Embedded Glossar

6LoWPAN steht für „IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks“ und bezeichnet eine Sammlung von Mechanismen, die die Übertragung von IPv6-Paketen über energie- und ressourcenbeschränkte Funknetze auf Basis von IEEE 802.15.4 ermöglichen. Dazu gehören insbesondere die Komprimierung von IPv6-Headern sowie die Fragmentierung von Paketen, die aufgrund ihrer Größe nicht vollständig in einen IEEE-802.15.4-Frame passen. Dadurch können ressourcenbeschränkte Geräte IPv6-Konnektivität erhalten und in IP-basierte Netze eingebunden werden.

Android ist ein teilweise (AOSP) quelloffenes Betriebssystem, das auf einem Linux-Kernel aufbaut und ursprünglich für mobile Geräte entwickelt wurde. Neben Smartphones und Tablets dient es zunehmend als Plattform für Geräte mit grafischer Bedienoberfläche, wie sie etwa bei Bedienterminals oder industriellen Anzeigegeräten zum Einsatz kommen. Oberhalb des Kernels stellt Android eine Laufzeitumgebung und ein Framework bereit, über das Anwendungen ausgeführt werden. Für den Einsatz auf spezifischer Hardware wird das System an den jeweiligen Prozessor und die angeschlossene Peripherie angepasst, oft ergänzt durch zusätzliche Treiber. Es stehen umfangreiche Entwicklungswerkzeuge und dokumentierte Programmierschnittstellen zur Verfügung.

ARM bezeichnet eine Prozessorarchitektur, die ursprünglich auf einem reduzierten Befehlssatz (RISC) beruhte und in einem Großteil der Embedded Systeme eingesetzt wird. Charakteristisch sind ein geringer Energiebedarf und eine hohe Rechenleistung pro Watt. ARM entwickelt die Kerne nicht als fertige Chips, sondern lizenziert die Designs an Halbleiterhersteller, die daraus eigene Mikrocontroller und System-on-Chips fertigen. Die Kernfamilien reichen von der Cortex-M-Reihe für Steuerungsaufgaben bis zur Cortex-A-Reihe für anwendungsorientierte Systeme mit Betriebssystem.

ATOM ist eine Mikroprozessorenfamilie von Intel, die auf der x86-Architektur beruht und geringen Energiebedarf mit kompakter Bauform verbindet. Die meisten Varianten sind als System-on-Chip (SoC) ausgeführt und vereinen Rechenkern, Grafikeinheit und Anschlusslogik auf einem einzigen Chip. Dadurch eignet sich die Reihe für Embedded Geräte mit grafischer Oberfläche, für Industrie-PCs und für vernetzte Steuerungen, bei denen es auf Rechenleistung bei geringer Verlustwärme ankommt. Anders als ein Mikrocontroller hat ein ATOM-Prozessor genug Leistung, um ein vollwertiges Betriebssystem samt Standardsoftware auszuführen. Die x86-Kompatibilität erlaubt es, gewohnte Desktop-Software direkt einzusetzen.

Barebox ist ein quelloffener Bootloader für Embedded Systeme, der nach dem Einschalten zunächst die erforderliche Hardware initialisiert und anschließend das Betriebssystem lädt und startet. Er entstand aus dem U-Boot-Umfeld, setzt aber auf eine an POSIX angelehnte Struktur mit Dateisystem-Zugriff, Gerätemodell und einer erweiterbaren Kommandozeile. Über den Device Tree kann die Hardwarebeschreibung weitgehend vom eigentlichen Programmcode getrennt werden. Dadurch lässt sich Barebox leichter an unterschiedliche Hardwareplattformen anpassen und pflegen. Barebox unterstützt außerdem mehrstufige Bootvorgänge, beispielsweise mit vorgelagerten Bootloadern, sowie Firmware-Updates und verschiedene Mechanismen für redundante bzw. ausfallsichere Startkonfigurationen.

Eine Basisplatine ist die Bezeichnung für eine Leiterplatte eines Embedded Geräts, auf der zentrale Bauteile, Stromversorgung und Anschlüsse zusammengeführt werden. Häufig nimmt sie ein Rechenmodul wie ein System on Module (SoM) auf und führt dessen Signale zu den einzelnen Baugruppen. Die Bezeichnung wird oft gleichbedeutend mit Trägerboard verwendet, wobei die Basisplatine nicht nur als Verbinder dient, sondern auch eigene Elektronik beherbergt.

Broadcom ist ein Halbleiterhersteller, dessen Bausteine in zahlreichen Embedded-Systemen eingesetzt werden. Das Portfolio umfasst unter anderem System-on-Chip-Lösungen (SoCs) sowie Bausteine für die drahtgebundene und drahtlose Kommunikation, Netzwerktechnik und weitere Anwendungsbereiche. Im Embedded-Umfeld ist Broadcom unter anderem für seine SoCs bekannt, die verschiedene Funktionen wie Prozessorkerne, Grafikeinheit und Peripherieschnittstellen auf einem Chip integrieren. Ein bekanntes Beispiel für den Einsatz solcher SoCs (BCM2711, BCM2712) sind verschiedene Modelle der Einplatinencomputer der Raspberry-Pi-Familie.

