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Immer häufiger müssen Embedded Systeme in industriellen Umgebungen heute Echtzeitanforderungen erfüllen.

Mit Lösungen wie FreeRTOS oder Preempt_RT bietet emtrion Ihnen unterschiedliche Ansätze, um die Anforderungen an Echtzeitsystemen zu erfüllen.

Da verschiedene Ansätze unterschiedliche Vor- und Nachteile haben, analysieren wir bereits im Vorfeld die geplante Umgebung und stimmen die Umsetzung mit Ihren Vorgaben ab.

Echtzeit-Betriebssysteme

FreeRTOS

FreeRTOS ist ein Open-Source-Echtzeitbetriebssystem (RTOS) für eingebettete Systeme, das speziell für Mikrocontroller entwickelt wurde. Es basiert auf einer Mikrokernelarchitektur und bietet Mechanismen zur Task-Verwaltung, Interprozesskommunikation und Ereignissteuerung, um die Entwicklung effizienter Echtzeitanwendungen zu ermöglichen. Das System ist schlank und flexibel, was es ideal für ressourcenbeschränkte Umgebungen macht, wie sie in IoT- und Edge-Geräten häufig vorkommen. Zusätzlich stellt FreeRTOS eine Vielzahl von Bibliotheken zur Verfügung, die die Entwicklung von Anwendungen erleichtern.

Zephyr

Zephyr ist ein Open-Source-Echtzeitbetriebssystem (RTOS), das von der Linux Foundation entwickelt wird und sich besonders für IoT-Anwendungen eignet. Es ist skalierbar und unterstützt eine breite Palette von Hardware, von kleinen Mikrocontrollern bis hin zu komplexeren Systemen. Zephyr zeichnet sich durch seine Modularität aus, die eine flexible Anpassung an die Anforderungen eingebetteter Systeme ermöglicht. Es wurde erstmals 2016 eingeführt und hat sich seitdem zu einer leistungsstarken und vielseitigen Plattform für Echtzeitanwendungen entwickelt.

Betriebssysteme

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Linux

Linux ist ein Open-Source-Betriebssystem, das sich durch seinen frei zugänglichen Quellcode auszeichnet und daher individuell angepasst werden kann. Die zentrale Komponente von Linux ist der Kernel, der die Hardware eines Computers steuert, ergänzt durch Tools und Anwendungen, die ein vollständiges Betriebssystem ergeben. Linux ist besonders wegen seiner Stabilität, Sicherheit und der freien Verfügbarkeit beliebt und wird in Servern, Computern, IoT-Geräten und Supercomputern eingesetzt.

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Industrial Android

Android ist ein mobiles Open-Source-Betriebssystem, das von Google entwickelt wurde und auf einer modifizierten Version des Linux-Kernels basiert. Das Betriebssystem zeichnet sich durch seine Vielseitigkeit, große App-Auswahl sowie regelmäßige Updates aus und ermöglicht Entwicklern eigene Anwendungen und Anpassungen zu erstellen.
Industrial Android ist eine speziell angepasste Version des Android-Betriebssystems, die für den Einsatz in industriellen Umgebungen entwickelt wurde. Im Gegensatz zum Standard-Android bietet es erweiterte Funktionen wie erhöhte Datensicherheit, längere Software-Supportzyklen und Anpassungsmöglichkeiten an spezifische Hardware. Diese Version wird häufig in robusten Geräten wie mobilen Terminals oder Industriecontrollern verwendet, die unter schwierigen Bedingungen zuverlässig funktionieren müssen.

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Was sind Embedded Systems

Embedded Systems sind Computersysteme, die eine spezifische Funktion innerhalb eines größeren Systems erfüllen. Sie sind Teil eines Gerätes oder einer Maschine. Im Gegensatz zu gewöhnlichen Computern sind eingebettete Systeme auf bestimmte Aufgaben beschränkt.

Heutzutage finden wir sie fast überall, zum Beispiel in Smartwatches, Mikrowellen-Öfen, Baumaschinen, Verkehrssystemen, medizinischen Geräten oder Produktionsanlagen. Embedded Systems zählen zu den Kernkomponenten der Industrie 4.0; sie ermöglichen das digitale Automatisieren und Kontrollieren von Maschinen, Prozessen, Geräten und ähnlichen Systemen.

