Jeder braucht sie, doch kaum jemand spricht über sie – Embedded Systems. Eingebettete Systeme sind die Basis für viele elektronische Geräte. Sie sorgen für Funktionalität in vernetzten Autos, Haushaltsgeräten und Smartphones. Damit werden Embedded Systems zu den zentralen Elementen von Anwendungen für die Industrie 4.0 und dem Internet of Things (IoT). In diesem Beitrag erfährst du, wie eingebettete Systeme entstanden sind, woraus die Grundstruktur eines eingebetteten Systems besteht und wie es funktioniert.
Definition und Funktionsweise
Ein eingebettetes System ist ein mikroprozessor- oder mikrocontrollerbasiertes System aus Hardware und Software. Es ist dafür ausgerichtet, bestimmte Funktionen innerhalb eines größeren mechanischen oder elektrischen Systems auszuführen. Dabei kann ein Embedded System entweder ein unabhängiges System oder Teil eines größeren Systems sein. Den Kern bildet ein integrierter Schaltkreis, der für die Durchführung von Berechnungen in Echtzeit ausgelegt ist.
Es handelt sich demnach um kostengünstige, kleine Computer mit geringem Stromverbrauch, die in andere mechanische oder elektrische Systeme eingebettet sind. Die Komplexität eines Embedded Systems hängt stark von der Aufgabe ab, für die es entwickelt wurde – diese reichen von Digitaluhren und Mikrowellen bis hin zu Hybridfahrzeugen und Luftfahrtelektronik. Um zu verstehen, wie so ein System funktioniert, erfährst du im nächsten Kapitel mehr über die Grundstruktur.
Grundstruktur eines Embedded Systems
Die Grundstruktur eines eingebetteten Systems umfasst die folgenden Komponenten:
- Sensor: Der Sensor misst die physikalische Größe und wandelt sie in ein elektrisches Signal um, das dann von einem Ingenieur für eingebettete Systeme oder einem beliebigen elektronischen Instrument gelesen werden kann. Ein Sensor speichert die gemessene Größe in einem Speicher.
- A-D-Wandler: Ein Analog-Digital-Wandler wandelt das vom Sensor gesendete, analoge Signal in ein digitales Signal um. Prozessoren werten die Daten aus, um die Ausgabe zu messen.
- D/A-Wandler: Die gelieferte Ausgabe, die gespeichert wird.
Herkunft / Geschichte von Embedded Systems
1960er Jahre
Das erste moderne, eingebettete Echtzeit-Computersystem war der Apollo Guidance Computer, der in den 1960er Jahren von Dr. Charles Stark Draper am Massachusetts Institute of Technology für das Apollo-Programm entwickelt wurde. Das Apollo-Programm war ein Raumfahrtprojekt der USA und brachte mit den Apollo-Raumschiffen zum ersten Mal Menschen auf den Mond. Der Apollo Guidance Computer sollte automatisch Daten sammeln und missionskritische Berechnungen für die Apollo-Kommandokapsel und die Mondlandefähre durchführen.
1971
Im Jahr 1971, hat Intel den ersten kommerziell erhältlichen Mikroprozessor auf den Markt gebracht. Der Intel 4004 war ein früher Mikroprozessor.
1978
1978 gab die National Engineering Manufacturers Association einen Standard für programmierbare Mikrocontroller heraus, der das Design eingebetteter Systeme verbesserte.
1980er
Anfang der 1980er Jahre waren Speicher, Eingabe- und Ausgabesystemkomponenten im selben Chip wie der Prozessor integriert und bildeten einen Mikrocontroller.
Heutzutage sind auf Mikrocontrollern basierende, eingebettete Systeme in fast jedem Aspekt des täglichen Lebens integriert – von Kreditkartenlesern und Mobiltelefonen bis zu Verkehrsampeln und Thermostaten.
Zukünftige Trends
Durch kontinuierliche Entwicklungen im Bereich der Künstlichen Intelligenz, virtuellen und erweiterten Realität, des maschinellen Lernens, Deep Learning und dem Internet der Dinge kann erwartet werden, dass eingebettete Systeme weiterhin schnell wachsen werden. Laut MarktsandMarktets, einem B2B-Forschungsunternehmen, wird der Markt für Embedded Systems bis 2025 auf 116,2 Milliarden US-Dollar wachsen. Der Markt und der Bedarf an eingebetteten Systemen werden demnach beständig wachsen – wahre Hidden Champions!
Dabei stehen vor allem Trends wie reduzierte Energieverbräuche und verbesserte Sicherheit im Zentrum der Entwicklungen.
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