Das erste eingebettete System wurde vor über 50 Jahren entwickelt. Heute sind wir ständig von eingebetteten Systemen umgeben und sie sind auch ein wichtiger Bestandteil der Entwicklung von Geräten des Internets der Dinge (IoT). Die Entwicklung embedded software hat jedoch ihre eigenen Feinheiten und Komplexitäten. Lesen Sie weiter, um mehr über das Konzept und die Erstellung dieser Systeme zu erfahren.
Was ist embedded software?
Embedded software ist ein System, das erstellt und in jedes Gerät außer einem herkömmlichen Computer eingebaut wird. Sie ist das Gehirn des Geräts, ohne das es nur ein nutzloses Gerät ist.
Beispiele für embedded software
Das einfachste Beispiel für embedded software ist ein herkömmlicher Taschenrechner, der verwendet wurde, bevor diese Funktion in Smartphones eingebaut wurde. Ein weiteres einfaches Beispiel ist eine TV-Fernbedienung oder eine Digitalkamera. Sie alle basieren auf eingebetteten Systemen.
Sie fragen sich vielleicht: „Geht es bei einem eingebetteten System um Softwareentwicklung?“ Die Antwort lautet: nicht immer. Manchmal wird der Begriff Firmware auch für einfachere Geräte wie die oben aufgeführten verwendet.
Allerdings können eingebettete Technologien viel komplexer sein als Ihre Kaffeemaschine. Hier sind einige innovativere Beispiele:
- Software für vernetzte Autos. Vernetzte Autos sind neue Technologien, die die Einhaltung bestimmter Qualitäts- und Sicherheitsstandards erfordern. Für diese Fahrzeuge werden Tausende von Codezeilen geschrieben.
- Interne Systeme digitaler Smart-Kameras. Sensorbetriebene Kameras mit Gesichtserkennungs- und -erkennungsfunktionen funktionieren dank der eingebetteten Programmierung ebenfalls. In Kameras kann das System mit künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen integriert werden.
- Integrierte Smart-Parking-Software. Smart-Parking-Apps funktionieren nach einem ähnlichen Prinzip, und das integrierte elektronische System ist das Herzstück der App.
Grundlegende Komponenten eines eingebetteten Systems
Die meisten eingebetteten Systeme benötigen Hard- und Software, um zu funktionieren. Außerdem wird ein Betriebssystem benötigt, um die Software zu steuern. Ein eingebettetes System besteht also aus drei Schichten.
1. Hardware , bestehend aus:
- Die Benutzeroberfläche besteht aus einer Reihe von Funktionen, Schaltflächen und Aktionen, die dem Benutzer zusammen mit der Anzeige zur Verfügung stehen.
- Es kann RAM- oder ROM-Speicher vorhanden sein .
- Unter Stromversorgung versteht man die Aufladung des Systems, beispielsweise über eine Steckdose oder einen Akku.
- Einige eingebettete Systeme können mithilfe von Timern die Zeit messen . Ein Smart-Home-System kann beispielsweise das Licht ausschalten, nachdem es fünf Minuten gewartet hat und sichergestellt hat, dass im Raum keine Bewegung stattfindet.
- Kommunikationsanschlüsse sind die Art und Weise, wie das System mit anderen Systemen oder Computern kommuniziert. Der USB-Anschluss ist ein klassisches Beispiel. Es gibt jedoch noch mehrere weitere Möglichkeiten der Kommunikation zwischen einem eingebetteten System und anderen Geräten, darunter:
- Controller Area Network (CAN)
- Inter-Integrierter Schaltkreis (I2C)
- SAE J1587/J1708
- Serielle Peripherieschnittstelle (SPI)
- Universal Serial Bus (USB)
- Universeller asynchroner Empfänger/Sender (UART)
- Firewire
2. Software. Bei der Entwicklung embedded software geht es um die Erstellung von Maschinencode mithilfe spezifischer Programmiersprachen wie C und C++.
3. Eingebettetes Betriebssystem. Die Entwicklung embedded software erfordert ein Echtzeitbetriebssystem.
Arten von eingebetteten Software-Entwicklungstools
Embedded Software Engineers verwenden verschiedene Tools, um diese Lösungen zu programmieren und zu entwerfen. Hier sind die wichtigsten:
- Ein Editor wird verwendet, um einen Code in C oder C++ zu erstellen.
- Ein Compiler wandelt den Code einer höheren Programmiersprache in einen Code auf niedriger Maschinenebene um.
- Der Assembler wird benötigt, wenn der Programmcode in Assemblersprache geschrieben ist. Er erfüllt die gleiche Aufgabe wie ein Compiler.
- Ein Debugger beseitigt Bugs und Fehler.
- Ein Linker kombiniert Codeteile und Module, um ein ausführbares Programm zu erstellen.
- Ein Emulator ermöglicht es einem Embedded-Systems-Ingenieur, die Leistung des Programms in einer simulierten realen Umgebung zu testen und das zukünftige Benutzererlebnis zu verbessern.
Herausforderungen bei der Entwicklung embedded software
embedded software bildet den Kern beliebter und sich schnell weiterentwickelnder IoT-Geräte. Allerdings gibt es auch einige Herausforderungen, die speziell für die Entwicklung embedded software und das Internet der Dinge gelten.
- Stabilität. Bei Geräten, die für den Benutzer und das Leben anderer Menschen potenziell gefährlich sein können, ist unerwartetes Verhalten inakzeptabel. Deshalb ist es notwendig, bei der Erstellung solcher Systeme einem standardisierten Ansatz zu folgen.
- Sicherheit. Die Geräte mit eingebetteten Systemen sollten sicher sein und das System sollte so entwickelt werden, dass es in kritischen Umgebungen zu keinen Problemen mit lebensrettenden Funktionen kommt.
- Sicherheit. embedded software ist direkt mit einem bestimmten Gerät verbunden und eine mobile Anwendung kann das Gerät steuern. Dies ist ein Engpass bei eingebetteten Lösungen, daher muss sichergestellt werden, dass keine Möglichkeit eines Datendiebstahls besteht.
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