Charakteristika von Embedded Systems sind:

Spezialisierte Funktionen: Eingebettete Systeme sind für eine spezifische Aufgabe oder Funktion konzipiert und optimiert.
Echtzeit-Betrieb: Viele eingebettete Systeme müssen in Echtzeit funktionieren, was bedeutet, dass sie deterministisch auf Ereignisse reagieren müssen, sobald diese eintreten.
Ressourcenbeschränkungen: Eingebettete Systeme müssen oft mit sehr knappen Ressourcen in Bezug auf Speicher, Rechenleistung und Energieverbrauch auskommen. Sie werden daher besonders effizient konstruiert.
Lange Lebensdauer: Viele eingebettete Systeme sind für eine lange Lebensdauer ausgelegt und müssen über Jahre oder sogar Jahrzehnte hinweg zuverlässig funktionieren.

Schnittstellenintegration: Eingebettete Systeme sind oft eng mit der Hardware integriert, in die sie eingebettet sind. Sie verwenden spezielle Schnittstellen und Protokolle, um mit anderen Teilen des Systems zu kommunizieren.

Kategorisierung von Embedded Systems

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Kategorisierung nach Komplexität

Einfache Steuerungssysteme werden verwendet, um grundlegende Steuerungs- und Überwachungsaufgaben auszuführen. Sie basieren normalerweise auf Mikrocontrollern und haben begrenzte Rechenleistung und Speicher. Beispiele sind einfache Haushaltsgeräte, Thermostate und Alarmanlagen.
Mittelgroße Embedded-Systeme können komplexere Aufgaben ausführen. Sie verwenden leistungsfähigere Mikrocontroller oder digitale Signalprozessoren (DSPs) und haben mehr Speicher. Beispiele sind industrielle Steuerungssysteme, medizinische Geräte und einfache Kommunikationssysteme.
Komplexe Embedded-Systeme: Diese Systeme sind auf anspruchsvolle Aufgaben ausgelegt, die eine hohe Rechenleistung und eine hohe Speicherkapazität erfordern. Sie basieren auf leistungsfähigen Prozessoren, wie z. B. Anwendungsprozessoren oder System-on-Chip (SoC) Lösungen. Beispiele sind Fahrerassistenzsysteme, Flugsteuerungssysteme und fortschrittliche Kommunikationssysteme.

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Kategorisierung nach Aufgabe

Die nachfolgende Liste ist nicht vollständig, sondern zeigt nur einige wichtige Kategorien:

Echtzeitsysteme müssen in der Lage sein, auf Ereignisse in Echtzeit zu reagieren. Sie garantieren, dass bestimmte Aufgaben innerhalb einer festgelegten Zeit abgeschlossen werden. Echtzeitsysteme können in verschiedenen Komplexitätsstufen vorkommen, von einfachen Steuerungssystemen hin bis zu komplexen Systemen. Beispiele sind Automobil-Steuerungssysteme, Robotersteuerungen und industrielle Automatisierungssysteme.

Netzwerk- und Kommunikationssysteme sind speziell für die Kommunikation und den Datenaustausch zwischen verschiedenen Geräten und Systemen konzipiert. Sie werden auf verschiedenen Ebenen der Kommunikationsinfrastruktur eingesetzt, von einfachen Netzwerkgeräten hin zu komplexen Telekommunikationssystemen. Beispiele sind Router, Switches und Basisstationen für Mobilfunknetze.

Mobile und tragbare Embedded-Systeme sind speziell für den Einsatz in mobilen und tragbaren Geräten konzipiert und zeichnen sich durch geringen Stromverbrauch, geringes Gewicht und kompakte Bauweise aus. Beispiele sind Mobiltelefone, Smartwatches und tragbare medizinische Geräte.

emtrion ist Ihr Partner für Embedded Systems aller Art

Wir sind Experten für Embedded Systems. Egal, ob Sie ein komplexes System benötigen oder eine einfache Lösung, wir unterstützen Sie gerne mit unseren vielfältigen Dienstleistungen: