Eingebettete Systeme (Embedded Systems) sind allgegenwärtig – von Smart-Home-Geräten über Industrie-Controller bis hin zu Medizintechnik und Automobilelektronik. Für Einsteiger, aber auch für erfahrene Entwickler, ist die Welt der Embedded Systems voll von Abkürzungen und Fachbegriffen.
Um unseren Blog verständlicher zu machen, haben wir ein Glossar mit den wichtigsten Begriffen zusammengestellt. Dieses hilft, schnell die Sprache zu verstehen, die in der Entwicklung, im Test und im Betrieb eingebetteter Systeme verwendet wird.
#Entwicklung & Software
- IDE (Integrated Development Environment): Entwicklungsumgebung, mit der Code geschrieben, kompiliert und debuggt wird. Bekannte Beispiele: Eclipse, Keil µVision oder VS Code mit Erweiterungen.
- Firmware: Niedrigebene-Software, die direkt auf der Hardware läuft. Sie ist typischerweise im Flash-Speicher abgelegt und bildet die „Logik“ eines Geräts.
- Bootloader: Kleines Programm, das beim Starten des Geräts ausgeführt wird und die eigentliche Firmware lädt. Oft genutzt für Updates oder Recovery.
- OTA (Over-The-Air Update): Möglichkeit, Firmware aus der Ferne über Funktechnologien (z. B. LTE-M, NB-IoT, WLAN) zu aktualisieren.
- Verschlüsselung (Cryptation/Encryption): Schutz von Firmware oder Daten mithilfe kryptographischer Verfahren wie AES oder RSA.
- RTOS (Real-Time Operating System): Echtzeit-Betriebssystem mit deterministischem Scheduling, wichtig für zeitkritische Anwendungen.
#Hardware & Komponenten
- Hardware: Das physische Design eines Systems, bestehend aus Schaltplan, PCB-Layout sowie Normen wie EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit).
- MCU (Microcontroller Unit): Kompakter Chip mit CPU, Speicher und Peripherie für Steuerungsaufgaben.
- SoC (System on Chip): Integrierter Schaltkreis mit CPU, GPU, Speichercontrollern und Schnittstellen.
- SoM (System on Module): Fertigmodul mit SoC, Speicher und oft auch Speicherplatz – beschleunigt die Produktentwicklung.
- MMU (Memory Management Unit): Hardwareeinheit zur Verwaltung virtueller Speicheradressen, meist in komplexeren SoCs.
- MPU (Memory Protection Unit): Regelt Zugriffsrechte auf Speicherbereiche, erhöht Sicherheit und Stabilität.
- PMIC (Power Management IC): Versorgt und steuert mehrere Spannungsbereiche eines Systems.
- LDO (Low Dropout Regulator): Spannungsregler zur effizienten Bereitstellung stabiler Spannungen.
- PoE (Power over Ethernet): Technologie, die Strom und Daten über dasselbe Ethernet-Kabel überträgt.
- BMS (Battery Management System): Elektronik zur Steuerung, Überwachung und Absicherung von Akkus.
#Schnittstellen & Konnektivität
Eingebettete Systeme kommunizieren mit Sensoren, Aktoren und Speichern über eine Vielzahl standardisierter Schnittstellen:
- SPI (Serial Peripheral Interface): Schnelles serielles Bussystem, oft genutzt für Displays, Speicher oder Sensoren.
- QSPI (Quad SPI): Erweiterung von SPI mit vier Datenleitungen, meist für Flash-Speicher.
- I²C (Inter-Integrated Circuit): Zweidrahtbus für langsame Kommunikation, z. B. mit Sensoren oder ICs.
- UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter): Einfache serielle Schnittstelle, häufig zum Debuggen eingesetzt.
- JTAG (Joint Test Action Group): Standard-Schnittstelle zum Debuggen, Flashen und Testen von PCBs.
- ADC (Analog-Digital-Wandler): Wandelt analoge Signale (z. B. Sensordaten) in digitale Werte.
- DAC (Digital-Analog-Wandler): Gibt digitale Werte als analoge Signale aus.
- Digitale Ein-/Ausgänge (GPIO): Universelle Pins für grundlegende Steuer- und Überwachungsaufgaben.
- SDIO (Secure Digital Input Output): Schnittstelle für SD-Karten oder Funkmodule.
- MDIO (Management Data Input/Output): Serieller Bus (IEEE 802.3) zur Konfiguration und Überwachung von Ethernet-PHYs.
- CAN / CAN-FD (Controller Area Network): Robuster Bus, weit verbreitet in der Automobil- und Industrieelektronik.
- LIN (Local Interconnect Network): Kostengünstiger serieller Bus, oft in Fahrzeugen für kleinere Steuergeräte und Sensoren eingesetzt.
- Ethernet PHY: Physikalischer Transceiver für Ethernet-Kommunikation, konfigurierbar über MDIO.
- BLE (Bluetooth Low Energy): BLE ist ein energiesparender Funkstandard, der für die kabellose Kommunikation von kleinen Datenmengen über kurze Distanzen entwickelt wurde.
Er ist ideal für das Internet der Dinge (IoT), Wearables und Sensoren, die lange Laufzeiten mit Batterien benötigen.
Im Vergleich zum klassischen Bluetooth verbraucht BLE deutlich weniger Strom und ermöglicht den Einsatz kompakter, kostengünstiger Geräte. - NB-IoT / LTE-M: Zellulare Low-Power-Netzwerke für IoT-Anwendungen – wichtig nach der 2G-Abschaltung.
#Test & Produktion
- DUT (Device Under Test): Das aktuell getestete Gerät.
- ICT (In-Circuit Test): Elektrischer Test zur Überprüfung von Fertigungsfehlern auf PCBs.
- FCT (Functional Circuit Test): End-of-Line-Test, der die Funktionalität des Geräts überprüft.
- Boundary Scan: Testmethode über JTAG zur Validierung von PCB-Verbindungen.
#Sicherheit
- Secure Boot: Startvorgang, der sicherstellt, dass nur signierte und vertrauenswürdige Firmware ausgeführt wird.
- TPM (Trusted Platform Module): Sicherheitschip für Kryptographie und Schlüsselverwaltung.
- HSM (Hardware Security Module): Spezialisierte Hardware für hochsichere kryptographische Aufgaben, oft in Gateways.
#Fazit
Die Kenntnis dieser Begriffe ist entscheidend für alle, die im Bereich Embedded Systems arbeiten – ob Entwickler, Hardware-Ingenieur oder Entscheider für die nächste Generation von IoT- oder Industrieprodukten.
In unserem Blog werden wir regelmäßig auf diese Begriffe zurückgreifen. Nutzen Sie diesen Artikel gerne als Nachschlagewerk, wann immer ein Fachbegriff unklar erscheint.