Embedded Systems Outlook Technologien und Methoden, die den Markt für Embedded-Systeme beeinflussen. ni.com/embeddedsystems/d

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1 Embedded Systems Outlook 2012 Techologie ud Methode, die de Markt für Embedded-Systeme beeiflusse Techologie techologies & architectures Architekture Geschäftsstrategie busiess strategies & processes -prozesse i.com/embeddedsystems/d

2 Iovatiosprozesse bei der Etwicklug vo Embedded-Systeme straffe Natioal Istrumets stellt Werkzeuge bereit, mit dee Igeieure ud Wisseschaftler Steuer-, Regel- ud Überwachugssysteme für zahlreiche Brache wie z. B. Eergiegewiug, idustrielle Steuerugstechik, Life Scieces ud Trasportwese grafisch etwickel köe. Dak NI-Hardware mit rekofigurierbarer I/O (RIO), die über FPGA-Techologie (Field-Programmable Gate Array) verfügt ud mit der Systemdesigsoftware NI LabVIEW programmierbar ist, köe kleiere Etwicklerteams Prototype vo Embedded- Systeme, für die eie sesible Regelug ud schelle Sigalverarbeitug erforderlich sid, ierhalb kürzerer Zeit etwerfe ud eisetze.

3 Embedded Systems Outlook Treds 2012 Über Uterehme weltweit utze Werkzeuge vo Natioal Istrumets. Darüber hiaus arbeitet NI mit führede Techologieabieter wie Itel, Xilix ud Aalog Devices zusamme, damit Embedded-Systeme vo NI stets aktuelle Spitzetechologie utze köe. Dieses Umfeld aus Kude ud Parter hat NI heragezoge, um eie Techologieausblick auf die Treds ud Herausforderuge zu gebe, dee Etwicklerteams bei der Erstellug vo Embedded-Systeme für Steuer-, Regel- ud Überwachugsaweduge gegeüberstehe. Techologie & Architekture Embedded-Plattforme Itegrierte Plattforme vereie Hardwarekompoete ud eie Softwarearchitektur zur Etwicklug vo Embedded-Systeme. Rekofigurierbare Hardware Eie wachsede Azahl erweiterter Steuer-, Regel- ud Überwachugsetwürfe utzt programmierbare Logik. Mobile Geräte ud die Cloud Etwicklerteams köe vo der Zuahme vo Mobilfuk- ud Cloud-Techologie i Embedded-Systeme profitiere. Geschäftsstrategie & -prozesse Iovatioe mit kleiere Etwicklerteams Kleiere Etwicklerteams schaffe eie effizietere Weg, Iovatioe ierhalb eies Uterehmes vorazubrige. Future Proofig mittels Software Sich fortwähred äderde Systemaforderuge verlage ach eue Asätze für die laufede Aktualisierug vo Systeme.

4 Natioal Istrumets uterstützt Etwickler, die eidrucksvolle Embedded-Aweduge etwerfe. Usere Kude arbeite a Lösuge für äußerst schwierige techische Problemstelluge, so etwa a de vo der Natioal Academy of Egieerig beate 14 Herausforderuge der Igeieurwisseschafte. Dazu gehöre moumetale Aufgabe wie Reverse Egieerig des meschliche Gehirs, Eergiegewiug aus Kerfusio, Nutzug geetische Wisses zur Bereitstellug besserer Medikamete, Wiederherstellug ud Verbesserug städtischer Ifrastrukture ud Sicherstellug des Zugags zu sauberem Wasser. Natioal Istrumets möchte Igeieure, Wisseschaftler ud Etwicklerteams eie plattformbasierte Asatz bereitstelle, der Iovatioe ud Etdeckuge für Aweduge, die Messuge, Steuerug ud Regelug erforder, beschleuigt. Wir sid der Asicht, dass eie eg itegrierte Hard- ud Softwareplattform der produktivste Weg für Etwickler ist, um ihre eue Idee schell umzusetze. Ei Vergleich, de ich zur Veraschaulichug userer Visio für de Embedded-Markt ger heraziehe, lautet: Uterstütze de Embedded-Bereich so, wie es der PC für de Desktop tat. Der PC brachte eie Stadardhardwarearchitektur ud ei Betriebssystem hervor, die Verbraucher die Verwedug vo Desktop-Computer erlaubte. Die Stadards, die der PC schuf, sorgte für de Ausbau eies Hard- ud Softwareumfelds, mit dem Aweder de PC umgehed erweiter ud so eie Vielzahl vo Problemstelluge löse köe. Derzeit besteht das Agebot für de Embedded-Markt aus uzusammehägede ud komplexe Werkzeugkette für die Etwicklug, die es der Etwicklergemeide icht leicht mache, Embedded-Systeme zu erstelle, die modere Messtechik, Steuerug ud Regelug kombiiere. Wir wolle zur Lösug dieser Herausforderug beitrage ud eie Stadardhard- ud -softwareplattform samt eies weitreichede Umfelds bereitstelle, mit Embedded Systems Outlook

5 Uterstütze de Embedded-Bereich so, wie es der PC für de Desktop tat. dem es jedem kleie Etwicklerteam möglich ist, zu experimetiere ud eue Problemstelluge effizieter zu löse. Die Arbeit userer Kude hat us immer wieder gezeigt, dass ei plattformbasierter Asatz im Vergleich zu kovetioelle Werkzeugkette sehr wertvoll ud produktiv ist. Mithilfe vo Werkzeuge für das Graphical System Desig habe Kude aus Bereiche wie ereuerbare Eergie, Life Scieces ud Robotik eiige extrem schwierige Aufgabe bei der Steuerug, Regelug ud Überwachug vo Embedded-Systeme gelöst. So habe sie beispielsweise mediziische Bildgebugsgeräte mit optischer Kohäreztomografie zur dreidimesioale Darstellug erstellt oder dak iovativer Techologie auf dem Gebiet der ereuerbare Eergie etlegee Dörfer mit Strom versorgt. All dies beweist, dass kleie Etwicklerteams mit de richtige Werkzeuge i der Lage sid, komplexere Steuer- ud Sigalverarbeitugsaufgabe zu bewältige ud scheller iovative Lösuge zu fide. Ich bi gespat darauf, was die Zukuft für NI auf dem Gebiet der Embedded-Aweduge brige wird. Ob es darum geht, mit Uterehme wie LEGO ud Uiversitäte zusammezuarbeite, die beste Köpfe der ächste Geeratio für das Igeieurwese zu gewie oder Physiker bei der Verwirklichug der kalte Fusio zu uterstütze, NI möchte eie Beitrag dazu leiste, dass Aweder de schwierigste techische Herausforderuge begege köe. Mit freudliche Grüße Dr. James Truchard, CEO ud Mitbegrüder vo Natioal Istrumets Embedded Systems Outlook

