Was ist ein eingebettetes System?

Eingebettete Systeme sind kleine Computersysteme, die in größere Geräte eingebaut werden, um bestimmte Aufgaben zu erfüllen, und die sowohl Hardware als auch Software und manchmal auch Peripheriegeräte umfassen. Sie umfassen Prozessoren, Speicher und ggf. Sensoren oder Aktoren. Im Gegensatz zu einem Allzweck-PC sind eingebettete Systeme darauf ausgelegt, eine bestimmte Aufgabe perfekt zu erfüllen. Eingebettete Systeme finden sich im täglichen Leben, wo sie im Verborgenen arbeiten, in Fitness-Trackern, Verkaufsautomaten und medizinischen Geräten.

Eingebettete Systeme gibt es schon seit Jahrzehnten, wobei der technologische Fortschritt die Entwicklung kleinerer, billigerer und effizienterer Systeme ermöglicht hat. Sie haben ihren Platz in Automobilsystemen, Industrieanlagen und mehr gefunden, entwickeln sich aber mit dem Wachstum von KI und Edge Computing weiter. Eingebettete Echtzeitsysteme können in fast allen Branchen eingesetzt werden.

Ein eingebettetes System nimmt Eingaben aus seiner Umgebung auf, in der Regel über einen Sensor, und verarbeitet sie mithilfe vorprogrammierter Software. Es nimmt die Informationen auf, verarbeitet sie und löst dann eine Ausgabe aus, z. B. die Bewegung eines Motors oder die Anzeige von Daten auf einer Schnittstelle oder einem Bildschirm. Viele eingebettete Systeme laufen in Echtzeit, was bedeutet, dass sie sofort auf die erfassten Daten reagieren können. Eingebettete Echtzeitsysteme laufen in der Regel automatisch, sobald sie programmiert sind, und benötigen nur sehr wenige Benutzereingaben.

Die Architektur eingebetteter Systeme umfasst Hardware und Software, die eine bestimmte Funktion erfüllen. Diese Systeme sind darauf ausgelegt, effizient, zuverlässig und reaktionsschnell zu sein, und enthalten viele wichtige Komponenten, die wichtige Betriebsfunktionen haben. Zu den wichtigsten Komponenten und Merkmalen von eingebetteten Systemen gehören:

Mikrocontroller oder Mikroprozessoren

Der Prozessor fungiert als das Gehirn des eingebetteten Systems. Mikrocontroller enthalten oft den Prozessor, den Speicher und alle Eingabe-/Ausgabefunktionen auf einem kompakten, kostengünstigen Chip. Mikroprozessoren hingegen sind leistungsfähiger und werden in komplexen Systemen eingesetzt, die externe Komponenten wie RAM benötigen.

Speicher

Eingebettete Systeme enthalten in der Regel sowohl ROM als auch RAM. Im Festwertspeicher wird die Firmware gespeichert, die oft einmal geschrieben und nur selten geändert wird, während der Arbeitsspeicher (Random Access Memory) die temporäre Datenverarbeitung unterstützt. Diese Speichertypen sind auf die jeweilige Aufgabe des eingebetteten Systems zugeschnitten, wodurch sie effizienter sind als normale Computersysteme.

Eingabe-/Ausgabeschnittstellen

Eingabe-/Ausgabeschnittstellen ermöglichen es dem System, Daten von der Außenwelt zu sammeln und mit ihr zu kommunizieren. Dazu gehören z. B. Sensoren zur Messung von Temperatur, Bewegung oder Druck oder Aktoren zur Durchführung von Aufgaben wie dem Öffnen von Ventilen oder dem Drehen von Motoren. Zu den E/A gehören auch Kommunikationsanschlüsse wie USB oder Ethernet und Benutzerschnittstellen wie Tasten oder Touchscreen-Displays.

Software

Der Prozessor führt in der Regel ein Programm aus, das dem System mitteilt, wie es auf Eingaben reagieren und wann es die gewünschte Ausgabe produzieren soll. Software für eingebettete Systeme wird oft optimiert und in Programmiersprachen wie C oder C++ geschrieben, um auf begrenzter Hardware effizient zu arbeiten.

Eingebettete Systeme spielen in industriellen Anwendungen eine entscheidende Rolle und werden für die Stromversorgung von Maschinen, die Verwaltung von Daten und die Entscheidungsfindung in Echtzeit eingesetzt. Sie wurden entwickelt, um die Effizienz, Sicherheit und Konsistenz verschiedener Anwendungen wie Kommunikation, Steuerungssysteme, Sicherheit und Überwachung zu verbessern, indem sie Folgendes bieten

Steuerung in Echtzeit

Beim Einsatz in Fabriken können eingebettete Systeme Roboterarme, Förderbänder und Qualitätsüberwachungssysteme steuern. Diese Systeme reagieren sofort auf Eingaben von Sensoren, um sicherzustellen, dass die Maschinen mit der richtigen Geschwindigkeit arbeiten oder sich in der richtigen Position befinden. So lassen sich Verzögerungen vermeiden und Abfälle reduzieren.

