Was sind Embedded Systems?
Eingebettete Systeme sind Computersysteme, die aus einem Zusammenspiel zwischen Hardware und Software bestehen. Sie finden sich in vielen Geräten unseres Alltags wieder. Diese Maschinen sind häufig Smartifizierungen einfacher Haushaltsgeräte oder industrielle Automatisierung.
Embedded Systeme steuern Geräte oder erfüllen spezifische Anforderungen mithilfe von Prozessoren, Mikrocontrollern und Software. Die individuell designten, intelligenten Produkte besitzen nicht zwangsläufig eine Benutzer:innenoberfläche und sind deshalb für Nutzer:innen nicht direkt sichtbar.
Die Embedded Hardware umfasst die physischen Komponenten eines Systems, wie Mikrocontroller Speicher, Peripheriegeräte und Kommunikationsschnittstellen. Dies bildet die Basis für die Entwicklung von Embedded Software. Diese spezielle Art der Programmierung verleiht einem intelligenten Produkt Leben: Sie kümmert sich um die Steuerung und die Interaktion zur Außenwelt. Erst durch ein Zusammenspiel zwischen der Embedded Hard- und Software kann ein eingebettetes System funktionieren. Es wird zu einer Smartifizierung.
Wo findet man Embedded Systeme - Beispiele
In unserem Alltag benutzen wir eine Vielzahl an Embedded Systemen. Überall, wo wir eine Leiterplatte finden, liegt eingebettete Hard- und Software:
In einer Mikrowelle wählen wir mit Tastern und Rädchen ein Programm aus. Obwohl Nutzer:innen nur eine kleine Zahl auf dem Display sehen, liegt dahinter ein Embedded System. Mikrokontroller empfangen das physische Signal der Taster. Die Embedded Software verarbeitet die Daten im entsprechenden Programm.
Wenn wir auf Kopfhörern unsere Lieblingsmusik hören, nutzen wir Embedded Systeme. Würden wir die Geräte aufschrauben, blickt uns eine Leiterplatte mit Mikrokontrollern entgegen. Auch hier muss die Embedded Hardware die eingehenden Signale verarbeiten: Wir drücken auf einen Taster, um die Lautstärke zu regulieren. Die Hardware sorgt dafür, dass dieses Signal dedektiert und weiterverarbeitet werden kann. Die Embedded Software reagiert auf den Tastendruck und erhöht oder vermindert anschließend die Lautstärke unserer Musik.
Ein Zusammenspiel aus Hard- und Softwareentwicklung
Wie in den Beispielen erwähnt, bestehen eingebette Systeme aus Embedded Hard- und Software. In dieser Zusammenarbeit ist der Austausch zwischen Hard- und Softwareentwickler:innen von zentraler Bedeutung. Es muss herausgearbeitet werden, inwieweit die Anforderungen und die verschiedenen Module das Embedded Design beeinflussen werden. All diese Fragen sind Teil des Entwicklungsprozesses und müssen besprochen und diskutiert werden.
In der Entwicklung eingebetteter Hardware besteht die größte Herausforderung in der Wechselwirkung zwischen Theorie und Praxis. Zu Beginn entwerfen die Entwickler:innen Schaltpläne und berücksichtigen dabei benötigte Komponenten und Logik. Der nächste Schritt ist für sie die Simulation der Schaltung mithilfe von Tools wie LT-Spice. Dadurch können die Entwickler:innen das Design validieren, bevor es zu praktischen Umsetzung kommt.
Bei der konkreten Realisierung stoßen Hardwareentwickler:innen auf neue Schwierigkeiten, wie unerwartete elektrische Probleme, Signalstörungen und Herausforderungen beim Platzieren der Bauteile. Um einen Großteil dieser Schwierigkeiten präventiv einzudämmen, nutzen sie die Simulationen.. Für Hardwareentwickler:innen lautet die Frage nicht nur „Wie hauche ich meinem intelligenten Produkt Leben ein?“, sondern auch „Welches Prozessor- oder Mikrocontroller-Modell ist am besten geeignet, um die gewünschten Funktionen optimal zu steuern?“
Für mich waren Embedded Systems schon immer die Gehirne der Maschinen. Es ist der Ort, wo die ganze Intelligenz herkommt.
In der Embedded Softwareentwicklung stoßen die Entwickler:innen auf individuelle Schwierigkeiten. Programmierer:innen müssen sich nicht nur mit ihrer Software beschäftigen, sondern auch mit den Gegebenheiten der Hardware. Sie müssen ressourcenschonend programmieren, da Embedded Hardware häufig über wenig Speicherplatz, Rechenleistung und Energie verfügen. Die Simulation kann von ihnen unterstützend verwendet werden: Sie können ihren Code in realistischen Bedingungen testen und überprüfen, ob es den Anforderungen gerecht wird. Das Dilemma dabei ist: Embedded Systeme fordern komplexe Echtzeitanforderungen, die das System bis zum Maximum auslasten.
Gewöhnlich fordern Embedded Systems interdisziplinäre Zusammenarbeit aus Elektrotechnik, Informatik und Systemdesign. Die Simulation ist dabei ein wesentlicher Bestandteil aller Bereiche. Sie sorgt für präventives Arbeiten und, dass robuste Lösungen entstehen. Entwickler:innen müssen in ihrer Arbeit effektiv miteinander kommunizieren, um gute Ergebnisse zu erziehlen. Ihre Arbeit verläuft iterativ, da sich Änderungen in Hard- und Software gegenseitig beeinflussen. Das sorgt für ständige Anpassung und Iteration des intelligenten Produkts.
Embedded Systeme: Die Zukunft im Zeitalter der Vernetzung
Embedded System sind Treiber für zukünftige Innovation. Sie sind der Beginn der nächsten Industriellen Revolution.
Eingebettete Systeme sind unverzichtbare Komponenten einer zunehmend vernetzten Welt. Durch die Industrie 4.0 und Smartifizierung rückt diese Zeit immer näher. Die zukünftigen Arbeitswelt fordert immer häufiger Automatisierung von Prozessen und Datenanalyse in Echtzeit. Genau dies sind die Stärken von Embedded Systems und intelligenter Produkte. Smartifizierung von Haushalts- sowie Alltagsgeräten ist der Anfang.
Das Zusammenspiel von Embedded Hard- und Software öffnet Türen in ein optimiertes Zeitalter industrieller Automatisierung. Denn die Systeme bieten einen hohen Grad an Flexibilität und Anpassungsfähigkeit. Unternehmen können schnell auf neue Anforderungen oder Markttrends reagieren. Das erlaubt, intelligente Produkte und Prozesse stetig zu verbessern. Eine solche agile Arbeit ermöglicht erhöhte Kund:innenzufriedenheit und Wettbewerbsfähigkeit.
Auch die Vernetzung eingebetteter Systeme eröffnet eine Vielzahl von Möglichkeiten. Durch drahtlose Kommunikationstechnik wie WLAN, Bluetooth und Mobilfunk korrespondieren Geräte miteinander. Sie tauschen Daten untereinander aus. Das kreiert einen größeren Pool an Lernmaterial. Aber auch Fernsteuerung und -überwachung von Geräten und Anlagen ist ein Vorteil der Vernetzung. Dies schafft ein Ökosystem intelligenter Geräte, das Effizienz und Komfort steigert.