6 Techologie & Architekture Embedded-Plattforme Techologieabieter etwickel Embedded-Plattforme, die Hardwarekompoete ud eie itegrierte Softwarearchitektur miteiader verbide, so dass Etwicklerteams scheller komplexe Embedded-Systeme etwerfe köe. Im Laufe eies Tages kommt jeder Mesch mit etliche Embedded-Systeme i Berührug. Das köe Haushaltsgeräte, Uhre, Ferseher, Tablet-PCs, Telefoe, Straßebeleuchtug, Fahrstühle, drahtlose Tastature, MP3-Player ud Fitessgeräte sei. Immer mehr Systeme werde Tag für Tag um Itelligez erweitert. Itelligete Stromzähler, Gebäudeautomatio ud mediziische Geräte für zuhause werde scho i weige Jahre allgegewärtig sei. Nicht ur immt die Zahl der Embedded-Systeme zu, sie werde auch komplexer. Mobiltelefoe vo vor zeh Jahre ware Geräte, die über eie eizele Prozessor ud ei Fukmodul verfügte, um Arufe außerhalb des eigee Heims oder Büros zu tätige. Izwische hat sich dieses Gerät zu eiem Smartphoe mit Schittstelle wie Bluetooth ud WLAN sowie mehrere Prozessore gewadelt, um Aweduge für s, Kaleder, Videos, Musik, Spiele, Fotos ud Arufe auszuführe. Kraftfahrzeuge habe sich ebefalls zu komplexe Systeme weiteretwickelt, die gut 100 Prozessore besitze, um Motor, Bremse, Traktio, Bordcomputer, Speicherug der Sitz- ud Spiegeleistelluge, Musikalage ud Navigatiossysteme zu steuer. Derselbe Tred lässt sich auch i der Idustrie beobachte. Elektroische Systeme ud Maschie besitze u Steuer-, Regel- ud Überwachugssysteme, die Leistug, Qualität ud Differezierug verbesser. Eie städig wachsede Zahl vo Neuetwürfe sowie die steigede Komplexität zwige Embedded- Etwicklerteams zu mehr Effiziez ud beeiflusse die vo ihe gewählte Techologie. Um die Bedürfisse im Segmet Embedded-Desig zu erfülle ud Teams bei eier schelle Markteiführug zu uterstütze, etwickel Techologieabieter Kompoete, Module oder sogar vollstädige Embedded-Plattforme mit höhere Itegratiosgrade ud gesteigerter Fuktioalität. Sie arbeite letztedlich auf eie vollstädige Plattform für das Embedded-Desig hi, eischließlich Kommuikatio, Verarbeitug, System-I/O ud itegrierter Systemdesigsoftware. Beispiele verschiedeer Techologie Dieser Tred bega damit, dass Techologieabieter mehr SoCs (Systems-o-Chip) ud SoMs (Systemso-Module) bereitstellte, die für bestimmte Embedded- Aforderuge ud -Aweduge eigesetzt werde köe. SoCs ud SoMs beihalte alle elektroische Schaltkreise für ei System i eiem eizige Paket bzw. Modul. Sie verfüge oft über die drei Hauptelemete eies Embedded-Systems: eie Kommuikatiosschittstelle, Verarbeitug ud systemspezifische I/O. Eisatzbereiche solcher Systeme sid etwa die Verarbeitug digitaler Audio- oder Videosigale (DSPs), Lösuge für die Fuktechik, Netzwerklösuge oder Kommuikatiosschittstelle Verarbeitede Elemete Itegrierte Systemdesigsoftware System-I/O Eie vollstädige Plattform für das Embedded-Desig, die verschiedee Kompoete für die Kommuikatio ud Verarbeitug, systemspezifische I/O sowie itegrierte Systemdesigsoftware umfasst, ist gut i alle Hardwareelemete itegriert ud bietet hohe Flexibilität für die Awedugsetwicklug, Aalyse, Steuerug ud Kommuikatio. Embedded Systems Outlook