Buildroot ist ein quelloffenes Werkzeug, das aus Quellcode ein vollständiges, angepasstes System für Embedded Linux erzeugt. Über die Konfiguration legt man fest, welche Bestandteile in das Zielsystem einfließen sollen. Die Buildroot erstellt eine Tool-Chain, die den Kernel und ein schlankes Root-Dateisystem baut. Anders als umfangreichere Baukästen verzichtet Buildroot auf eine Paketverwaltung zur Laufzeit und liefert stattdessen ein feste Image.

C ist eine prozedurale, imperative Programmiersprache, die zur systemnahen Softwareentwicklung entstand und bis heute als Standard für hardwarenahe Aufgaben gilt. Ihr Quelltext wird in Maschinencode übersetzt, der der Prozessorarchitektur angepasst ist. Kennzeichnend sind ein schlanker Sprachkern, hohe Abarbeitungsgeschwindigkeit und eine genaue Kontrolle über Speicher und Systemverhalten. Zugleich verlangt sie ein bewusstes Verwalten von Speicher und Zugriffen, das die Sprache dem Entwickler überlässt. Ihre Standardisierung und ihre Nähe zur Maschine machen C über viele Architekturen hinweg übertragbar, weshalb sie sich für Treiber, systemnahe Bibliotheken und Logik nahe am Mikrocontroller eignet. Auf ressourcenbegrenzten Plattformen bleibt C damit die verbreitetste Grundlage.

C# ist eine objektorientierte Programmiersprache von Microsoft, die auf einer höheren Abstraktionsebene (Intermediate Language) arbeitet und eng mit der Plattform .NET verbunden ist. Im Embedded-Umfeld dient sie der Applikationsentwicklung oder für die begleitende Software rund um ein Gerät. Typisch sind Werkzeuge für Konfiguration, Diagnose und Service sowie technische Oberflächen. Ihre Stärke liegt in produktiver Entwicklung, klarer Architektur und guter Wartbarkeit.

C++ ist eine kompilierte Programmiersprache, die die systemnahe Grundlage von C um objektorientierte und generische Konzepte erweitert. Sie verbindet hardwarenahe Kontrolle mit Mitteln zur Strukturierung, Kapselung und Wiederverwendung von Code. Dadurch bleibt der erzeugte Maschinencode effizient, während sich umfangreichere Software klarer gliedern lässt. Im Embedded-Umfeld eignet sich die Sprache für komplexere Anwendungen, systemnahe Komponenten und Kommunikationslogik, bei denen Laufzeitverhalten und Architekturqualität zusammenkommen müssen. Aktuellere Standards ab C++17 stellen zusätzliche Mittel bereit, ohne den Zugriff auf Speicher und Peripherie nahe am Mikrocontroller aufzugeben. Anders als reine Anwendungssprachen bleibt sie eng an der Hardware und kann in effizienten und ressourcenschonenden Maschinencode übersetzt werden.

Debayering bezeichnet das Vorgehen, die aus den Rohdaten eines Sensors mit Bayer Pattern-Filter ein Farbbild erzeugt. Jede Sensorzelle liefert nur einen einzigen numerischen Wert für Rot, Grün oder Blau. Beim Debayering werden die Farbanteile aus den Werten der Nachbarzellen zusammengesetzt und gewichtet, sodass am Ende ein Bildpunkt einen kompletten RGB-Wert erhält. Als früher Schritt der Bildverarbeitung  prägt das Verfahren Schärfe, Farbtreue und das Auftreten von Artefakten an Kanten. Rechenaufwand und Latenz hängen vom gewählten Algorithmus ab und davon, ob die Verarbeitung im ISP, auf der GPU oder auf der CPU stattfindet.

Debian ist eine quelloffene Linux-Distribution, die einen Kernel mit einer umfangreichen, geprüften Sammlung an Softwarepaketen per Konfiguration zu einem vollständigen Betriebssystem zusammenführt. Kennzeichnend ist eine solide Paket- und Patchverwaltung, die von langfristig gepflegten Veröffentlichungen getragen wird. Debian ist für mehrere CPU-Architekturen (nicht nur für x86 oder x64) verfügbar. Im Embedded-Umfeld eignet sich Debian für leistungsfähigere Geräte wie Industrierechner oder Bedienterminals, die genug Speicher und Rechenleistung für ein vollwertiges System mitbringen. Gegenüber einem schlank gebauten Embedded Linux bringt Debian ein fertiges Paket-Ökosystem mit, das den Aufwand beim Aufsetzen senkt und spätere Aktualisierungen erleichtert. Zugleich fällt das System größer aus und lässt sich weniger fein auf knappe Ressourcen zuschneiden.

