Eingebettete Systeme

Was ist ein "Eingebettetes System"?

Ein eingebettetes System (englisch: embedded system) ist ein elektronischer Rechner bzw. Computer, der in einen technischen Kontext eingebunden
(eingebettet) ist. Dabei übernimmt der Rechner entweder Überwachungs-, Steuerungs- oder Regelfunktionen oder ist für eine Form der Daten- bzw.
Signalverarbeitung zuständig.

Anwendungsgebiete

Eingebettete Systeme werden beispielsweise in Geräten der Medizintechnik, in Flugzeugen und Kraftfahrzeugen, in Haushaltsgeräten wie
Waschmaschinen, Kühlschränken, Geschirrspülern, Mikrowellen oder in Geräten der Unterhaltungselektronik wie Fernsehern, DVD-Playern usw.
eingesetzt. In komplexen Gesamtsystemen wie z.B. bei einem Flugzeug werden viele eingebettete Systeme miteinander vernetzt.

Eigenschaften

Oft werden eingebettete Systeme für einen speziellen Einsatzzweck entwickelt und an diesen angepasst. Aus Kostengründen wird eine gemischte
Implementierung aus Hardware und Software verwendet. Dadurch werden die Flexibilität von Software mit der Leistungsfähigkeit von Hardware vereint.
Die Software dient zur Steuerung des Systems selbst und gegebenenfalls zur Interaktion des Systems mit der Außenwelt. Die Hardware bildet meistens
ein Mikroprozessor mit entsprechender Peripherie oder ein Mikrocontroller.
Typischerweise unterliegen eingebettete Systeme stark einschränkenden Rahmenbedingungen: minimale Kosten, geringer Platz-, Energie- und
Speicherverbrauch. Einzelne Komponenten wie der Prozessor basieren oft auf Weiterentwicklungen älterer Komponenten, was dazu beiträgt Kosten zu
senken und die Ersatzteilbeschaffung erleichtert. In der Regel existieren im Vergleich zu PC-Hardware nur stark reduzierte Ressourcen und Peripherie:
es gibt meistens keine Festplatte, keine Tastatur und keinen Bildschirm. Als Speicher wird ein ROM- oder Flash-Chip eingesetzt; zur Ein- und Ausgabe
werden, wenn überhaupt vorgesehen, Knöpfe/Tasten und ein LCD verwendet.

Software

Die Software auf einem eingebetteten System wird als Firmware bezeichnet. Sie befindet sich auf einem ROM (read-only memory) oder Flash-Speicher.
Im Falle eines Flash-Speichers besteht die Möglichkeit eines Firmware-Updates, ohne dass der Speicherchip ausgewechselt werden muss. Wenn nur ein
ROM vorhanden ist, muss bei einem Update der Speicherchip ausgewechselt werden, manchmal auch die gesamte Schaltung.

Im wesentlichen besteht die Firmware aus 3 Komponenten:

Bootloader
Sorgt für das Laden des Betriebssystems und der Anwendungssoftware. Außerdem bietet er die Möglichkeit das Betriebssystem und die
Anwendungssoftware im Flash-Speicher zu aktualisieren.

Betriebssystem
Verwaltet die Systemressourcen wie Prozessor und Arbeitsspeicher und stellt sie den Anwendungsprogrammen zur Verfügung. Dadurch bildet es die
Schnittstelle zwischen Hardware-Komponenten und Anwendungssoftware. Bei eingebetteten Systemen werden meistens sehr spezialisierte
Betriebssysteme eingesetzt, aber auch spezielle embedded-Versionen von Standardbetriebssystemen wie Linux oder Windows finden Verwendung.

Anwendungssoftware
Dieser Teil enthält die anwendungsspezifische Software.

Bei "kleinen" eingebetteten Systemen können die Softwareteile auch zusammengefasst sein.

Echtzeitanforderungen

In einem eingebetteten System muss die Software oft Echtzeitanforderungen genügen. Dabei kann man unterscheiden zwischen harter Echtzeit und
weicher Echtzeit. Bei harten Echtzeitsystemen ist das Überschreiten von festgelegten Zeitschranken nicht tolerierbar und wird als Versagen des Systems
gewertet. Beispielsweise muss eine elektronisch gesteuerte Bremse oder ein Airbag nahezu unverzögert im Millisekundenbereich reagieren, ansonsten
drohen fatale Folgen. Weiche Echtzeitsysteme arbeiten typischerweise alle Eingaben schnell genug ab. Die Zeitanforderungen sind hier als Richtlinie zu
sehen, beispielsweise sollte die Antwortzeit einen akzeptablen Mittelwert erreichen. Ein Überschreiten der Zeitanforderung muss nicht als Versagen
gewertet werden.

Quellen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Eingebettetes_System
https://de.wikipedia.org/wiki/Echtzeitsystem