7 eie vollstädige Recheplattform i eiem eizige Chip bzw. Modul. CoMs (Computers-o-Module) sid eie spezielle Uterkategorie der SoMs. Durch Itegratio eies komplette PCs oder Embedded-Subsystems i eiem eizige Gerät sid Uterehme i der Lage, Embedded-Etwickler durch erhöhte Fuktioalität, bessere Itegratio, ei grüdlich geprüftes Desig, eie kleiere Formfaktor ud gerigere Stromverbrauch mehr zu biete. SoCs ud SoMs werde i der Regel als Stadardbauelemet agebote ud sid etweder für de uiverselle Eisatz oder für vertikale Aweduge geeiget. Gewöhlich werde sie i hohe Stückzahle a eie breite Palette vo Etwicklerteams verkauft, wodurch sich die Koste verriger ud eie höhere Qualität gewährleistet wird. SoCs ud SoMs biete eideutige Vorteile: gerigere Koste, weiger Stromverbrauch ud kompakte Größe. Hizu komme höhere Qualität ud Fuktioalität. Beide Systeme werde heute vo viele Etwicklerteams eigesetzt. I mache Awedugsbereiche utze fast alle Teams deselbe SoC oder SoM. Das allerdigs erschwert die Abgrezug vom edgültige Desig. Damit eie Abgrezug möglich bleibt, erweiter die meiste Etwicklerteams de SoC bzw. SoM um zusätzliche diskrete Kompoete ud programmierbare Logik. Wird programmierbare Logik wie ei FPGA (Field-Programmable Gate Array) hizugefügt, köe Teams spezielle Verarbeitugsabläufe ergäze ud das Leistugsvermöge verbesser. Zudem köe sie das Desig durch die Möglichkeit zur Aktualisierug der Logik währed der Etwicklug oder sogar ach Eisatz des Embedded-Systems zukuftssicher mache. Izwische ist das Hizufüge vo FPGAs so gägig, dass bereits eue SoCs agebote werde, die sowohl eie vollstädige Mikroprozessor als auch eie FPGA i eiem eizige Paket umfasse. Das iteressateste Bauteil derzeit ist die Extesible Processig Platform (EPP) ZyqTM-7000 vo Xilix. Die Zyq-Familie vo Xilix itegriert de Dual-Core-Prozessor ARM Cortex TM -A9 ud programmierbare Xilix-7-FPGAs über eie gägige AXI-Schittstelle. Diese Bauteile biete eie extrem hohe Leistugsgrad sowie erhöhte Flexibilität, so dass Embedded-Etwickler eie Abgrezug ierhalb ihres Desigs erziele ud vo de geate Vorteile eies SoC profitiere köe. Herausforderuge bei Embedded-Plattforme So spaed die Fortschritte bei SoCs ud SoMs auch sid, die meiste dieser Pakete biete keie vollstädige Embedded-Plattform a. Aktuell spiele Softwarewerkzeuge bei Systemdesig ud -etwicklug eie immer größere Rolle. Bislag wurde viele Embedded- Desigs vo de Fähigkeite der Embedded-Hardware ud dere Apassug a die Systemaforderuge bestimmt. Da Embedded-Hardware izwische weiger Strom, Budget ud Platz beötigt, steht die Hardware de meiste Auswahlmöglichkeite beim Embedded- Desig icht mehr im Weg. Allerdigs werde diese och vo der Produktivität eigeschräkt. Die Produktivität vo Embedded-Desigs wird vo ahtlos itegrierte Softwaredesigwerkzeuge voragetriebe, die die Fuktioe eisatzfertiger Stadardhardware zusamme mit eier äußerst ituitive Umgebug utze köe. Letztere ist vo fast alle Aweder verwedbar, auch we sie icht im Umgag mit Embedded-Software, der Firmware-Etwicklug oder Hardwarebeschreibugssprache vertraut sid. Der Apple-Geiestreich Ahad vo Smartphoes lässt sich der Eifluss, de bessere Softwareetwicklugswerkzeuge auf das Embedded-Desig habe köe, gut darstelle. Zwar sid Smartphoes scho seit über zeh Jahre auf dem Markt, doch hat Apples Eiführug des iphoe im Jahr 2007 die Smartphoe- ud Uterhaltugstechologie grudleged verädert. Ierhalb weiger Jahre hat Apple eie domiierede Marktpositio ausgebaut. Die iphoe-hardware erfüllte die Aforderuge der meiste Smartphoe-Kude. Die wirkliche Differezierug des iphoe ist jedoch die Software isgesamt: icht ur das ios auf dem Mobiltelefo selbst, soder auch das Softwareumfeld mit itues ud izwische huderte vo Apps, die über de Apple App Store zur Verfügug stehe. Itegrierte Plattforme für das Embedded- Desig sollte deselbe Grad a Itegratio, Qualität ud Erweiterbarkeit astrebe, de Apple mit dem iphoe-umfeld erreicht hat. Eie vollstädig itegrierte Embedded-Plattform muss eie eizige Softwareetwicklugsumgebug ethalte. Mit dieser werde die Verarbeitugssysteme programmiert, sie weist eie große Sammlug a Aalyse-, Steuer- ud Regelalgorithme auf ud bietet eie ahtlose Itegratio spezieller Kommukatios- ud Awedugs-I/O. Sie muss dem Etwicklerteam darüber hiaus die Möglichkeit gebe, aus verschiedee Programmierasätze wähle zu köe, je achdem, was die Awedug verlagt. Die Embedded-Plattform sollte auch so flexibel ud modular strukturiert sei, dass Etwicklerteams das System währed der gesamte Desigphase erweiter köe, agefage beim erste Prototyp bis hi zum edgültige Serieeisatz. Dabei sollte durchgägig derselbe Programmcode verwedet werde köe. Zwar uterscheide sich die mit eier Plattform für das Embedded-Desig agestrebte Ziele vo dee des iphoe, das Kozept ist aber dasselbe: Verbesserug der Desigerfahrug isgesamt mithilfe eies eg itegrierte Hard- ud Softwareasatzes für das Embedded-Desig. Embedded-Plattforme

8 Techologie & Architekture Rekofigurierbare Hardware Erweiterte Embedded-Systeme für die Steuerug, Regelug ud Überwachug habe eie Zuwachs bei Desigs voragetriebe, bei dee programmierbare Logik zum Eisatz kommt. Bislag war die Etscheidug, ob ei kostegüstiger Mikrocotroller oder eie CPU mit höherer Leistug eigesetzt werde sollte, relativ ukompliziert ud beruhte auf de erwartete Leistugsaforderuge des Embedded- Systems. Da Steuer-, Regel- ud Überwachugssysteme über immer mehr Fuktioe verfüge, werde zusätzliche Embedded-Verarbeitug ud programmierbare Logik immer geläufiger für erweiterte Fuktioe wie: schellere ud zuverlässigere Reaktioe auf I/O Maschiezustadsüberwachug, um Ausfälle vorherzusage ud die Sicherheit zu verbesser Bild- ud Toverarbeitug drahtlose Kommuikatio ud Iteretabidug Filterug aaloger ud digitaler Sigale, um geauere Messuge zu erziele digitale Kommuikatio mit itelligete Sesore ud weitere Utersysteme Vorverarbeitug auf I/O-Ebee zur Datereduktio Techologie Vorteile Überleguge Mikrocotroller Mikroprozessore DSPs GPUs FPGAs ASSPs ASICs Niedrige Koste, kleie Formfaktore, eifache Programmierug Hohe Taktrate für Aweduge mit höherer Leistug, eifache Programmierug Dedizierte Kompoete für die Sigalverarbeitug, Fließkommaarithmetik Egies mit paralleler Verarbeitug zur CPU-Beschleuigug Flexible Hardware durch softwaredefiierte, wiederprogrammierbare Schaltkreise ihäret parallel für die Verarbeitug Schell ud für spezifische Awedugsfälle optimiert, stadardisierte, im Hadel erhältliche Chips Komplett maßgescheiderte Chips, für eie eizele Awedug optimiert Uzureichedes Leistugsvermöge für leistugsstarke Aweduge Höhere Leistug, Architektur mit sequezieller Verarbeitug Ihärete sequezielle Verarbeitug Höhere Leistug, beötigt CPU Komplexität bei der Programmierug i Hardwarebeschreibugssprache Keie Flexibilität für die Äderug vo Desigs Hohe Ivestitioskoste, ur loheswert bei hohe Stückzahle Embedded Systems Outlook

