Embedded System – Definition und Klassifizierung

Embedded System

Ein Embedded System begegnet uns überall im täglichen Leben, meist in Form von sogenannter Firmware. Die Systeme steuern, überwachen und regeln diverse Geräte ohne das Wissen des Benutzers.

 

Autor: Roman Isheim, 19.12.2018, Thema: Embedded System

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Embedded System – Definition

 Embedded System - DefinitionBei einem Embedded System (auch eingebettetes System genannt) handelt es sich um einen elektronischen Rechner oder Computer, der in einen technischen Kontext eingebettet (eingebunden) ist. Es handelt sich somit um ein binär wertiges digitales System bzw. Computersystem. Bei einem Embedded System übernimmt der Rechner meist Steuerungs-, Regelungs- oder Überwachungsfunktionen. Des Weiteren ist der Rechner oft für eine Form der Daten- bzw. Signalverarbeitung verantwortlich. Ein Embedded System verrichtet den Dienst in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen und Geräten, wie beispielsweise in Flugzeugen, Geräten der Unterhaltungselektronik oder Medizintechnik, Waschmaschinen, Fernsehern, Kühlschränken, Routern, Mobiltelefonen oder Kraftfahrzeugen. Dabei wird ein Embedded System häufig speziell an eine Aufgabe angepasst. Das Gegenstück zu einem Embedded System ist das Self-Contained System.

Das erste moderne Embedded System war der Apollo Guidance Computer. Dieser wurde von dem US-amerikanischen Ingenieur Charles Stark Draper in Zusammenarbeit mit dem MIT Instrumentation Laboratory entwickelt. Bei jedem Flug zum Mond waren zwei dieser Systeme dabei. Wobei dieses System damals noch als sehr riskant galt. Die ersten Embedded Systeme wurden allerdings schon vorher in der Minuteman-Rakete eingesetzt. Infolgedessen wurde das eingebettete System in Massenproduktion hergestellt. Bei der Anwendung handelte es sich um ein Wege-Such-System, welches der Rakete nach einmaliger Programmierung ein unabhängiges Manövrieren ermöglichte.

 

Klassifizierung von Computersystemen

Computersysteme werden in drei verschiedene Klassen eingeteilt. Diese sind (rein) tranformationelle, reaktive und interaktive Systeme. Die Klassifizierung erfolgt hauptsächlich durch die Art und Weise, wie Eingaben in Ausgaben transformiert werden.

(Rein) Transformationelle Systeme

Diese Systeme transformieren nur solche Eingaben in Ausgaben, die seit Anfang an der Systemverarbeitung vollständig vorliegen. Ist die Verarbeitung noch nicht terminiert, sind Ausgaben nicht verfügbar. Dies hat zur Folge, dass es dem Benutzer bzw. der Prozessumgebung nicht möglich ist, während der Verarbeitung mit dem System zu interagieren.

Reaktive Systeme

Diese Systeme geben vor, was zu tun ist. Das Computersystem reagiert nur noch auf externe Stimuli. Die Prozessumgebung synchronisiert den Rechnern.

Interaktive Systeme

Interaktive Systeme interagieren und synchronisieren stetig mit ihrer Umgebung. Sie erzeugen also nicht Ausgaben erst dann, wenn sie terminieren. Wichtig ist, dass diese Interaktion durch das Rechnersystem bestimmt wird und nicht durch die Prozessumgebung.

 

 

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Klassifizierung von Embedded Systemen

Klassifizierung von Embedded SystemenEin Embedded System muss immer auf den umgebenden Prozess reagieren. Die Implementierung ist sowohl als interaktives als auch als reaktives System möglich. Ein reaktives Systemdesign geht in Richtung Echtzeitverhalten, wobei es nicht automatisch echtzeitfähig ist. Wird die Einhaltung von Zeitschranken zu einer Hauptsache, d. h. wird die Verletzung bestimmter Zeitschranken sehr kritisch im Sinn einer Gefährdung für Mensch und Maschine, dann spricht man von Echtzeitsystemen. Bei einem interaktiven Systemdesign muss zudem auch gewährleistet werden, dass die Interaktion, die vom Rechner ausgeht, ebenfalls rechtzeitig erfolgt. Ist dies gewährleistet, steht einem interaktiven Systemdesign im Grunde nichts im Wege.

Des Weiteren lassen sich Embedded Systeme in weitere Kriterien unterscheiden. Zum einen in “kontinuierlich versus diskret“. Hierbei bezieht sich die Ausprägung der Stetigkeit sowohl auf Datenwerte als auch auf die Zeit. Sind beide Verhaltensweise enthalten, spricht man von einem “hybridem System”. Ein weiteres Kriterium ist “monolithisch versus verteilt“. Anfangs waren alle eingebettete Systeme monolithisch aufgebaut. Mittlerweile verlagert sich dies zunehmend in Richtung verteilte Systeme. Das letzte Kriterium ist “Sicherheitskritisch versus nicht-sicherheitskritisch“. Sicherheitskritische Systeme führen bei einem Versagen zu einer Gefährdung von Menschen und Einrichtungen. Viele Konsumprodukte sind sicherheits-unkritisch, während Flugzeugbau, Medizintechnik oder Automobile zunehmend auf sicherheitskritische Embedded Systeme beruhen.

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