Was ist Firmware?
Firmware bezeichnet eine spezielle Art von Software, die fest in elektronische Geräte integriert ist. Im Gegensatz zu herkömmlicher Software ist sie eng mit der Hardware verknüpft, sodass beide voneinander abhängig sind. In der Regel wird die spezielle Software in einem Flash-Speicher, ROM, EPROM oder EEPROM gespeichert und kann vom Benutzer nicht ohne Weiteres ausgetauscht oder verändert werden. Besonders in Geräten des Internet of Things (IoT) spielt Sie eine zentrale Rolle, da sie deren grundlegende Funktionen und die Kommunikation mit anderen Systemen steuert. Die Kombination aus Firmware und Hardware bildet ein Embedded System.
Wie unterscheiden sich Firmware und Software?
Herkömmliche Software kann vom Nutzer installiert, entfernt oder aktualisiert werden, um verschiedene Anwendungen und Funktionen bereitzustellen. Während Software regelmäßig Updates erhält und flexibel einsetzbar ist, bleibt Firmware meist stabil, da sie eng mit der Hardware zusammenarbeitet.
Warum sind Firmware-Updates notwendig?
Updates sind für Embedded Systems essenziell, um Sicherheitslücken zu schließen, Fehler zu beheben und die Leistung zu optimieren.
Da diese Systeme oft in sicherheitskritischen oder industriellen Anwendungen eingesetzt werden, muss das Update-Verfahren besonders zuverlässig sein. Die Aktualisierung erfolgt meist über Over-the-Air (OTA)-Updates, direkte Flash-Programmierung oder mittels externer Speichermedien. In sicherheitsrelevanten Bereichen kommen kryptografisch signierte Updates zum Einsatz, um Manipulationen zu verhindern. Ein fehlerhaftes Update kann ein System unbrauchbar machen, weshalb oft redundante Speicherbereiche oder Fail-Safe-Mechanismen integriert sind, die eine Wiederherstellung ermöglichen.
Was passiert, wenn die Firmware defekt ist?
Eine beschädigte Firmware kann dazu führen, dass ein Gerät nicht mehr ordnungsgemäß funktioniert oder sich gar nicht mehr einschalten lässt. In solchen Fällen kann es notwendig sein, eine Wiederherstellung durchzuführen – entweder über spezielle Tools oder durch den sogenannten Recovery-Modus, falls das Gerät eine solche Funktion bietet. In schwerwiegenden Fällen ist eine Reparatur durch den Hersteller oder ein Austausch der Hardware unumgänglich, da Firmware tief in die Funktionsweise des Geräts eingebettet ist.
Wo wird Firmware eingesetzt?
Der traditionelle Taschenrechner
Der Taschenrechner der 1980er Jahre ist ein einfaches Beispiel für die traditionelle Sichtweise auf hardwarenahe Software. Ganz im Sinne des Namens operiert die Software auf einer festen, nicht überschreibbaren ROM. Die Aufgaben der hardwarenahen Software sind klar definiert: Sie interpretiert die Eingaben über die Tastatur, führt die mathematischen Operationen aus und zeigt die Ergebnisse auf dem Bildschirm an. Bei diesem spezifischen Gerät nimmt die Software eine unmittelbare, hardwarenahe Funktion wahr. Einzigartig bei diesem Taschenrechner ist, dass die Software allein fungiert – es gibt also keine Trennung zwischen Firmware und Anwendungssoftware.
Embedded Controller
Ein exemplarisches Beispiel für Firmware ist der Embedded Controller. Dieser Mikrocontroller findet sich in z.B. Notebooks wieder. Er ist stets aktiv, sobald das Gerät eingeschaltet wird. Der Embedded Controller ist im Notebook für alle essenziellen Funktionen zuständig: Er empfängt die Tastendruck-Signale, steuert den Lüfter, schaltet den Computer in den Schlafmodus oder erweckt ihn daraus und übernimmt weitere zentrale Steuerungsfunktionen.
Router und Switches
In der Netzwerktechnologie, insbesondere in Routern und Switches, findet sich Firmware nach der High-Level-Definition wieder. Sie ermöglicht bei Routern und Switches kontinuierliche Unterstützung neuer Netzwerkprotokolle, die Schließung von Sicherheitslücken und die Optimierung der Gesamtleistung. Firmware wird zur Lebensader moderner Kommunikationsinfrastrukturen. Sie erlaubt dem Router, Netzwerkanfragen effizient zu verarbeiten, Datenpakete intelligent zu routen und robuste Sicherheitsfunktionen wie Firewalls zu verwalten. Die Benutzerfreundlichkeit wird durch eine intuitive Schnittstelle verbessert. Netzwerkadministratoren können Einstellungen anpassen, den Netzwerkstatus überwachen und Firmware-Updates verwalten.