9 Der überwiegede Teil der Embedded-Desigs begit mit eier prozessorbasierte Kompoete. Ei Mikrocotroller oder Mikroprozessor wird als zetrale Stelle für die Befehle geutzt, um grudlegede Steuer-, Regel- ud Überwachugsaufgabe festzulege ud zu verarbeite, mit Beutzerschittstelle zu kommuiziere ud alle weitere Bestadteile des Etwurfs zu überwache. Für kovetioelle Embedded-Systeme lieferte diese Architektur geüged Verarbeitugsleistug für das Abarbeite aller Steuerschleife ud Aktualisiere der Protokolldateie. Komplexere Systeme allerdigs, die erweiterte Steuer-, Regel- ud Sigalverarbeitugsaufgabe beihalte, beötige zusätzliche Verarbeitugskompoete wie Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs), Digital Sigal Processors (DSPs) ud Grafikprozessore (GPUs), um eie Dateverarbeitug mit höherer Geschwidigkeit ud eie höhere determiistische Steuerug zu erreiche. Programmierbare Logik FPGAs werde seit über 30 Jahre als digitale Schittstellelogik zwische verschiedee Kompoete auf derselbe Leiterplatte eigesetzt. Die rekofigurierbare Logik ierhalb der FPGA-Aordug eigete sich besoders für die Umsetzug komplexer Zustadsmaschie ud awedugsspezifischer digitaler Schaltkreise, die uabhägig vo de Taktzykle des Prozessors mit mehr Zuverlässigkeit ud höherem Determiismus arbeite. Im Laufe der Jahre hat sich die Leistug vo FPGAs drastisch erhöht. Damit eiher gige erhebliche Verrigeruge bei Stromverbrauch ud Kosteaufwad. Aus diesem Grud hat sich die Verwedug vo FPGAs für Embedded-Systeme für Mess-, Steuer- ud Regelaweduge stark ausgeweitet. Sie diee icht mehr ur als eifache Schittstellelogik, soder überehme Sigalverarbeitugsaufgabe wie beutzerdefiierte digitale Filter, schelle Fourier-Trasformatioe (FFTs) ud Logik für die PID-Regelug. Ei Hauptvorteil vo FPGAs für die Verarbeitug besteht dari, dass mehrere Algorithme jetzt echt parallel ausgeführt werde köe, im Gegesatz zur sequezielle Architektur beim Prozessor. Trotz aller vo FPGAs gebotee Leistug ud Flexibilität werde sie icht die Notwedigkeit für Mikrocotroller ud Mikroprozessore i Embedded-Desigs aufhebe. Prozessore sid immer och vergleichsweise kostegüstig ud verfüge über ei etabliertes Umfeld, eischließlich Betriebssysteme, Stadardhardwaretreiber ud Bibliotheke für die Sigalverarbeitug mit eifacher Fließkommaarithmetik. Die Verbreitug der FPGA- Techologie ist das Ergebis leistugsfähigerer Systeme, die Prozessore ud FPGA kombiiere, um komplexe Verarbeitugsaforderuge ahad sequezieller ud paralleler Architekture aufzuteile ud zu bewältige. Die Itegratio wiederprogrammierbarer Hardware i Desigs ist der schellste Weg, um Äderuge am Desig durchzuführe, ohe Zeit ud Koste für eie Neuetwurf der Leiterplatte aufzuwede. Beispiele aus der Idustrie I viele Idustrie ist die Kombiatio aus Prozessore ud FPGAs bei Embedded-Systeme verbreitet. Ei Beispiel ist epower Techology, ei Techikuterehme i Däemark, das ei Embedded-Steuersystem für Muskeltests ud Traiigsgeräte etwarf. Das Traiigssystem SYGNUM utzt eie patetierte füfphasige Motor, um eie gleichmäßigere Regelug zu biete, we bei bestimmte Beweguge währed der Übug ei Widerstad auftritt. Das Uterehme setzte FPGAs ei, um die Hochgeschwidigkeitssteuerschleife abzuarbeite, die die Geschwidigkeitsud Positiossollwerte aufrechterhalte. Da utzte sie eie Prozessor mit Echtzeitbetriebssystem für weitere Steuerschleife mit iedriger Frequez. Im Bereich der Eergiebrache ist Xtreme Power zu ee. Dieses US-amerikaische Uterehme etwarf ei verteiltes Eergiespeichersystem, das aus mehrere Prozessore ud FPGA-basierte Steuer- ud Überwachugskote besteht. Sie utze FPGA- Techologie mit hoher Geschwidigkeit, um sehr präzise Messuge a dreiphasige Strometze zu erfasse ud führe erweiterte Algorithme aus, um die beste Reaktio auf Istabilität beim Strometz zu bestimme. Mikroprozessor Echtzeitbetriebssystem Awedug Netzwerk- ud Peripherietreiber Awedugs-IP Regler-IP DSP-IP FPGA Spezialisierte I/O-Treiber ud -Schittstelle Spezielle I/O Spezielle I/O Spezielle I/O Spezielle I/O Diese gägige Architektur für die rekofigurierbare Verarbeitug wird i erweiterte Embedded-Systeme für die Steuerug, Regelug ud Überwachug eigesetzt Rekofigurierbare Hardware