Ein Device Tree ist die Hardwarebeschreibung periphärer Komponenten eines Embedded Systems unabhängig vom Linux-Kernel. Er enthält Angaben zu Prozessor, Speicher, Bussen, Pins und der angeschlossener Peripherie. Beim Start wertet der Kernel diese Beschreibung aus und aktiviert die passenden Kernel-Treiber. Änderungen an einer Hardwarevariante erfordern dadurch meist keine Anpassung des Kernelcodes.

Echtzeit beschreibt die Fähigkeit eines Embedded Systems, auf Ereignisse innerhalb einer genau definierten Zeit zu reagieren oder zu antworten. Bekannte Systeme sind RTOS, RTLinux oder VxWorks. Diese Systeme werden vor allem dort eingesetzt, wo ein überschreiten der maximalen Antwortzeit nicht erlaubt ist bzw. dieses Schäden verursachen kann. Es ist hierbei zwischen der Reaktionszeit (Latenz) und der Abweichung vom mathematischen Mittel der Antwortzeit (Jitter) zu unterscheiden.

Embedded Linux bezeichnet einen an Embedded Geräte angepassten Linux-Kernel samt zugeschnittenem Root-Dateisystem. Anders als eine vollständige Desktop-Umgebung enthält es nur die Bestandteile, die ein konkretes Gerät tatsächlich benötigt, und richtet sich damit gezielt an knappen Speicher und begrenzte Rechenleistung aus. Aufgebaut wird das System mit Werkzeugen wie Buildroot oder OpenEmbedded, die aus dem Quellcode die konfigurierte Zusammenstellung erzeugen. Für Geräte mit grafischer Oberfläche, Netzwerkanbindung oder anspruchsvoller Datenverarbeitung liefert dieser Ansatz eine tragfähige Basis. Mit seiner freien Codebasis und langfristig gepflegten Source-Ständen bleibt dieses für Long-Term-Geräte (auch nach CRA) geeignet.

Embedded Redesign bezeichnet die Überarbeitung eines bestehenden Embedded Geräts, bei der Hardware, Software oder beides an neue Anforderungen angepasst werden. Ein häufiger Auslöser ist abgekündigte Hardware, die einen Wechsel auf verfügbare Bauteile erzwingt. Anders als eine reine Fehlerkorrektur greift ein Redesign tief in Aufbau und Struktur ein und betrifft alle Komponenten des Systems. Betroffen sind neben der Prozessorwahl und dem Board-Aufbau meist auch die Treiber und die darauf aufsetzende Firmware. Wechselt die Zielplattform, schließt sich häufig eine Portierung der vorhandenen Software an, damit gewohnte Funktionen auf der neuen Basis zuverlässig arbeiten.

Firmware bezeichnet die hardwarenahe Software, die dauerhaft (persistent) in einem Embedded Gerät hinterlegt ist und dessen Elektronik unmittelbar ansteuert. Sie liegt zwischen der physischen Hardware und der eigentlichen Anwendung und sorgt dafür, dass Prozessor, Speicher und angeschlossene Peripherie geordnet zusammenarbeiten. Häufig läuft sie direkt auf einem Mikrocontroller.

GStreamer ist ein Open Source Framework für das Handling von Audio- und Video-Streams. Es kombiniert Komponenten zur Erfassung, Umwandlung, Kodierung und Wiedergabe. Es ist in C geschrieben und kann je nach Bedarf konfiguriert bzw. erweitert werden.

GUI steht für Graphical User Interface und bezeichnet die grafische Bedienoberfläche eines Systems. Sie visualisiert Informationen und nimmt Benutzereingaben entgegen. In Embedded Geräten bildet sie die sichtbare Softwareebene eines HMI und vermittelt zwischen Anwendern und Geräten. Eindeutige Reaktion auf Interaktion, Übersichtlichkeit und ein geringer Ressourcenbedarf prägen eine gute Umsetzung.

i.MX 8 bezeichnet eine Prozessorfamilie von NXP für leistungsfähige Embedded-Systeme. Je nach Variante kombiniert sie ARM-Cortex-A-Kerne für Anwendungen mit Cortex-M-Kernen für zeitkritische Steuerungsaufgaben. Sie unterstützt Embedded Linux und Betriebssysteme für die Anbindung komplexer Peripherie. Damit vereint i.MX 8 Anwendungslogik und deterministische Reaktionen auf einer Plattform.

Ein i.MX Prozessor (NXP) gehört zu einer Baureihe von Anwendungsprozessoren, die auf der ARM-Architektur beruht und gezielt auf Embedded Geräte zugeschnitten ist. Kennzeichnend ist die Bündelung von Rechenkernen, Grafik- und Videoeinheiten sowie zahlreichen Schnittstellen auf einem einzigen Chip. Die Reihe reicht von sparsamen Bausteinen für einfache Steuerungen bis zu leistungsstarken Varianten für Bedienterminals, Industrierechner und Bildverarbeitung, auf denen meist Embedded Linux läuft. Der i.MX ist als Long-Term gekennzeichnet.

Ein Interrupt ist eine (kurzzeitige) Unterbrechung des normalen Programmablaufes, um auf asynchrone Ereignisse reagieren zu können. Wird dieser beispielsweise durch ein GPIO ausgelöst, sichert die CPU den aktuellen Zustand und führt die dem GPIO zugeordnete Interruptroutine aus. Nach der Abarbeitung wird das Programm an der ursprünglichen Stelle fortgesetzt.

