Informatikunternehmen wie telos, die seit Jahrzehnten aktiv sind, verfügen über ein umfangreiches Portfolio an Erfahrungen. Im Bereich Embedded Systems begannen wir mit PIC-Controllern von Microchip, x86-Derivaten von Intel und Controllern auf Basis des 8051.Erstaunlicherweise sind all diese Controllerfamilien auch nach einem Vierteljahrhundert noch im Einsatz. Natürlich handelt es sich dabei nicht um die ursprünglichen Implementationen oder Bauformen wie DIL oder PLCC. Die dahinterstehende Technologie ist jedoch weiterhin aktuell und findet ihren Niederschlag in modernen Komponenten und Projekten.

Auch im Bereich der Embedded Systems geht der Trend zu immer leistungsfähigeren CPUs, mit denen neue Einsatzfelder für eingebettete Systeme erschlossen werden können. Längst haben sich Hochsprachen wie C und C++ auch in der hardwarenahen Programmierung etabliert.

SoC-Lösungen mit integriertem USB, Ethernet, SPI, UART, CAN und vielen weiteren Standardschnittstellen sind weit verbreitet, und die Grenzen zwischen klassischen Computern und eingebetteten Systemen verschwimmen zunehmend. Hersteller wie ST und Freescale bieten ein umfassendes Portfolio von Prozessoren an, die auf der gleichen Architektur basieren, sich aber deutlich in Ausstattung und Gehäusegröße unterscheiden.

telos setzt neben klassischen Mikrocontrollern und CPUs auch Digitale Signalprozessoren für Mess- und Steuerungsaufgaben ein.

Optimierung des Energieverbrauchs

Moderne und leistungsfähigere Plattformen schaffen nicht nur neue Möglichkeiten, sondern auch neue Herausforderungen. Mobile Geräte sind solch ein anhaltender Trend, was es erforderlich macht, den Energieverbrauch dieser Systeme aktiv zu minimieren. Dies umfasst alle Bereiche, vom Hardwaredesign mit restriktiven Abschaltfunktionen für stromhungrige Peripherie bis hin zu Software, die gezielt Rechenleistung nur bei Bedarf anfordert.

In solchen Fällen steht nicht die maximale Rechenleistung eines Mikroprozessors im Vordergrund, sondern seine Fähigkeit, nicht benötigte Funktionen und Module möglichst granular abzuschalten.

Werden Anwendungen komplexer, ist ein Betriebssystem meist unverzichtbar.

Es gibt eine Reihe von klassischen Echtzeitbetriebssystemen wie CMX, FreeRTOS oder MQX. Unsere Erfahrung bei telos zeigt, dass viele Projekte durch den Einsatz von Linux erheblich leichter realisiert werden können. Dies ermöglicht eine einfache Migration von und hin zu Desktopsystemen und reduziert die Portierungskosten von Anwendungen.

Vorteile von Linux

• Linux ist kostenlos und steht unter der GNU GPL v2.
• Es existieren robuste und erprobte Entwicklungswerkzeuge für alle denkbaren Plattformen und Programmiersprachen.
• Alle Quelltexte von Linux sind frei verfügbar.
• Linux ist ein vollwertiges Serverbetriebssystem inklusive Multiuser/Multitasking Unterstützung, Speicherschutz, Rechteverwaltung und umfangreichem Hardwaresupport.
• Linux verfügt von Haus aus über einen robusten und gut getesteten Netzwerkstack sowie diverse unterstützende Werkzeuge und Protokolle, die in anderen Systemen nicht, nur in Ansätzen oder nur kostenpflichtig vorhanden sind.

Linux für Echtzeitanwendungen

Linux ist, wie die meisten anderen Multitasking-Betriebssysteme, standardmäßig nicht echtzeitfähig. Das bedeutet, dass das Betriebssystem keine maximale Antwortzeit garantieren kann, nach der ein Prozess spätestens Rechenzeit erhält. Dies ist in vielen Bereichen nicht relevant, kann aber bei Embedded Systems, die z.B. einen industriellen Prozess steuern, problematisch sein.

Als Beispiel diene eine Produktionsanlage, die Fässer befüllen soll. Der Steuerprozess für die Befüllung auf dem Embedded System öffnet das Ventil, und die Flüssigkeit fließt in das Fass. Nach einiger Zeit meldet ein Füllstandssensor, dass das Fass voll ist. Wenn der Steuerprozess auf dem Embedded System erst nach 10 Sekunden wieder Rechenzeit erhält, ist es zu spät: das Fass läuft über.

Um Linux für solche Steuerungsaufgaben einsetzen zu können, gibt es diverse Echtzeiterweiterungen wie Xenomai. Hier kann Linux seine Vorteile als quelloffenes System voll ausspielen, denn der öffentlich verfügbare Quellcode des Kernels kann einfach durch einen automatisierten Patchvorgang angepasst werden. Nach einer erneuten Übersetzung und Installation des gepatchten Kernels sind die Änderungen dann aktiv.

telos blickt auf mehr als 20 Jahre Erfahrung in der Portierung und Nutzung von Linux in eingebetteten Systemen zurück. Dies umfasst sowohl die Entwicklung von Treibern und Plattformanpassungen als auch die Entwicklung komplexer und datenintensiver Anwendungen mit Echtzeitanforderungen.