10 Der Prozessor stellt de adere Kote die Etheret- Abiduge zur Verfügug, so dass sie dezetral auf Date für die Systemverwaltug ud -diagose zugreife köe. Ei letztes Beispiel liefert das frazösische Uterehme O Mos, das ei Embedded-System für die Überwachug vo Zerkleierugsmaschie i Steibrüche etwarf. Damit köe sie fortlaufed Sesorwerte beobachte ud verarbeite, um Maschieausfälle vorauszusage ud eie falsche Beutzug festzustelle. Diese Werte trage zur Verrigerug vo Ausfallzeite ud Wartugskoste bei. Das Uterehme setzte FPGA-basierte I/O ei, die die Ilie-Verarbeitug verschiedeer physikalischer Parameter wie Druck, Temperatur, Schwigug ud Durchfluss überahme. Es wurde festgelegt, dass der Prozessorteil des Systems Messdate protokolliert ud mit der lokale Mesch-Maschie-Schittstelle kommuiziert. Frühe Aweder eies rekofigurierbare Hardwaredesigs kote die parallele Verarbeitug utze, um damit Leistugsaforderuge ohe spürbar große Auswirkuge auf Systemkoste oder Etwicklugszeit zu erfülle. Da FPGA-Schaltkreise rekofigurierbar sid, sid sie viel scheller eisatzfähig, da die lage Vorlaufzeite, wie sie z. B. im Zusammehag mit der Überarbeitug vo Leiterplatte auftrete, wegfalle. Das Edergebis ist ei Steuer-, Regel- ud Überwachugssystem mit höherer Leistug, das ierhalb kürzerer Zeit etwickelt ist ud höhere Geauigkeit ud Zuverlässigkeit auch für aspruchsvolle Aweduge gewährleistet. Iovatioe für Embedded-Systeme eie eue Ära Embedded-Mikroprozessore sid i der Welt der FPGAs icht eu. Tatsache ist, dass FPGA-Lieferate bereits seit dem Zeitpukt verschiedee Embedded-Prozessore zu ihre FPGAs abiete, ab dem sich aufgrud der hohe Azahl a FPGA-Trasistore ihre Uterbrigug lohte. Ede der 1990er begae FPGA-Lieferate, Softcores (8-bit-, 16-bit- ud da 32-bit-Prozessorkere i Verilog oder VHDL bzw. als bereits geroutete Netzliste) azubiete, die Hardwaredesiger mittels Sythese- ud Place-ad-Route-Werkzeuge im FPGA implemetiere kote. I de Afagsjahre des 21. Jahrhuderts wurde durch das Moore sche Gesetz ausreiched Trasistorfläche verfügbar, so dass FPGA-Abieter die Mikroprozessore i das Silizium selbst, ebe die programmierbare Logikblöcke, implemetiere kote. Das Implemetiere der Cores direkt i das Material schafft Platz für programmierbare Logik, beschleuigt die Verarbeitug ud Gesamtleistug des Chips ud sekt de Stromverbrauch. Xilix hat diese Methode bei der Implemetierug der PowerPC-Prozessore i Derivate seier Modelle Virtex-4 ud Virtex-5 agewedet. Diese FPGAs sid auf eiige Märkte weiterhi erfolgreich. Das Uterehme sah aber Bedarf, das Kozept weiter auszubaue ud dazu ei voll itegriertes Verarbeitugssystem zu erstelle, das icht ur Hardwaredesiger aspricht. Im März 2011 gab Xilix offiziell die erste vier Bausteie dieser eue 28-m-Geeratio seier Extesible Processig Platform (EPP) Zyq-7000 bekat. Jeder Baustei besteht aus eiem Dual-Core-Prozessor ARM Cortex-A9 MPCore mit L1- ud L2-Caches, Speichercotroller, große programmierbare Logikblöcke ud eier Vielzahl gägiger Peripherie. Die EPP ist das Resultat jahrelager Forschug ud Erfahrug aufgrud vorheriger Bemühuge, Prozessore ud programmierbare Logik auf eiem Modul zu vereie. Letztedlich hat Xilix eie gaz eue Geräteklasse geschaffe. Das Uterscheidugsmerkmal zwische der EPP ud eiem kovetioelle FPGA mit eiem Prozessor ist die Tatsache, dass dabei der Prozessor das toagebede Bauteil ist. So köe Softwareetwickler mit der EPP auch etwickel, ohe i Hardwarebeschreibugssprache wie Verilog oder VHDL versiert zu sei. Larry Getma Vice Presidet, Processig Platforms, Xilix, Ic. Die Programmierug der programmierbare Logik eier EPP setzt afags eie gewisse Ketisstad beim Hardwaredesig oder Uterstützug durch eie Hardwareetwickler voraus. Xilix ud adere Kude ud Parter wie Natioal Istrumets arbeite jedoch mit Hochdruck a der Etwicklug euer Werkzeuge, die die Programmierug des Hardwarebestadteils der EPPs weiter vereifache ud och mehr Möglichkeite für Iovatioe im Embedded-Bereich eröffe. Embedded Systems Outlook

11 Techologie & Architekture Mobile Geräte ud die Cloud Etwicklerteams köe vo eue mobile Geräte ud Cloud-Techologie i Embedded-Systeme der ächste Geeratio profitiere. Die mobile Dateverarbeitug ist kei eues Kozept. Der Traum vo mobile Date, Rechersysteme ud Kommuikatio, agefage bei Tascherecher bis hi zum erste tragbare Computer Osbore 1, etwickelte sich im Verlauf vo fast 40 Jahre lagsam vo der Idee zur Realität. I de vergagee vier Jahre hat die richtige Mischug aus Techologie ud Iovatio das Smartphoe vo eiem Werkzeug im Geschäftsbereich zu eiem höchst fuktioale ud leicht zugägliche mobile Computer werde lasse. Außerdem wurde dak etspreched abgestimmter mobiler Software (sowohl auf dem Web als auch eigee) leistugsfähige Erweiteruge möglich ud auch die allgemeie Erwartuge a Telefoe stiege a. Das Aufkomme vo Tablet-PCs i jügster Zeit hat eie bereits komplexe Techologieladschaft weiter gespalte. Bislag ist och kei klarer Sieger hervorgegage ud weitere Brüche sid bereits absehbar. Somit ist das Feld der mobile Dateverarbeitug och weit vo eiem Eipedel auf eier Witel-ähliche gemeisame Architektur etfert. Zu de Herausforderuge komme auch Chace durch eue Fuktioe, die Etwickler vo Embedded- Systeme für die Steuerug, Regelug ud Überwachug bereitstelle köe. Ohe zusätzliche Hardwarekoste zu verursache, ka Aweder eie spezialisierte ud umfagreiche Beutzeroberfläche gebote werde, auf die sie vo überall her Zugriff habe. Nachfolged werde eiige Treds ud wichtige Etscheiduge i Bezug auf die Plattform agesproche, we ei Embedded-System auf mobile Geräte utzbar sei soll Sostige 8,3 % Sostige 3,1 % Adroid 1,6 % Widows Mobile 10,2 % Symbia 16,9 % ios 10,5 % Symbia 48,8 % Adroid 52,5 % Blackberry 11 % ios 15 % Blackberry 20,6 % Widows Mobile 1,5 % Es hat eie starke Verschiebug des Marktateils bei Smartphoes gegebe, deoch verschwidet die Fragmetierug icht gäzlich. Mobile Geräte ud die Cloud