Java ist eine objektorientierte Programmiersprache, deren Quelltext in einen plattformunabhängigen Bytecode übersetzt wird. Dieser läuft in einer virtuellen Maschine, die den Code auf dem jeweiligen Zielsystem ausführt und die Speicherverwaltung selbst übernimmt. Im Embedded-Umfeld dient Java der begleitenden Software rund um ein Gerät, etwa für Konfiguration, Diagnose oder Anbindung an übergeordnete Systeme.

NVIDIA Jetson Orin ist eine Plattform für Edge-KI und Robotik. Sie kombiniert einen leistungsfähigen ARM-Prozessor mit einer NVIDIA-GPU und ermöglicht es, KI-Modelle direkt auf dem Gerät auszuführen – ohne permanente Cloud-Verbindung. Zur Familie gehören unter anderem Jetson Orin Nano, Orin NX und AGX Orin, die sich vor allem hinsichtlich Rechenleistung, Energieverbrauch und Speicherausstattung unterscheiden.

Jitter bezeichnet die zeitliche Schwankung wiederkehrender Ereignisse, die eigentlich in festen Abständen auftreten sollten. Gemeint ist die Abweichung zwischen geplantem und tatsächlichem Zeitpunkt, etwa beim Auslösen eines Timers, beim Verarbeiten eines Interrupt oder beim Senden von Datenpaketen. Während die Latenz die Verzögerung der Reaktion beschreibt, erfasst dieser Wert deren Streuung über viele Durchläufe. Ursachen liegen häufig in konkurrierenden Zugriffen, wechselnder Systemlast oder ungünstig priorisierten Abläufen. Ein niedriger Wert sorgt für ein gleichmäßiges, vorhersagbares Zeitverhalten eines Geräts.

Ein Kernel-Treiber ist eine hardwarenahe Softwarekomponente innerhalb des Kernels, die die Kommunikation zwischen dem Betriebssystem und einer konkreten Hardwarekomponente ermöglicht. Er übernimmt unter anderem die Initialisierung und Konfiguration des jeweiligen Bausteins, verarbeitet Interrupts und stellt dem Kernel beziehungsweise den darüberliegenden Systemkomponenten standardisierte Schnittstellen für den Zugriff auf die Hardware zur Verfügung. Die zuverlässige Funktion wird dabei durch einen gezielten Kernel-Treiber-Test abgesichert. Der Device Tree beschreibt die im System vorhandenen Hardwarekomponenten sowie deren Eigenschaften und Ressourcen. Anhand dieser Informationen kann der Kernel die entsprechenden Geräte erkennen und die dafür vorgesehenen Treiber initialisieren. Auf diese Weise ermöglichen Kernel-Treiber eine standardisierte Integration der angeschlossenen Hardwarekomponenten innerhalb eines Embedded Systems.

Konfigurationssoftware bezeichnet eine Software, mit der sich Embedded-Geräte parametrieren und an ihre jeweilige Einsatzumgebung anpassen lassen. Typische Konfigurationsparameter sind beispielsweise die IP-Adresse, der Gerätename, die Sprache oder verschiedene Betriebsfunktionen. Die Konfigurationssoftware kann entweder direkt auf dem Embedded-Gerät bereitgestellt werden (bspw. über eine lokale Benutzeroberfläche oder einen integrierten Webserver) oder als eigenständige Anwendung auf einem PC oder einem anderen Endgerät ausgeführt werden.

Als Latenz wird die Zeit zwischen einem auslösenden Ereignis und der zugehörigen Reaktion eines Systems bezeichnet. In Embedded Geräten reicht diese Spanne vom Eintreffen eines Signals über dessen Verarbeitung bis zur sichtbaren oder messbaren Antwort (die Summe aller Verzögerungen). Bei periodischen Ereignissen wird die zeitliche Abweichung vom arithmetischen Mittel als Jitter bezeichnet. Beide Werte sind grundlegend, wenn das System eine Echtzeit-Anforderung erfüllen soll.

Linux ist ein quelloffener und frei verfügbarer Betriebssystemkernel, der ursprünglich als Unix-ähnliches System entwickelt wurde. Durch seine Portierbarkeit wird Linux auf einer Vielzahl von Prozessorarchitekturen eingesetzt. Als Embedded Linux wird Linux für ressourcenbeschränkte und anwendungsspezifische Embedded-Systeme angepasst und konfiguriert. Je nach Anforderungen lassen sich dabei unterschiedliche Hardwareplattformen und Funktionen unterstützen. Durch Erweiterungen wie einen Echtzeitkernel (RT-Kernel) kann Linux zudem für Anwendungen mit erhöhten Anforderungen an deterministische Reaktionszeiten eingesetzt werden.

