Embedded Systems Erklärung – So funktioniert es

Beginnen wir mit der allgemeinen Formulierung, wie sie Marilyn Wolf verwendet, eine weltweit anerkannte Expertin für Embedded Computing: „Jede Art von Gerät, das einen progammierbaren Computer enthält, aber selbst nicht darauf abzielt, ein Computer für den allgemeinen Gebrauch zu sein.“ Was bedeutet das im Detail? Als Embedded System, also ein eingebettetes System, bezeichnet man eine Kombination aus Computer-Hardware und Software, die eine spezifische Funktion erfüllt und in ein größeres System eingebettet ist. Embedded Systems übernehmen also in aller Regel Einzel- oder Teilfunktionen und nicht den gesamten Funktionsumfang des Endprodukt. Das Endprodukt könnte typischerweise ein Fahrzeug sein, aber auch ein Smartphone, eine Kamera, ein Herd. Das Embedded System steht dabei in Wechselwirkung mit dem ihm umgebenden technischen System – häufig übernimmt es dabei Aufgaben im Bereich der Elektrifizierung, der Sicherheit, des Komforts während der Fahrt. Konkret sind Funktionen wie ASB, ESP, Traktionskontrolle, automatischer Allradgang, die Ausgabe von Informationen in einem Nutzer-Frontend wie dem Armaturenbrett oder dem Infotainment-System ohne Embedded Systems nicht möglich.

Gerade im Bereich der E-Mobilität werden eingebettete Systeme immer wichtiger, beispielsweise im Bereich der Batteriemanagementsysteme, Fahrassistenzen oder auch im Feld AUTOSAR. Da sich diese Märkte rasant vergrößern, ist auch mit einer exponentiellen Zunahme der Bedeutung von Embedded Systems zu rechnen. Wie so oft gilt also, schon heute zu entwickeln und zu testen, was morgen auf den Straßen zugelassen werden soll.

Das eingebettete System selbst besteht aus einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor, einem integrierten Schaltkreis, einer CPU – oft einer High Performance Computing Unit – und meist einem Betriebssystem wie (Embedded) Linux, Java, oder auch Windows. Auf Mobilgeräten waren Betriebssysteme wie Symbian oder BlackBerry Operating System vertreten, für die Handys von Nokia und – nomen est omen – BlackBerry, die aber aufgrund der geringen Marktpräsenz langsam verschwinden und modernen Varianten wie eben Java, Linux oder dem Windows Mobile OS verdrängt werden.

Embedded Systems Automotive – Ein rasanter Wachstumsmarkt

Das Wachstum von sowohl des Marktes an sich als auch dessen Bedeutung vor allem in der Automobil-Industrie von Embedded Systems haben wir bereits angesprochen, und auch die unten für euch verlinkte BITKOM-Studie zeigt es überdeutlich: Ein jährliches Wachstum von unglaublichen neun Prozent prognostiziert die Studie. Der Wertanteil von elektrischen und elektronischen Elementen im modernen Fahrzeug lag schon 2015 bei rund 35 Prozent, die anteiligen Investitionen in Entwicklung und Forschung liegen bei vielen OEMs bei zehn bis zwanzig Prozent – Tendenz steigend.

Dieses Investment zahlt sich aus: Nie gab es fähigere Spezialisten im Bereich Embedded Systems, nie war das Angebot an Lösungen größer und stand dabei einem Markt gegenüber, der diese Lösungen geradezu gierig verschlingt. Von der eSIM bis zur totalen Personalisierung im Fahrzeug, vom Batteriemanagement bis zur Testautomatisierung: Wer Embedded kann, kann Auto. Standards wie AUTOSAR Adaptive halten gerade noch mit, während die Fertigungsstraßen der Industrie mit den Neuerungen nur noch schwierig Schritt halten. Ohne automatisierte Lösungen wie xRPA wird das wohl nichts mit der Industrie 4.0, aber zugegeben – das ist ein anderes Thema.

Sicher ist jedoch, dass ohne Embedded Systems für uns ganz alltägliche Nutzen gar nicht dankbar wären. Der Chip in der EC- oder Kreditkarte (oder jeder anderen elektronischen Karte, die wir im Alltag verwenden) funktioniert nicht ohne einen eingebetteten Chip, der auf NFC (Near Field Communication) Technologie basiert. Sich den Weg bequem via GPS-gestützter Navigation zeigen lassen, statt mühsam Karten zu drehen, zerknittern und studieren? Undenkbar ohne Embedded Systems. Nicht einmal der nervig piepsende (bis angenehm blinkende, je nach Fahrzeugtyp) Parksensor ist ohne eingebettete Systeme machbar, oder der Leben rettende Airbag, die bequeme Servolenkung oder vermeintlich einfache Dinge wie der Tachometer. Wir geben euch noch ein paar Beispiele, wo überall Embedded Systems verbaut sind:

• Zuhause: Waschmaschinen, Blu-ray Player, Computer, Konsolen, Drucker, Smartphone
• Im Auto: Anti-Blockier-System, Infotainment, Airbag, Totwinkel-Asisstent, autonome Fahrfunktionen
• Medizin: EEG, MRT, Kameras, oder der Geschirrspüler zum Desinfizieren der Instrumente
• Industrie 4.0: Assembly Lines, Detektion von Wärme, Flüssigkeit, Strom, Druck uvm.