12 ios Adroid Microsoft Sostige Eiheite i Millioe Ei Blick i die Zukuft zeigt die städige Veräderuge am Tablet-Markt. Techologietreds ud Zersplitterug Die Zersplitterug des Mobilfukmarkts wird auch i absehbarer Zeit icht ede. Wird ur der Smartphoe- Markt betrachtet, so lässt sich seit 2009 ei drastischer Eischitt bei der Verteilug der Marktateile feststelle. Adroid ud ios habe eie Zuwachs a Marktateile erlebt, währed Blackberry OS, Symbia ud Widows Mobile so gut wie verschwude sid. Der Tablet- Markt ist och ubestädiger: ios hält eie extrem hohe Marktateil ud etliche große Abieter, daruter Google, Microsoft, RIM ud HP, sid dabei, mit eue Etwickluge eie weitere Rude eizuläute. Vor dem Hitergrud der derzeit verfügbare Iformatioe scheit schlussedlich die Etscheidug zwische eier der beide domiierede Plattforme zu falle. Bei eiem solch ureife Markt ist es umöglich vorauszusage, wie die Ladschaft i zwei Jahre aussehe wird. Eie weitere störede Kraft köte das Gefüge leicht wieder is Wake brige. Da bekat ist, dass die meiste Embedded-Systeme für Mess-, Steuerud Regelaweduge eie Lebesdauer vo über füf Jahre habe, besteht die beste Reaktio dari, sich kurzer, iterativer ud flexibler Desigzykle zu bediee ud de Markt derweil auf störede Veräderuge zu beobachte. Cloud Computig Nebe de allgegewärtige miteiader verbudee Netzwerke ist das Cloud Computig eie weitere Grudlagetechologie der mobile Revolutio. I Bezug auf Embedded-Systeme für Mess-, Steuer- ud Regelaweduge bietet Cloud Computig im Allgemeie Folgedes: Zusammefassug vo Date: Wird die Etferug zwische Bestadteile eies Systems i Kilometer astatt i Millimeter gemesse, ist eie Speicherug vo Date i der Recherwolke (Cloud) eie Überlegug wert. We beispielsweise der Zustad eies jede Getriebes eies Widparks mit huderte vo Widkraftalage überwacht wird, ka das Sammel vo Date extrem kostspielig ud mühselig werde. Dak der Datesicherug i der Cloud köe solche Systeme Date a eiem gemeisame Ort speicher, so dass sie sich leicht sammel, aalysiere ud vergleiche lasse. Zugriff auf Date: I mache Fälle ist der Zugag zum Embedded-System für die Steuerug, Regelug ud Überwachug, das gerade etwickelt wird, schwierig. We etwa der Zustad eier Pipelie i eiem etlegee Gebiet Alaskas überwacht wird, so soll icht ubedigt ei Techiker geschickt werde, um Iformatioe aufzuzeiche ud de Status des Systems zu prüfe. Werde diese Date i der Cloud gespeichert, sid sie vo überall her zugäglich, eischließlich veretzter PCs ud mobiler Geräte. Auslagerug: Die ahezu uedliche Recherressource, die i der Cloud zur Verfügug stehe, biete Software die Möglichkeit, recheitesive Aufgabe auszulager. Dabei ka es sich um aspruchsvolle Bild- oder Sigalverarbeitug oder sogar um Kompilierug ud Etwicklug hadel. So hat Natioal Istrumets z. B. vor kurzem eie Cloud-Kompilierdiest für NI LabVIEW FPGA eigeführt, mit dem Aweder Kompilieruge des FPGAs auslager ud parallelisiere köe. Viele Uterehme biete Speicherug i der Cloud ud Serviceleistuge a. Die meiste bereche dafür eie gerige Istallatiosgebühr. Die Eirichtug erfolgt auf Abruf, so dass sich die Koste proportioal zur Mege der Embedded Systems Outlook