Logging bezeichnet die Aufzeichnung von Ereignissen, Zuständen und Meldungen während des Betriebs einer Software. Im Unterschied zum Tracing stehen dabei weniger der zeitliche und funktionale Ablauf einer Verarbeitung, sondern einzelne Ereignisse und Zustände im Vordergrund. Logging dient insbesondere der Überwachung, Diagnose und Analyse von Fehlerzuständen. In der Entwicklungsphase erfolgt die Ausgabe von Log-Daten häufig über eine serielle Schnittstelle. Im späteren Betrieb können diese Daten – abhängig von den verfügbaren Ressourcen und Anforderungen – auch auf einem persistenten Speichermedium abgelegt werden.

LoRa (Long Range) ist ein proprietäres Funkverfahren für energieschonende Datenübertragung über große Entfernungen bei niedrigen Datenraten. Es nutzt eine Chirp-Spread-Spectrum-Modulation und arbeitet in lizenzfreien Frequenzbändern. LoRa eignet sich vor allem für batteriebetriebene Geräte.

Low-Level-Programmierung beschreibt die hardwarenahe Erstellung von Software. Es wird häufig C oder Assembler genutzt und erfordert genaue Kenntnis der Zielhardware. Als Teil der Embedded Programmierung  ermöglicht sie effiziente Firmware, Treiber oder Startup-Codes.

MIPI CSI (Camera Serial Interface) ist eine serielle Schnittstelle, über die ein Bildsensor oder ein Kameramodul seine Bilddaten an den Prozessor eines eingebetteten Systems überträgt. Die verbreitete Fassung CSI-2 nutzt mehrere Datenpaare (Lanes) und erreicht damit hohe Datenraten bei wenigen Leitungen. Weil die Übertragung eng an Lane-Belegung, Taktung und die Verarbeitungskette des SoC gebunden ist, reagiert sie empfindlich auf Abweichungen in Timing und Datenformat.

NFC steht für Near Field Communication und bezeichnet eine drahtlose Technik, über die zwei Geräte auf wenige Zentimeter Abstand Daten austauschen (im Gegensatz zu RFID: nur eine Richtung). Die kurze Reichweite ergibt sich aus der induktiven Kopplung zweier lose gekoppelter Antennenspulen und macht eine bewusste Annäherung zur Voraussetzung jeder Verbindung.

NVIDIA ist ein Technologieunternehmen, das insbesondere Grafikprozessoren (GPUs), KI-Beschleuniger und darauf basierende Computing-Plattformen entwickelt. Diese kommen unter anderem in Embedded-Systemen zum Einsatz, in denen eine hohe parallele Rechenleistung für KI, Bildverarbeitung und andere rechenintensive Anwendungen benötigt wird. Mit der Jetson-Plattform bietet NVIDIA kompakte SoCs und Computersysteme für Edge-KI und Robotik an. Beispielsweise kombiniert Jetson Orin eine ARM-basierte CPU mit einer NVIDIA-GPU der Ampere-Architektur und ermöglicht dadurch die lokale Verarbeitung anspruchsvoller KI-Anwendungen. NVIDIA zählt zu den führenden Anbietern von Hardware- und Softwareplattformen für Edge-KI, bei der Daten und KI-Modelle direkt am Einsatzort verarbeitet werden.

OP-TEE (Open Portable Trusted Execution Environment) ist eine quelloffene, vertrauenswürdige Ausführungsumgebung für ARM-basierte Systeme in Ergänzung zu einem nicht sicheren Linux-Kernel. OP-TEE ist in erster Linie darauf ausgelegt, die Arm-TrustZone-Technologie als zugrunde liegenden Mechanismus zur Hardware-Isolierung zu verwenden.

OpenEmbedded ist ein quelloffenes Build-Framework, mit dem sich maßgeschneiderte Embedded-Linux-Systeme aus Quellcode und weiteren Komponenten erstellen lassen. Über sogenannte Rezepte und Layer wird beschrieben, wie einzelne Softwarebestandteile bezogen, konfiguriert, übersetzt und zu einem Systemabbild zusammengesetzt werden. Die Trennung von Beschreibung und eigentlichem Build-Prozess ermöglicht reproduzierbare und versionierbare Builds und erleichtert die Pflege komplexer Systeme. OpenEmbedded bildet zusammen mit den Werkzeugen und Metadaten des Yocto-Projekts die technische Grundlage für zahlreiche professionelle Embedded-Linux-Produkte und -Distributionen. Im Vergleich zum schlanker aufgebauten Buildroot bietet OpenEmbedded ein umfangreiches Schichten- und Metadatenmodell, das sich besonders für komplexe, langfristig gepflegte Produktlinien eignet. Zudem können unterschiedliche Paketformate und Mechanismen zur Paketverwaltung für das Zielsystem erzeugt werden.

Ein OS Image ist ein Systemabbild für ein Embedded Gerät. Es enthält meist Kernel, Root-Dateisystem und Konfigurationen. Je nach Handling kann auch der Bootloader Bestandteil des Paketes sein. Das Image wird auf einen nichtflüchtigen Speicher geschrieben und stellt bei jedem Start einen reproduzierbaren Softwarestand bereit.