Robustes Hardware-Design

Eingebettete Systeme sind oft so konstruiert, dass sie rauen Bedingungen wie extremen Temperaturen, Vibrationen oder sogar elektrischen Störungen standhalten, weshalb sie in industriellen Anwendungen zum Einsatz kommen. Ihre Software und Hardware sind auf Langlebigkeit ausgelegt, um minimale Ausfallzeiten und einen langfristigen Betrieb zu gewährleisten.

Integration in größere Systeme

Eingebettete Industriesysteme können oft in ein größeres Netzwerk von Maschinen oder Automatisierungssystemen eingebunden werden. Sie können in speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) integriert werden oder sogar als Randgeräte in IoT-basierten Anwendungen fungieren und eine lokale Datenverarbeitung ermöglichen.

Eingebettete Systeme steuern Geräte, sammeln Daten oder verwalten komplexe Prozesse in Echtzeit. Sie sind allgegenwärtig und treiben im Stillen Produkte an, die ganze Branchen am Laufen halten. Es gibt mehrere Branchen, in denen diese Systeme häufig eingesetzt werden. Beispiele für eingebettete Systeme in verschiedenen Branchen sind:

Automatisierung

Eingebettete Systeme verbinden Roboterarme, Fließbänder, Sicherheitssysteme und vieles mehr in industriellen Umgebungen. Sie sind der Schlüssel zu Automatisierungs- und Managementsystemen, verbessern die Effizienz und verringern menschliche Fehler.

Militär

Im Militär- und Verteidigungssektor sind diese Systeme oft einsatzkritisch. Hardware und Software werden rigoros getestet, und die Geräte müssen strenge Sicherheits- und Leistungsstandards erfüllen. Sie werden unter anderem in Kommunikations- und Navigationssystemen eingesetzt.

Medizinische Systeme

Im medizinischen Bereich tragen eingebettete Systeme in medizinischen Geräten dazu bei, genaue Messwerte, kontinuierliche Überwachung und automatische Warnmeldungen zu gewährleisten. Sie sind oft Teil größerer Schnittstellen, die dem medizinischen Personal Echtzeit-Feedback liefern, und tragen dazu bei, dass wichtige Geräte sicher und effektiv funktionieren.

Eingebettete Systeme sind ein wichtiger Bestandteil des Internets der Dinge (IoT) und des Edge-Computing, da sie Daten nahe an der Quelle verarbeiten können und nicht an die Cloud senden müssen. Dies macht eingebettete Geräte schneller und effizienter.

Eingebettete Systeme können in der künstlichen Intelligenz eingesetzt werden, und zwar häufig dort, wo schnelles Edge Computing erforderlich ist. Diese KI-Modelle sammeln Daten von Sensoren, analysieren sie und lösen Aktionen aus, z. B. das Senden eines Alarms. Übliche Anwendungen sind industrielle Automatisierungssysteme, die Defekte an Fließbändern erkennen, oder intelligente Kameras, die zur Bewegungserkennung eingesetzt werden.

Eingebettete Systeme sind so konzipiert, dass sie auch unter schwierigen Bedingungen funktionieren und funktionieren können. Sie halten z. B. großen Temperaturschwankungen, Partikeln wie Staub und Vibrationen stand. Diese Systeme sind so konzipiert, dass sie auch in den schwierigsten Umgebungen weiter funktionieren. Diese Zuverlässigkeit bedeutet geringere Wartungskosten und weniger Ausfallzeiten.

Eingebettete Systeme können an spezifische Projektanforderungen angepasst werden, was bedeutet, dass Software und Hardware angepasst und Systeme mit anderen Geräten integriert werden können. Kundenspezifische Systeme sind in der Industrieautomatisierung und in der Medizintechnik weit verbreitet, wo Optionen von der Stange nicht so nützlich sind. Diese Flexibilität der eingebetteten Technologie macht es einfacher, die erforderliche Leistung zu erzielen.

Eingebettete Systeme können je nach Komplexität und Anforderungen der Anwendung eine Reihe von Betriebssystemen verwenden. Einige einfachere Systeme können ohne Betriebssystem programmiert werden, während fortschrittlichere Optionen wahrscheinlich Echtzeitbetriebssysteme oder manchmal eingebettete Versionen von Linux verwenden.

Von der industriellen Automatisierung bis hin zu medizinischen Geräten ermöglichen eingebettete Systeme die zuverlässige und effiziente Ausführung wichtiger, spezifischer Aufgaben. Sie sind so konzipiert, dass sie mit wenig Strom auskommen, und ohne sie würden viele Alltagsgeräte in verschiedenen Bereichen nicht so funktionieren, wie wir es gewohnt sind.

Bei Assured Systems haben wir uns auf die Lieferung hochwertiger eingebetteter Systeme spezialisiert, die auf Ihre Anforderungen zugeschnitten sind. Wenn eine Lösung von der Stange nicht ausreicht, können wir vollständig kundenspezifische Systeme, einschließlich maßgeschneiderter Gehäuse, selbst entwickeln und bauen.

Jedes System wird gründlich getestet, bevor es unser Haus verlässt. Bei Bedarf können wir Anwendungsumgebungen simulieren und Testroutinen durchführen, um die vollständige Zuverlässigkeit Ihres Systems zu gewährleisten.

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