13 geutzte Ressource verhalte. Natioal Istrumets bietet auch eie Techical Data Cloud a, die speziell für die Speicherug vo ud de Zugriff auf Messdate eigerichtet wurde. Embedded-Systeme ud Sicherheit Allerdigs birgt das Zulasse dezetrale Zugriffs auf Embedded-Systeme zusätzliche Gefahre, die eier Lösug bedürfe. I diesem Zusammehag a erster Stelle steht die Sicherheit des Systems. Defiitioe dazu, was sicher geug ist, köe beträchtlich voeiader abweiche, da solche Defiitioe sehr subjektiv sid. Sicherheit ist im Grude immer ei gewisser Kompromiss. Sicherere Systeme erforder eie höhere Zeit- ud Kosteaufwad ud gehe zu Laste der Bediefreudlichkeit. Daher muss die passede Ivestitio i Sicherheit für jede Awedug auf Basis vo Gefährdug ud Ausfallrisiko bewertet werde. Embedded-Systeme für Steuer-, Regel- ud Überwachugsaweduge köe Sicherheitsmaßahme eier der vier folgede Schichte zugeordet werde: Awedug, Betriebssystem, Netzwerk ud physikalisch. Ei gewisser Schutz sollte bei jeder Schicht vorhade sei. Mache bewährte Methode für die Sicherheit vo Embedded-Systeme köe für alle grudlegede Aforderuge empfohle werde, adere sid ur für sehr aspruchsvolle Aforderuge ötig. Im Folgede werde Aufgabe aufgeführt, die sich auf die Sicherheit vo Betriebssystem ud Netzwerk beziehe: Grudleged Alle Dieste deaktiviere, die offee Netzwerk-Ports hiterlasse (wie FTP) Physisch OS Awedug Netzwerk Die Itegratio vo Sicherheitsvorkehruge i jede Schicht des veretzte Embedded-Systems ist sehr wichtig. SSL-Uterstützug für alle Iteretdieste aktiviere Sicherheits-Updates ud -Patches vom Betriebssystemabieter istalliere Ativiresoftware ud Firewall eirichte Erweitert Alle Stadardetzwerk-Ports äder VPN-fähige Firewall eirichte Aweduge vo Drittabieter durch Whitelistig erlaube Alle itere ud extere Kommuikatiossigale verschlüssel Ausführbarkeit auf verschiedee Plattforme Dak gewisser euer Techologie ist die plattformübergreifede Uterstützug eie gute Optio. Es gibt eiige Nachteile beim allgemeie Kozept plattformübergreifeder Aweduge sowie gewisse Pukte, die bei jedem Implemetierugsasatz berücksichtigt werde sollte. Plattformübergreifede Aweduge ud der Aweder Bei Betrachtug vo Adroid ud ios wird deutlich, dass jede Plattform leicht abweichede Modelle ud Kovetioe hat. Was ei Adroid-Nutzer als ormal empfidet, ka eie ios-nutzer störe. Dadurch wird die plattformübergreifede Etwicklug eigeschräkt. Der Aweder muss jee Vorgäge vermeide, die icht auf beide Plattforme möglich sid. Hier eiige ausgewählte Beispiele: Die meiste Adroid-Etwickler scheue vor eier globale Tab-Leiste für die Navigatio zurück, beim iphoe ist das gägige Praxis. Ei paar ios-elemete sid durch Hard-Buttos des Adroid überflüssig. Eiige Aweduge bzw. Apps beihalte z. B. die Taste Zurück ud Aktio sowie Suchleiste oberhalb vo Listeasichte. Diese köe die meiste Aweder zwar och beutze, sie merke aber sofort, dass sie merkwürdig sid. Diese Eischätzug wirkt sich egativ auf ihre Wahrehmug der App aus. Eiige ios-elemete müsse durch Adroid- Kovetioe ersetzt werde. Ei typisches Beispiel ist die Taste Detail Disclosure, die es bei Adroid icht gibt. HTML5 Der Asatz, der die höchste Robustheit bei der Uterstützug mehrerer Plattforme verspricht, besteht dari, eie Webawedug auf HTML5 zu basiere. Diese Techologie wird izwische bei der Darstellug dyamischer Ihalte für Nutzer mobiler Browser bevorzugt. Selbst Adobe hat kürzlich seie auf Flash für mobile Edgeräte gemüzte Strategie hi zu HTML5 verlagert. Microsoft hat ageküdigt, dass Metro OS zuguste vo HTML5 keie Browser-Plugis uterstütze wird. Die Techologie ist zwar vielverspreched, jedoch sid die Werkzeuge och icht ausgereift. Zudem ist es fraglich, wie viel Fuktioalität mit HTML5 im Vergleich zu Desktop-Techologie wie Silverlight ud Flash geliefert werde ka. Mobile Geräte ud die Cloud

14 Geschäftsstrategie & -prozesse Iovatioe mit kleiere Etwicklerteams Agesichts der heutige Wirtschaftssituatio köe Uterehme icht eifach durch hohe Ausgabe Iovatioe erzwige. Bei der Suche ach eue Iovatiosquelle müsse Uterehme die übliche Dekweise vo Forschugs- ud Etwicklugsabteiluge ud jahrzehtealte Etwicklugspraktike hiter sich lasse. Aufstrebede kleiere, agilere Wettbewerber rud um de Globus beweise, dass Iovatioe i kleiere Etwicklerteams geauso schell, we icht gar scheller, erfolge köe. Sie brige disruptive Iovatioe ierhalb kürzerer Zeit auf de Markt ud mit gleichwertiger, i mache Fälle sogar besserer, Qualität als Kokurrezuterehme. Dies geschieht sowohl i etablierte Volkswirtschafte als auch i Schwelleläder, wobei dort die Wirkug och stärker sei ka. Durch Nutzug userer strategische Parterschaft mit NI sowie seier Techologie war user kleies Team i der Lage, FedEx Express eie Geschäftsvorschlag vorzubrige ud de Auftrag zu erhalte. Zudem kote das Team eie qualitativ hochwertige Lösug i der Hälfte der Zeit ud zu etwa 50 Prozet der Koste userer Mitbewerber liefer. Jeremy Sow, Presidet ad CEO, Vetura Aerospace Embedded Systems Outlook