Ihr ahnt schon, dass sich diese Liste noch lange fortsetzen ließe, und sicher fallen euch jetzt schon jede Menge Geräte in eurem Umfeld ein, die mit Embedded Systems funktionieren müssen. Und mit dem steigenden Bedarf an Funktionen, ob in Fahrzeugen, Smartphones oder sonstigen Geräten, Stichwort IoT (Internet of Things, also „Internet der Dinge“), wächst auf der Bedarf nach eingebetteten Systemen. Schließlich sollen Fahrzeuge und Gebrauchsgegenstände schneller, bequemer, sicherer, umfangreicher und nutzerfreundlicher sein.

Das bedeutet, dass nicht nur der Markt der eingebetteten Systeme auf sehr lange Sicht rasant wächst und täglich, teils stündlich an Bedeutung gewinnt, sondern auch begleitende Berufszweige sich mitentwickeln, wie das Embedded Software Development und alle ähnlichen Bereiche der IT.

Embedded Software im Automotive-Bereich – Die Nische wird zum Zukunftsmarkt

Zugegeben – eine „Nische“ ist Software Development schon lange nicht mehr wirklich, aber dass der Wertanteil im Fahrzeug, der aus elektrischen und elektronischen Diensten besteht, für die wiederum Embedded Systems und in der Folge Embedded Software Development benötigt werden, ein Drittel der Gesamtkosten übersteigt, ist noch keine sieben Jahre her, vertraut man den entsprechenden Studien. Dieser eines Thomas Mann würdigen, mäandernde Satz soll einleiten, dass sich die Automobilindustrie und konsequenterweise begleitend auch die Zuliefererindustrie mehr denn je auf den Bereich Embedded Systems und Embedded Software Development fokussieren muss. Sicher – gerade die bekannten OEMs müssen sicherstellen, auch im Rest der E/E-Gesamtfahrzeugentwicklung nicht hintenanzustehen. Vorbei die Zeiten, in denen Volkswagen im Grunde das erste eingebettete System der Welt einführte – heute forschen Unternehmenstöchter wie CARIAD daran, die von den zahllosen Embedded Systems angesprochenen Steuergeräte zu reduzieren und zu vereinfachen, um der Entwicklung auf Augenhöhe gegenüberstehen zu können.

Embedded Software Development unterscheidet sich insofern von der klassischen Software-Entwicklung (und bleibt dabei natürlich dennoch stets maximal artverwandt), als dass eingebettete Software meist für spezielle Hardware programmiert wird, nicht für beispielsweise Alltagscomputer, Videospiele oder Front- und Backend-Entwicklung, obwohl Letztere Teil der Jobbeschreibung sein kann. Meist sprechen wir von Firmware, die Steuerung und Wechselwirkung des entsprechenden Embedded Systems übernimmt, die sich noch einmal in den Bootloader, das Betriebssystem und die spezifisch geschriebene Basis- oder Anwendungssoftware unterteilt. Da sich diese Art der Software-Entwicklung oft direkt im Feld der performanten Produkte tummelt, sind die Anforderungen an Embedded Software Entwickler oft sehr hoch, da nicht nur die entsprechenden Programmiersprachen bekannt sein müssen, sondern auch Kenntnisse über die Betriebssystems und die Produkte und deren Strukturen bestehen sollten. Wer dies beherrscht, kann sich allerdings auch über attraktive Positionen in Firmen freuen, die einem beeindruckenden Wachstumsmarkt tätig sind, der die Beschäftigung und Weiterentwicklung von Embedded Systems und den daran Beteiligten über Jahre wertschöpfend sichert.

Gerne könnt auch ihr euch bei Cognizant Mobility bewerben, wenn ihr euch für diesen Berufszweig interessiert oder Lösungen für eure Produkte sucht. Das Kontaktformular findet ihr hier.

Embedded Systems: Die Studien

Wie versprochen, fügen wir euch nachstehend noch bequem die zitierten Studien der BITKOM sowie die Nationale Roadmap Embedded Systems an – ihr könnt sie direkt hier auf der Seite lesen, oder ihr ladet die Studien herunter und lagert sie bei all den anderen kostenlosen PFDs, die auf eurem Desktop darauf warten, dass ihr sie ganz bestimmt irgendwann mal lesen werdet. Wer weiß – vielleicht gibt es auch dafür ja bald eine Embedded Systems Lösung, ohne die, fairerweise erwähnt, weder dieser Artikel noch der Download der PDFS technisch möglich wäre.