QML (Qt Modeling Language) ist eine deklarative Sprache zur Gestaltung grafischer Bedienoberflächen innerhalb des Qt-Frameworks. Statt jeden Schritt vorzuschreiben, beschreibt sie den gewünschten Aufbau einer Oberfläche aus einzelnen Elementen, deren Anordnung und deren Verhalten. Animationen, Zustände und Nutzereingaben lassen sich dabei knapp und übersichtlich ausdrücken. Für die zugrunde liegende Logik bindet QML üblicherweise C++ an, sodass sich Darstellung und Funktion sauber trennen lassen. Im Embedded-Umfeld eignet sich der Ansatz vor allem für ein HMI auf leistungsfähigeren Geräten, die unter Embedded Linux eine flüssige, touchbediente GUI verlangen. Die klare Trennung von Oberfläche und Logik erleichtert Pflege und spätere Erweiterungen.

Qt ist ein umfangreiches Framework für plattformübergreifende Anwendungen, das grafische Bedienoberflächen mit Bausteinen für Netzwerk, Datenverwaltung und nebenläufige Abläufe verbindet. Als tragende Sprache dient C++, das den Zugriff auf die einzelnen Funktionsbereiche ermöglicht. Die Oberfläche selbst lässt sich zusätzlich in der deklarativen Sprache QML beschreiben, wodurch sich Darstellung und Anwendungslogik voneinander lösen. Im Embedded-Umfeld eignet sich Qt vor allem für leistungsfähigere Geräte mit Embedded Linux, auf denen es anspruchsvolle, touchbediente Anzeigen samt der dahinterliegenden Logik eines modernen HMI trägt. Für ressourcenschwache Ziele stehen reduzierte Varianten wie Qt Quick Ultralite bereit, die den Umfang auf das Nötige begrenzen.

Der Raspberry Pi ist ein Einplatinenrechner, der Prozessor, Arbeitsspeicher und zahlreiche Schnittstellen auf einer kompakten Leiterplatte vereint. Als zentraler Baustein dient ein System-on-Chip von Broadcom, das auf der ARM-Architektur beruht und ein vollwertiges Betriebssystem wie Embedded Linux trägt. Über eine Steckerleiste stellt die Platine digitale Ein- und Ausgänge sowie serielle Busse bereit, an die sich Sensoren, Displays und weitere Peripherie anbinden lassen. Anfangs für Bildungszwecke gedacht, dient er heute oft als schnell verfügbare Grundlage für Prototypen und Kleinserien. Bei langlebigen Produkten sind der zugesicherte Verfügbarkeitshorizont und die Eignung für den industriellen Temperaturbereich sorgfältig zu bewerten. Mit seinem breiten Zubehör und einer aktiven Gemeinschaft senkt der Raspberry Pi die Einstiegshürde in die Entwicklung eingebetteter Systeme spürbar.

Reconnect bezeichnet das Wiederherstellen einer zuvor unterbrochenen Netzwerk- oder Geräteverbindung. Ein erkannter Verbindungsabbruch bzw. das Erreichen eines Time Outs startet einen neuen Verbindungsversuch. Begrenzte Wiederholungsversuche mit wachsenden Wartezeiten verhindern eine unnötige Belastung von Gerät und Netzwerk.

Regression bezeichnet eine unbeabsichtigte Verschlechterung oder einen erneut auftretenden Fehler in bereits funktionierender Software nach einer Änderung. Sie kann durch Anpassungen an Firmware, Treibern oder Konfigurationen entstehen und bisher fehlerfreie Gerätefunktionen beeinträchtigen. Klare Modularisierung und Regressionstests erkennen solche Seiteneffekte frühzeitig.

Ein RT-Patch erweitert den Linux-Kernel um PREEMPT_RT-Mechanismen für ein planbareres Zeitverhalten. Er macht viele Kernelbereiche unterbrechbar und verlagert die Interrupt-Behandlung weitgehend in priorisierbare Threads. Dadurch verringern sich Latenz und Jitter. RT-Patches ermöglichen Echtzeitreaktionen auf Embedded-Linux-Systemen.

RTOS steht für Real-Time Operating System und ist ein Betriebssystem, das Aufgaben nach Prioritäten plant und verbindliche Zeitgrenzen einhält. Es ermöglicht vorhersehbare Reaktionen auf Ereignisse und begrenzt Latenz sowie Jitter. RTOS ist die Grundlage für kritische Steuerungen mit festem Zeitverhalten.

Secure Boot bezeichnet ein Verfahren, das beim Start eines Embedded Geräts nur geprüfte und unveränderte Software zulässt. Vor der Ausführung überprüft der Bootloader die digitale Signatur jeder Stufe und bricht den Start ab, sobald eine Signatur fehlt oder nicht passt. Auf diese Weise entsteht eine lückenlose Vertrauenskette vom ersten Code bis zum Betriebssystem. Manipulierte oder untergeschobene Firmware kommt so gar nicht erst zur Ausführung. Weil viele Geräte über Jahre unbeaufsichtigt und schwer erreichbar arbeiten, wirkt dieser Schutz gerade im Feldeinsatz. Damit Aktualisierungen und Wiederherstellung praktikabel bleiben, muss das Verfahren früh im Systemdesign verankert und mit einer sicheren Schlüsselverwaltung verbunden werden.

