Embedded Linux auf Rechnern mit speziellen Funktionen

Embedded Linux

Embedded Linux auf Rechnern mit speziellen Funktionen

Als Embedded Linux wird ein eingebettetes System bezeichnet, das auf einem Linux-Kern aufgebaut ist und das auf Systemen mit genau bestimmten Einsatzzwecken läuft. Der Rechner mit diesem Betriebssystem übernimmt spezielle Aufgaben wie beispielsweise Steuerungen von Maschinen oder Regelfunktionen sowie die Überwachung von Daten oder die Signalverarbeitung. Es handelt sich um eher im Hintergrund arbeitende Systeme, so dass die Anwender vom Betriebssystem praktisch gar nichts zu sehen bekommen. Möglicherweise ist in verschiedenen Systemen für die Steuerung oder auch im Bereich der Unterhaltungselektronik ein Linux als Betriebssystemkern enthalten, ohne dass die Benutzer dieser Geräte davon etwas wissen. Sogar in Fahrzeugen werden auf Linux basierende Systeme in Form von einem Embedded Linux eingesetzt.

Warum Linux gerne als eingebettetes System verwendet wird

Linux bietet als Betriebssystem den Vorteil, dass es frei verfügbar ist und auf die verschiedensten Anwendungsgebiete angepasst werden kann. Es eignet sich für den Einsatz in Geräten der Unterhaltungselektronik ebenso wie zum Aufbau von autonomen und eingebetteten Systemen wie Maschinensteuerungen in der Fertigung, Computersysteme in Fahrzeugen oder für ganze Rechneranlagen. Der Linuxkernel kann auf die verschiedensten Einsatzgebiete angepasst werden und benötigt für die Ausübung der vorgesehenen Aufgabe lediglich auf die entsprechende Hardware zugeschnittene Treiber oder Softwarekomponenten, die im jeweiligen Kontext wichtig sind. Die Software besteht aus folgenden Komponenten:

• der so genannte Bootloader zum Laden des Betriebssystems und der Betriebssoftware
• das Betriebssystem in Form des Linux-Kernels, das Funktionen wie die Speicherverwaltung oder verschiedene Dienste beinhaltet
• die für den Nutzer wichtige Anwendungssoftware, die meist auf den jeweiligen Anwendungszweck zugeschnitten wurde

Embedded Linux für unterschiedliche Prozessorarchitekturen

Ein auf Linux basierendes Betriebssystem bietet noch einen weiteren wichtigen Vorteil, nämlich die Verwendung auf den unterschiedlichsten Prozessorfamilien. Linux läuft je nach Version problemlos auf verschiedensten Architekturen wie etwa x86, ARM, PowerPC MIPS oder SuperH, um nur einige zu nennen. Ebenso kann bei einem Embedded Linux System eine Vielzahl unterschiedlichster Hardwarekomponenten Anwendung finden, da die dafür notwendigen Treiber entweder schon vorhanden sind oder notfalls angepasst werden können. In vielen Fällen ist dies jedoch gar nicht notwendig, da sowohl für Ein- und Ausgabegeräte als auch für verschiedene Hardwarekomponenten und sonstige Geräte bereits die notwendigen Treiber vorhanden sind.

Die wesentlichen Komponenten des Embedded Systems

Die wichtigsten Komponenten des Systems, darunter Funktionen wie der Bootloader, der Linux-Kernel und die jeweilige Anwendungssoftware, werden beim Start des Systems ausgeführt. Dabei wird mithilfe des Bootloaders zunächst die Hardware initialisiert, der Linux-Kernel in den Arbeitsspeicher kopiert und zum Start gebracht und schließlich die Anwendungssoftware geladen, nachdem der Kernel bestimmte Grundfunktionen wie etwa die Speicherverwaltung, die Kommunikation mit externen Geräten oder das Laden der jeweiligen Treiber übernommen hat. Während des Bootvorgangs wird noch das Dateisystem gemountet, also zugänglich gemacht, gegebenenfalls werden noch weitere Dateisysteme auf die gleiche Weise in das System eingehängt, um Zugriff darauf zu erhalten. In einigen Fällen wird auch eine Authentifizierung des jeweiligen Benutzers gestartet, bis schließlich die Anwendungssoftware bereit für die Benutzung ist.

Zugeschnitten auf den jeweiligen Anwendungszweck

Die so genannten Embedded Linux Systeme unterscheiden sich von herkömmlichen Desktopsystemen im Wesentlichen durch die Systemvorgabe. Gängige Linuxsysteme wie zum Beispiel Debian, Ubuntu oder Suse sind für diesen Einsatzzweck nur bedingt geeignet, da sie meist nur eine sehr begrenzte Anzahl von verschiedenen Prozessoren unterstützen, auch zeichnen sich diese Systeme nicht gerade durch kurze Startzeiten aus. Außerdem werden die eingebetteten Systeme meist bereits durch den Hersteller oder Verkäufer der jeweiligen Hardware installiert und nicht durch den Anwender. Wichtig ist es, dass die jeweilige Hardware nach der (meist sehr kurzen) Ladezeit des Betriebssystems sofort einsatzbereit ist. Die im Speicher abgelegte Software besteht in der Regel aus einem maßgeschneiderten System, mit dem zusammen nur die nötigsten Abhängigkeiten in die Firmware integriert wurden. Für viele Anwendungszwecke existieren bereits so gut wie fertige Lösungen, die lediglich bezüglich der Hardware und deren Treiber auf bestimmte Einsatzzwecke angepasst werden müssen.

Warum Linux und nicht andere Systeme?

Linux bietet einige wesentliche Vorteile gegenüber den gängigen anderen Betriebssystemen wie etwa Windows oder anderen Softwareplattformen. Hier sind die wichtigsten davon:

• Linux ist als freie Software (mit freiem Quellcode) von jedermann nutzbar.
• Verschiedene Bestandteile sowie Treiber sind aus frei verfügbaren Quellen erhältlich.
• Die Software lässt sich sehr gut an individuelle Bedürfnisse anpassen.
• Ein uneingeschränkter Zugriff auf die Quellen des Systems macht es unabhängig von einem einzelnen Anbieter.
• Linux besitzt bereits eine ausgezeichnete eingebettete Netzwerkfähigkeit, die quasi gratis mit dem System geliefert wird.
• Linux ist für viele Plattformen erhältlich, da es praktisch für alle gängigen Prozessoren nutzbar ist.
• Je nach Umsetzung ist der Linux-Kernel äußerst ressourcenschonend einsetzbar.

Nicht umsonst meistgenutztes Embedded-System

Embedded Linux ist nicht ohne Grund das am meisten genutzte eingebettete Betriebssystem in der Industrie. Die Linux-Firmware ist für alle möglichen Geräte einsetzbar und lässt sich vor allem sehr gut an die jeweiligen Einsatzzwecke und Anwendungsgebiete anpassen. Es entstehen keinerlei Lizenzkosten pro produziertem Gerät. Einmal an den jeweiligen Anwendungszweck angepasst, kann das Linuxsystem ohne weitere Kosten problemlos auf allen Produkten genutzt werden, Anpassungen bei veränderten Hardwareanforderungen oder sonstigen Änderungen an den Geräten sind meist ohne größeren Aufwand möglich.

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