координатор будет «просто немного лучше слышать» удаленные маломощные устройства.