Mission Report -

Was sind Embedded Systems?

Embedded Systems – eine Definition

 

Eingebettet in unseren Alltag

Embedded Systeme (oder eingebettete Systeme oder embedded systems) sind überall um uns herum. Sie machen uns das Leben leichter und wir vertrauen darauf, dass sie funktionieren, ohne groß darüber nachzudenken oder überhaupt zu wissen, dass sie da sind. Embedded Systeme stecken in unseren Smartphones und Tablets, Autos und sogar in Haushaltsgeräten. Darüber hinaus spielen sie eine wichtige Rolle in der Industrie, Telekommunikation, Transportation, Medizintechnik oder in militärischen Anwendungen und stehen in Zusammenhang mit Automation und Digitalisierung von Organisationen.

Embedded Systems gibt es bereits seit Jahrzehnten. Ihre Bedeutung und Anzahl steigt konstant an und sie bilden einen beträchtlichen Markt, insbesondere im Rahmen von Internet of Things (IoT) Anwendungen.

 

Embedded Systeme als hoch-spezialisierte Computer

Embedded Systeme sind hoch-effiziente Spezialisten. Im Gegensatz zu einem eher generalistischen Computer, der eine große Bandbreite an Aufgaben ausführen kann (aber auch teuer und sperrig ist), haben Embedded Systeme meist nur eine oder einige wenige bestimmte vordefinierte Aufgaben, für deren Erfüllung sie entwickelt werden. So können Kosten (Kosten pro Einheit) sowie wertvoller Platz (z.B. in mobilen Geräten) gespart werden. Ihre Hardware und Programmierung werden über lange Zeitperioden kaum verändert und benötigen nur geringe Wartung. Auch ihr Stromverbrauch ist vergleichsweise gering, weswegen sie sich für den Einsatz in akkubetriebenen Geräten eignen. Darüber hinaus können Embedded Systeme für raue Umgebungsbedingungen optimiert werden.

 

Für eine intelligente Welt

Embedded Systeme werden immer intellgenter. Meist sind sie dazu da, ein übergeordnetes (elektrisches oder mechanisches) System zu überwachen oder zu steuern, und sind untrennbar mit diesem verbunden („eingebettet“). So können sie beispielsweise Daten sammeln oder eine Maschine steuern. Da ihnen im Allgemeinen nur wenig Aufmerksamkeit geschenkt wird und sie dennoch das Herzstück vieler Anwendungen bilden, müssen Embedded Systeme hochzuverlässig und dauerhaft verfügbar sein – oft für viele Jahre.

Embedded Systeme sind eine Kombination von Hardware, Software und mechanischen Komponenten, die eng miteinander verflochten und aufeinander abgestimmt sind. Ihre Komplexität kann niedrig (etwa wenn sie nur aus einem einzigen Microcontroller-Chip bestehen) bis sehr hoch sein (wenn mehrere Netzwerke oder Peripheriegeräte beteiligt sind). Daher ist es empfehlenswert, dass Hardware- und Software-Experten bei der Entwicklung in einem interdisziplinären Team zusammenarbeiten. Insbesondere während des Design-Prozesses kann so sichergestellt werden, dass alle Elemente miteinander kompatibel sind und optimal miteinander integriert sind.

 

Embedded Hardware

Die Hardware-Plattform ist ein wichtiger Teil jedes Embedded Systems. Die Hardware basiert dabei meistens auf einem Microprozessor oder einem Mikrocontroller. Die Auswahl der Komponenten erfolgt in Übereinstimmung mit der Komplexität der Aufgaben und andere Designspezifikationen, beispielsweise harten Echtzeit-Anforderungen. Ein System-on-chip (SoC) ist ein komplettes System, das auf einem einzigen Mikrochip integriert ist, der alle notwendigen Komponenten enthält.

 

Embedded Software

Software (manchmal auch als Firmware bezeichnet) wird benötigt, um die Funktionen eines Systems oder Gerätes zu steuern und ist meist auf die Hardware, auf der sie läuft, zugeschnitten. Sie kann simpel oder hochkomplex sein. In den meisten Fällen müssen Echtzeitanforderungen oder Speichereinschränkungen beachtet werden. Darüber hinaus werden Funktionen häufig über eine Machinenschnittstelle anstatt eines Human Interfaces gesteuert.

Merkmale von Embedded Systemen: 

  • konzipiert für eine bestimmte Anwendung/Funktion/Aufgabe 
  • einfaches oder kein User Interface  
  • Leistungsbegrenzungen/Low-Power-Design 
  • vorintegrierte Software und Hardware 
  • (häufig) Ressourcenbeschränkungen unterworfen 
  • (häufig) Echtzeit-Anforderungen 
  • (häufig) missionskritische Funktionalität  

 

Missionskritische Systeme

Embedded Systeme werden oft als missionskritisch eingestuft. Das bedeutet, dass sie unerlässlich für den alltäglichen Betrieb eines Unternehmens oder einer Organisation sind. Bei Fehlern oder Unterbrechungen werden wichtige Betriebsabläufe erheblich beeinträchtigt. Embedded Systeme sind zudem häufig sicherheitskritisch im Sinne von „Safety“ und ihr Versagen kann ernsthaften Schaden anrichten (z.B. an der Umwelt) und zu Unfällen, Verletzungen bis hin zum Tod führen. Darüber hinaus können Embedded Systeme auch sicherheitskritisch im Sinne von „Security“ sein, etwa wenn sensible Daten oder Signale involviert sind. Daher müssen sie vor unberechtigtem Zugriff oder Manipulation geschützt werden.

 

Echtzeit-Performance

Manche Embedded Systeme unterliegen Echtzeitanforderungen, die erfüllt werden müssen. Das heißt, dass eine Systemantwort innerhalb eines definierten Zeitrahmens garantiert werden muss. Wird diese Deadline nicht eingehalten, zieht dies Konsequenzen nach sich, die zum Teil auch schwerwiegend sein können (zB. bei einem Airbag, der sich um einen Augenblick zu spät öffnet). Wenn Echtzeitanforderungen vorliegen, werden solche Systeme auch als „reaktiv“ bezeichnet, da ihr Zweck darin liegt, auf Signale aus der Umgebung zu reagieren. Eingabegeräte sind beispielsweise Sensoren oder Aktoren.

 

 

Was wir für Sie tun können

Mit Mission Embedded als Ihrem Partner werden Ihre Projekte in den Bereichen Digitalisierung und Automatisierung Realität. Wir sind auf das Co-Design und die Entwicklung von Embedded Hardware und Software spezialisiert und unterstützen Sie von der initialen Idee, über Konzept und Realisierung bis hin zu Produktion und Wartung des finalen Produktes. Wir können uns außerdem für Sie um die Zertifizierung kümmern. Unsere Hardware- und Software-Experten bieten fundiertes Know-how und viele Jahre Erfahrung bei der Umsetzung von vielfältigen Projekten in verschiedenen Märkten, etwa in Transportation, Luftfahrt, Industrie, Public Safety oder Defense. Unser Lifecycle-Team stellt sicher, dass ihr System über lange Lebensspannen hinweg problemlos funktioniert.

Wir sind Ihre zentrale Anlaufstelle für Ihre Anwendung. Bei uns erhalten Sie Mechanik und Gehäuse, (Basis-)Platine, Board-Support-Package, HW-optimierte Signal-/Datenverarbeitung, Betriebssystem sowie System- und Netzwerk-Dienste aus einer Hand.

Ich habe eine Mission!