Was bedeutet Embedded? Unterschied zwischen Embedded und Software für PC

Embedded Board

Embedded Systeme sind heutzutage weit verbreitet und finden sich in vielen Bereichen unseres täglichen Lebens. Doch was bedeutet „Embedded“ genau und wie unterscheiden sich diese Systeme von herkömmlicher PC-Software?

Was ist Embedded?

Embedded Systeme oder Software bezeichnen generell die Steuerung durch einen Computer, der in eine Maschine, ein Fahrzeug oder ein anderes Gerät integriert ist. Diese eingebetteten Computer sind oft von außen nicht als solche erkennbar, da sie speziell für bestimmte Aufgaben entwickelt wurden. Ein solcher Rechner kann komplexe Steuerungsaufgaben übernehmen und wichtige Daten austauschen. Die Aufgabe eines Embedded Systems kann von der Steuerung einfacher Geräte bis hin zu hochkomplexen Maschinen reichen.

Technisch gesehen nutzen Embedded Systeme häufig spezialisierte Echtzeitbetriebssysteme (RTOS) wie FreeRTOS, das eine deterministische Ausführung ermöglicht. Alternativ arbeiten einige Systeme komplett ohne Betriebssystem, also "bare-metal", um maximale Effizienz und Kontrolle zu gewährleisten. Diese Flexibilität ermöglicht es Entwicklern, maßgeschneiderte Lösungen für spezifische Anforderungen zu erstellen.

Unterschiede zwischen Embedded und PC-Software

PC-Software Embedded Gründe für den Unterschied
Rechnerarchitekturen Komplex, häufig x86, x64, amd64 Einfach, häufig ARM-Cortex Platz, Stromverbrauch (Batterie), Preis
Rechen- und Speicherkapazität Nahezu unbegrenzt Stark eingeschränkt Platz, Stromverbrauch (Batterie), Preis
Speicher und Peripherie Meist mit externem Speicher und Peripherie Häufig alles auf einem Chip (SoC) Platz, Stromverbrauch (Batterie), Preis
Echtzeitfähigkeit Keine, Antwortzeiten von Programmen undefiniert Garantierte Antwortzeiten im Millisekunden-Bereich Notwendige (kurze) Reaktionszeiten
Betriebssysteme Komplex, erweiterbar Einfach, spezialisiert oder "bare-metal" Echtzeitfähigkeit, Stromverbrauch (Batterie), Preis
Applikationen Beliebig, durch Benutzer erweiterbar Meist fix Rechner ist zweckgebunden für die Steuerung

Ein weiterer bedeutender Unterschied ist, dass Embedded Systeme in der Regel so konzipiert sind, dass sie unter extremen Bedingungen arbeiten können. Sie sind oft robust gebaut, um extremen Temperaturen, Vibrationen und Feuchtigkeit standzuhalten. Diese Eigenschaften sind entscheidend für Anwendungen in der Industrie, der Automobilbranche und der Luft- und Raumfahrt, wo Zuverlässigkeit und Langlebigkeit entscheidend sind.

Vorteile und Nachteile von FreeRTOS und bare-metal

FreeRTOS bietet eine hohe Portabilität und Flexibilität durch seine unterstützten Plattformen und Architekturen. Es erleichtert die Entwicklung von Embedded-Systemen durch seine präemptiven Echtzeitfähigkeiten und die Verfügbarkeit von Middleware-Komponenten. Allerdings kann die Verwendung eines Betriebssystems wie FreeRTOS zusätzliche Overhead-Kosten für Speicher und Rechenleistung verursachen und die Komplexität des Systems erhöhen.

Ein Echtzeitbetriebssystem wie FreeRTOS spielt eine entscheidende Rolle in Embedded Systemen. FreeRTOS bietet präemptives Multitasking, das sicherstellt, dass zeitkritische Aufgaben Vorrang haben und sofort ausgeführt werden, wodurch deterministische Antwortzeiten gewährleistet werden. Dies ist besonders wichtig in Anwendungen, die eine hohe Zuverlässigkeit und schnelle Reaktionszeiten erfordern, wie z.B. in der industriellen Automatisierung oder in sicherheitskritischen Systemen. Zudem unterstützt FreeRTOS eine breite Palette von Mikrocontroller-Plattformen und bietet eine Vielzahl von Konfigurationsmöglichkeiten, um den spezifischen Anforderungen unterschiedlicher Anwendungen gerecht zu werden. Diese Flexibilität und Anpassungsfähigkeit machen FreeRTOS zu einer beliebten Wahl für Entwickler von Embedded Systemen.

Bare-metal-Programmierung hingegen ermöglicht eine optimierte Nutzung der Hardware-Ressourcen und bietet maximale Kontrolle über das System. Dies kann zu einer besseren Leistung und Effizienz führen, insbesondere bei ressourcenkritischen Anwendungen. Allerdings erfordert bare-metal-Programmierung oft einen höheren Entwicklungs- und Wartungsaufwand, da Entwickler mehr Verantwortung für die Systemkonfiguration und die Implementierung von Funktionen übernehmen müssen. Es ist eine Trade-off-Entscheidung zwischen Flexibilität und Kontrolle auf der einen Seite und Entwicklungsaufwand und Komplexität auf der anderen Seite.

Über Kaufmann Automotive GmbH, Rainer Kaufmann

Rainer Kaufmann

Dipl. Ing Elektrotechnik (FH), Fachrichtung Nachrichtentechnik. Embedded Systems Experte und FreeRTOS Fan. Rainer engagiert sich leidenschaftlich für innovative technische Lösungen und effiziente Prozesse. In seiner Freizeit fährt er Ski oder ist Windsurfen.

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