Security-by-Design bezeichnet die frühzeitige Berücksichtigung von Sicherheitsanforderungen in Architektur, Hardware und Software eines Embedded Geräts. Bedrohungsmodell, Zugriffskontrolle und sichere Update-Mechanismen werden bereits vor der Implementierung festgelegt. Das senkt die Angriffsfläche und ergänzt Embedded Security über den gesamten Lebenszyklus.

Ein Single Board Computer (SBC) ist ein vollständiger Computer, bei dem alle wesentlichen Komponenten auf einer einzigen Leiterplatte untergebracht sind. Dazu gehören unter anderem Prozessor, Arbeitsspeicher, Grafik, Schnittstellen und die Stromversorgung. Ein bekanntes Beispiel ist der Raspberry Pi. Auf einem SBC läuft meist ein Betriebssystem, beispielsweise Linux. Aufgrund seiner kompakten Bauweise, der vergleichsweise geringen Kosten und der vielseitigen Schnittstellen eignet sich ein SBC besonders für die schnelle und kostengünstige Umsetzung von Projekten.

Sitara ist eine Produktfamilie von Prozessoren und Mikrocontrollern mit ARM-Kernen des Unternehmens Texas Instruments, die für verschiedene Embedded-Anwendungen, insbesondere im Industrie- und Automatisierungsbereich, ausgelegt ist. Bekannte Vertreter wie die AM335x-Familie integrieren einen ARM Cortex-A8-Prozessorkern, eine Grafikeinheit sowie zahlreiche Peripherie- und Kommunikationsschnittstellen auf einem Chip. In Verbindung mit geeigneter Software und zusätzlicher Hardware können damit auch industrielle Kommunikationsprotokolle wie EtherCAT oder PROFIBUS realisiert werden. Sitara-Prozessoren werden häufig auf einem System-on-Module (SoM) eingesetzt. Ein SoM bündelt wesentliche Komponenten wie Prozessor und Arbeitsspeicher auf einer austauschbaren Baugruppe und kann dadurch die Entwicklung kundenspezifischer Trägerplatinen vereinfachen.

Ein Touchscreen (Touchdisplay) ist eine Einheit, die aus einem Display und einer Touchsensorik (berührungssensitiven Einheit) besteht. Als Benutzerschnittstelle (HMI) dient sie der Interkation mit dem Bediener – die dargestellten Elemente können direkt selektiert werden. Damit lassen sich intuitive und eindeutig bedienbare Oberflächen erstellen. Je nach Bauart ist das Bundle gegen Staub und Nässe geschützt. Die Auswahl nach kapazitiven oder resistiven Touch erfolgt entsprechend des Bedienumfeldes.

Ubuntu ist eine quelloffene Linux-Distribution, die einen Kernel mit einer breiten Auswahl geprüfter Softwarepakete zu einem vollständigen Betriebssystem verbindet. Sie baut auf Debian auf, legt jedoch besonderen Wert auf einfache Bedienung, regelmäßige Veröffentlichungen und langfristig gepflegte LTS-Versionen. Im Embedded-Umfeld dient Ubuntu vorrangig als Entwicklungs- und Testumgebung auf leistungsfähigen Rechnern, seltener als schlank zugeschnittenes Zielsystem wie ein Embedded Linux.

USB Power Delivery (USB-PD) ist ein Standard zur Aushandlung von Spannung und Strom sowie der Richtung des Stromflusses über eine USB-Verbindung. Quelle und Verbraucher vereinbaren hierzu ein geeignetes Profil, bevor die Energie fließt. Der Standard ist Hersteller- und Geräteunabhängig. USB-PD ermöglicht eine flexible, zuverlässige Stromversorgung eingebetteter Geräte.

V4L2 (Video4Linux2) ist die Programmierschnittstelle des Linux-Kernels, über die Anwendungen auf Kameras, Videoeingänge und ähnliche Bildquellen zugreifen können. Sie ermöglicht das Einstellen von Format, Auflösung und Belichtung, das Steuern der Aufnahme sowie übertragen von Bilddaten in einem einheitlichen Modell. Ein zugehöriger Kernel-Treiber meldet die Fähigkeiten einer Quelle an das System und stellt deren Register über diese Schnittstelle bereit. Für den Bildtransport sieht der Standard ein Buffering vor, das den Datenstrom auch bei hoher Bildrate gleichmäßig hält.

Whitebox bezeichnet ein Prüfverfahren, bei dem Software mit vollem Wissen über ihren inneren Aufbau getestet wird. Anders als bei der Blackbox-Prüfung fließen Quellcode, Programmstruktur und die konkrete Umsetzung unmittelbar in den Entwurf der Tests ein. So lassen sich einzelne Pfade, Verzweigungen und Bedingungen gezielt durchlaufen, um auch selten erreichte Codeteile abzudecken. Gemessen wird häufig, welcher Anteil des Codes tatsächlich durchlaufen wurde. Gerade bei hardwarenaher Firmware deckt dieses Vorgehen Fehler in der internen Logik auf, die von außen unentdeckt blieben. Diese Testmethode ist eng verzahnt mit Code Review und Unit-Test.

