Bei eingebetteter Software handelt es sich um eine dedizierte Art von Software, die die Funktionalität von Hardwaregeräten und -systemen steuert, überwacht und verwaltet. Im Gegensatz zu allgemeiner Computersoftware, die auf PCs und mobilen Geräten läuft, arbeitet eingebettete Software auf eine begrenzte, dedizierte Weise und ist integraler Bestandteil der Hardware, die sie steuert.
Die Entstehung und Entwicklung eingebetteter Software
Das Konzept eingebetteter Systeme und der dazugehörigen Software geht auf die 1960er Jahre zurück. Der Apollo Guidance Computer, der von Charles Stark Draper am MIT entwickelt und bei den Apollo-Mondlandemissionen eingesetzt wurde, gilt als das erste eingebettete System. Eingebettete Software machte 1971 einen großen Sprung, als der Intel-Ingenieur Ted Hoff den ersten Mikroprozessor, den Intel 4004, herstellte, was zu einem rasanten Anstieg der Verbreitung eingebetteter Systeme führte. Die erste Erwähnung eingebetteter Software an sich tauchte Mitte der 1980er Jahre in der Fachliteratur auf, zeitgleich mit der Zunahme von Mikrocontroller-Anwendungen.
Ein tiefer Einblick in eingebettete Software
Eingebettete Software ist integraler Bestandteil einer Vielzahl von Systemen, von Haushaltsgeräten, medizinischen Geräten, Industriesteuerungen bis hin zu Automobilen und Flugzeugen. Es ist darauf ausgelegt, eine oder mehrere bestimmte Aufgaben innerhalb eines größeren Systems auszuführen, häufig mit Einschränkungen bei der Echtzeitberechnung. Da es „eingebettet“ ist, gelten strenge Anforderungen an Zuverlässigkeit, Effizienz und Kompaktheit.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Desktop-Anwendungen, die die Ausführung verschiedener Anwendungen auf einem PC ermöglichen, haben eingebettete Softwareanwendungen typischerweise eine einzigartige Funktion. Sie laufen, sobald das Gerät eingeschaltet wird, und beanspruchen alle Ressourcen des Geräts.
Die Software ist oft in Hochsprachen wie C, C++ oder Python geschrieben, für schnelle oder Echtzeit-Reaktionen kann jedoch auch die Assemblersprache verwendet werden. Typischerweise wird die Software auf einem anderen System (dem Host) kreuzkompiliert, um auf dem eingebetteten Zielgerät ausgeführt zu werden.
Die Mechanismen hinter eingebetteter Software
Eingebettete Software arbeitet in Synergie mit eingebetteten Systemen, Mikroprozessoren oder Mikrocontrollern sowie Peripheriegeräten. Ein Mikroprozessor oder Mikrocontroller führt die Software aus und interagiert mit der physischen Welt über Peripheriegeräte wie Sensoren, Aktoren und Kommunikationsschnittstellen.
Die Software folgt einer vorgegebenen Abfolge von Vorgängen, die während ihrer Erstellung codiert wurden. Abhängig von der Komplexität kann es ein Echtzeitbetriebssystem (RTOS) verwenden oder Bare-Metal ohne Betriebssystem laufen.
Hauptmerkmale eingebetteter Software
Eingebettete Software weist einige entscheidende Merkmale auf, die sie von anderen Softwaretypen unterscheiden:
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Echtzeitbetrieb: Viele eingebettete Systeme haben Echtzeitanforderungen. Die Software muss innerhalb einer festgelegten Zeit auf Ereignisse oder Eingaben reagieren.
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Stabilität und Zuverlässigkeit: Da sie oft kritische Funktionen erfüllen, müssen sie über längere Zeiträume störungsfrei funktionieren.
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Gedächtniseffizienz: Eingebettete Systeme verfügen oft nur über begrenzten Speicher, sodass die Software sparsam mit den Ressourcen umgehen muss.
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Energie-Effizienz: Viele eingebettete Systeme sind batteriebetrieben, was eine effiziente Energienutzung erfordert.
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Spezifische Funktionalität: Eingebettete Software ist im Gegensatz zu Allzwecksoftware für die Ausführung spezifischer Aufgaben konzipiert.
Arten eingebetteter Software
Eingebettete Software kann anhand verschiedener Aspekte grob klassifiziert werden. Hier eine tabellarische Darstellung:
| Basierend auf Funktionalität | Basierend auf Komplexität | Basierend auf Leistung |
|---|---|---|
| Steuerungssoftware | Einfach (Einzelaufgabe) | Echtzeit |
| Überwachungssoftware | Mäßig (Multitasking) | Nicht in Echtzeit |
| Datenverarbeitungssoftware | Komplex (RTOS-basiert) | – |
Nutzung, Probleme und Lösungen eingebetteter Software
Eingebettete Software hat zahlreiche Anwendungen, von Geräten für den täglichen Gebrauch, Unterhaltungssystemen, medizinischen Geräten, industrieller Automatisierung, Transportsystemen, Telekommunikation bis hin zu kritischen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt.
Das Entwerfen und Implementieren eingebetteter Software bringt jedoch mehrere Herausforderungen mit sich, darunter begrenzte Ressourcen, Hardwareabhängigkeiten, Echtzeitanforderungen und strenge Sicherheits- und Schutzstandards. Um diese zu mildern, wenden Ingenieure Strategien wie sorgfältiges Systemdesign, effiziente Algorithmen, strenge Tests und Validierungsprozesse an.
Vergleiche mit ähnlichen Begriffen
| Begriff | Beschreibung |
|---|---|
| Firmware | Eine Art eingebettete Software, die in einem nichtflüchtigen Speicher wie ROM oder Flash-Speicher gespeichert ist. Es bietet eine Low-Level-Steuerung für die spezifische Hardware eines Geräts. |
| Software für Echtzeitsysteme | Software, die eine bestimmte Leistungsfähigkeit innerhalb einer bestimmten Zeitspanne garantiert. Die meisten kritischen eingebetteten Systeme nutzen dies. |
| Systemsoftware | Software, die für die Verwaltung und Steuerung von Computerhardware verantwortlich ist und Anwendungssoftware ermöglicht. Es umfasst Betriebssysteme, Gerätetreiber und Dienstprogramme. Sie ist umfassender als eingebettete Software, da sie sowohl universell einsetzbar als auch eingebettet sein kann. |
Zukunftsperspektiven und Technologien eingebetteter Software
Die Zukunft eingebetteter Software wird von Trends wie IoT (Internet der Dinge), KI und maschinellem Lernen, Cyber-Physical Systems und Edge Computing geprägt. Fortschritte in diesen Bereichen werden zu zunehmend intelligenten, autonomen und vernetzten eingebetteten Systemen führen.
Proxyserver und eingebettete Software
Proxyserver können auf verschiedene Weise mit eingebetteten Systemen interagieren. Sie können eingebetteten Geräten dabei helfen, eine sichere Verbindung zum Internet herzustellen, sie vor direkter Gefährdung durch externe Netzwerke zu schützen, den Datenverkehr auszugleichen und Daten für einen schnelleren Abruf zwischenzuspeichern. Folglich muss eingebettete Software so konzipiert werden, dass sie diese Aspekte berücksichtigt und häufig Netzwerkprogrammierung und Cybersicherheitselemente umfasst.