Windows CE ist ein kompaktes, modular aufgebautes Betriebssystem von Microsoft, das für Geräte mit knappen Ressourcen und festen Zeitanforderungen entworfen wurde. Als frühe Grundlage der Reihe Windows Embedded ließ es sich auf die tatsächlich benötigten Komponenten zuschneiden und deckte damit Bedienterminals, Handgeräte und industrielle Steuerungen ab. Der Kern unterstützte echtzeitnahe Abläufe und eine vertraute Programmierschnittstelle, über die sich Windows-Software ohne Wechsel der Architektur nutzen ließ. Inzwischen hat Microsoft den Support eingestellt, sodass keine Sicherheitsupdates mehr erscheinen und Bestandsgeräte ohne Herstellerpflege arbeiten. Für viele dieser Geräte rückt daher ein Wechsel auf ein schlank gebautes Embedded Linux in den Vordergrund.

Windows Embedded bezeichnet speziell zugeschnittene Ausführungen des Microsoft-Betriebssystems für eingebettete Geräte wie Bedienterminals, Kassensysteme oder industrielle Steuerungen. Anders als die klassische Desktop-Fassung lässt es sich modular auf die benötigten Komponenten reduzieren und so an knappen Speicher sowie festgelegte Funktionen anpassen. Historisch reicht die Reihe von Windows CE über Windows Embedded Compact bis zu den auf Windows aufsetzenden Varianten für ortsfeste Geräte. Gegenüber einem schlank gebauten Embedded Linux bietet es ein geschlossenes Ökosystem mit langfristig gepflegten Ausführungen.

x86 bezeichnet eine 16/32 Bit Prozessorarchitektur, die initial von Intel entwickelt wurde. Der Name begründet sich auf der ersten 16-Bit CPU _8086_ dieser Reihe aus dem Jahre 1978. Vom Design her ist x86 der CISC-Architektur zuzuordnen; ursprünglich mit 16 Bit breiten Registern & Datenbus sowie 20 Bit Adressbus und somit maximal 1 MByte adressierbaren Speicher. Der erste Befehlssatz wird bis heute unterstützt. In den 80er und 90er Jahren beherrschte diese Architektur das Desktop-Segment und wurde in Lizenz von weiteren Herstellern gefertigt bzw. weiterentwickelt (AMD). Bis heute stellt es de facto einen Standard dar. Im Embedded-Bereich wird diese eingesetzt, wenn Kompatibilität zum Desktop-Bereich (einschließlich des verwendeten OS) sowie hohe Rechenleistung im Vordergrund stehen. Dies ist mit einer hohen Leistungsaufnahme (65-105W bei AMD Ryzen™ Embedded 7000 Serie) verbundenund geht mit hoher thermischer Belastung einher. Bei nicht speziell für den Embedded-Bereich gefertigten CPU's sind alle Schnittstellen als externe Hardware anzubinden.

Xilinx ist ein Anbieter programmierbarer Logikbausteine, dessen FPGAs und SoC-Familien seit der Übernahme durch AMD im Jahr 2022 unter dessen Dach geführt werden. Ein FPGA lässt sich nach der Fertigung frei konfigurieren und verarbeitet Signalpfade parallel in Hardware, statt sie Schritt für Schritt auf einem Prozessor abzuarbeiten. Bekannt ist die Zynq-Reihe, die programmierbare Logik und einen ARM-Rechenkern auf einem Chip vereint. Ein Beispiel ist die Zynq-7000-Familie mit einem Kern der Cortex-A9-Reihe. Auf dem Rechenkern läuft häufig ein Embedded Linux, während zeitkritische Datenströme unmittelbar im FPGA entstehen. Dadurch eignet sich der Aufbau für schnelle Sensoranbindung und Bildverarbeitung. Müssen Software und Signalverarbeitung eng ineinandergreifen, spielt Xilinx seine Stärke aus programmierbarer Hardware und integriertem Prozessor voll aus.

Yocto ist ein Open-Source-Projekt zum Erstellen von Embedded Linux - Plattformen. Es kombiniert Werkzeuge, Metadaten und Build-Prozesse, um Kernel, Root-Dateisystem und Softwarepakete reproduzierbar für eine Zielhardware zusammenzustellen. Es nutzt dabei Open-Embedded und die Build-Engine BitBake als Basis.

Zynq bezeichnet eine SoC-Familie von AMD/Xilinx, die ARM-Prozessorkerne mit programmierbarer FPGA-Logik auf einem Chip kombinieren. Der Prozessor führt Embedded Linux aus, während die Logik parallele und zeitkritische Signalverarbeitung übernimmt. Zynq eignet sich für Kameras, industrielle Steuerungen und schnelle Schnittstellen.