15 Systemahe Werkzeuge ud kleie Teams Bei eiem Blick auf Techologieplattforme ud Werkzeuge, die Uterehme heutzutage zur Verfügug stehe, lasse sich zwei vorherrschede ud miteiader kokurrierede Etwicklugsasätze erkee. Eier ist der herkömmliche Dekasatz: Damit ei Uterehme Iovatioe hervorbrige ka, muss es die Hard- ud Software für eie spezifische Idustrieprozess selbst itegriere ud das Desig aller Kompoete zusammeführe, um die vo de Kude erwartete Qualität ud Erfahrug abzuliefer. Für diese Heragehesweise wird ormalerweise ei größeres Etwicklerteam beötigt. Der Asatz scheit sich auch besser für Idustrie zu eige, bei dee das Produktvolume astroomisch hoch ist oder das Team ei bereits bestehedes beutzerspezifisches Desig abädert, so etwa auf dem Markt der Uterhaltugselektroik. Die Alterative ist der och relativ eue Asatz, eisatzfertige Stadardwerkzeuge auf Systemebee zu utze, die auf ei Stadardumfeld a Techologie zurückgreife köe. Dadurch lässt sich der Iovatiosprozess beschleuige, ohe sich der Möglichkeit zur Differezierug zu verschließe. Dieser Asatz kommt Bereiche mit aggressive Iovatioe zugute, beispielsweise bei de ereuerbare Eergie ud de Life Scieces, da er hadelsübliche Stadard-hardware ud vorgefertigte Softwarewerkzeuge herazieht, die kurzfristige Äderuge eher zulasse. Werde systemahe Softwarewerkzeuge eigesetzt, ist weiger Erfahrug im Umgag mit spezielle Softwareud HDL-Werkzeuge erforderlich, wodurch weiger Teammitglieder mehr Kompoete eies Systems implemetiere köe. Eiige heute verfügbare Desigwerkzeuge erfülle diese Bedarf, daruter das Systemdesigwerkzeug NI LabVIEW, das High-Level- Sythesewerkzeug AutoESL vo Xilix ud die Software Catapult C Sythesis vo Metor Graphics. Eisatzfertige Stadardhardware, die für Steuer-, Regel- ud Überwachugssysteme optimiert ist, verbidet Schittstelle, Sigalkoditioierug, A/D- ud D/A- Wadler mit eiem hohe Maß a Modularität, um die Aforderuge a eie Vielzahl vo Aweduge zu erfülle. I viele Fälle ka auf ei diskretes aaloges ud digitales Desig völlig verzichtet ud so das Etwicklerteam weiter verkleiert werde. Der Vorteil kleier Teams Itegrierte Desigwerkzeuge biete ei hohes Maß a Abstraktio ud Produktivität ud ermögliche es auch Igeieure ud Wisseschaftler, die selteer mit traditioelle Software- oder digitale Desigwerkzeuge arbeite, sich i größerem Umfag a der Systemetwicklug zu beteilige, ohe dabei Abstriche bei der Leistug mache zu müsse. Marktexperte ud wisseschaftliche Fachexperte köe ebefalls eie aktivere Rolle beim Etwurf eiehme. Sie köte beispielsweise Prototype ud Fuktioe zusamme mit adere Teammitglieder implemetiere ud dadurch die Azahl a Iteratioe verriger, die für die Fertigstellug des Etwurfs erforderlich sid. Die erforderliche Vielfalt a Erfahrug ka reduziert ud so mehr Zusammearbeit ud Effiziez bei der Umsetzug vo Aforderuge i Form vo Fuktioe erreicht werde. Ei eizeler Igeieur des Etwicklerteams köte also Awedugs-, digitale Sigalverarbeitugs-, Messtechik-, Steuer- ud Regelugssoftware für de Mikroprozessor ud de FPGA implemetiere. So würde die Greze zwische Hard- ud Softwareetwicklug verwischt ud eie eue Positio geschaffe: die des Systemarchitekte oder -desigers. Das aus Bereichsexperte ud Systemarchitekte bestehede Etwicklerteam stellt eie starke Gegesatz zu de traditioelle große Etwicklerteams dar, die herkömmliche Werkzeuge verwede. Große Etwicklerteams sid afällig dafür, ieffiziet zu arbeite, ud sehe sich der Schwierigkeit gegeüber, de Etwurf parallel umzusetze, ohe dabei städig eue Liste mit de Aforderuge zu erstelle. Sogar das Bestimme der Systemaforderuge ka eie Herausforderug sei. Außerdem ist es für große Etwicklerteams oft schwer, die Markterforderisse i de Systemfuktioe abzubilde. Beispielsweise Fachexperte Fachexperte FPGA-Etwickler Softwareetwickler FPGA-Etwickler Etwickler maßgescheiderter ICs Systemetwickler ASCI-Etwickler Bei eiem Wechsel auf ei kleieres Etwicklerteam habe Uterehme die Möglichkeit, Iovatioe effizieter ud mit besserem Blick auf die Marktbedürfisse eizuführe. Iovatioe mit kleiere Etwicklerteams

16 köte es de wisseschaftliche Spezialiste oder Marktexperte des Teams Schwierigkeite bereite, die exakte Leistug, Präzisio oder das Systemverhalte a adere Teammitglieder zu kommuiziere. Sich i Bezug auf das geaue Desig ud die Fuktioalität eies Systems zusammezufide, ka mehrere Überarbeituge ud Ausführuge des Systems erforder. Bereichsexperte ud Systemarchitekte, die ei gemeisames Etwicklugswerkzeug verwede, arbeite eger zusamme, köe Überarbeituge scheller durchführe ud die Marktaforderuge besser im System abbilde. Dak eisatzfertiger, systemaher Stadardwerkzeuge köe sie mit eiem gägige Etwicklugswerkzeug arbeite, um ei besseres System effizieter ud scheller auf dem Markt eizuführe ud dadurch die Koste zu seke. Beispiele aus der Idustrie ud Firmekäufe Etliche Beispiele aus der Idustrie verdeutliche de Übergag zu kleiere Etwicklerteams. NexGEN Cosultacy (Idie) brachte beispielsweise ei komplexes System zum automatische Ablese vo Messgeräte auf de Markt, damit Versorgugsbetriebe auf präzise ud hireichede Messdate zugreife köe ud die gegewärtige Stromversorgug i Idie verbessert werde ka. Solche Uterehme i Schwelleläder stehe vor besodere Herausforderuge, habe aber auch besodere Chace. Ihe fehle icht ur die umfagreiche Ressource, die etabliertere Läder zur Verfügug stehe, soder auch eies der größte Hiderisse bei der Verwirklichug vo Iovatioe: eie bereits geprägte Metalität, Dige auf bestimmte Art ud Weise tu zu müsse. Dari liegt die große Chace, iovativ zu sei. Sie köe eue Wege beschreite, ohe eie gaze Reihe vo Persoe davo überzeuge zu müsse, warum sie icht die übliche Vorgehesweise befolge. Vetura Aerospace Ic., ei kleies Uterehme, das der Luftfrachtbrache ubewegliche Frachtgutabsperruge ud Bradschutztechologie zur Verfügug stellt, ist ei Beispiel eier Firma mit eiem kleiere Etwicklerteam, das Iovatioe für die Trasport- ud Luftfahrtbrache scheller verwirklicht. Mit eiem kleie Team aus Fachexperte ud Systemetwickler sowie NI-Werkzeuge für das grafische Systemdesig etwickelte Vetura Aerospace ei iovatives Bradschutzsystem für FedEx. Die Umsetzug erfolgte scheller, güstiger ud mit eier bessere Qualität als dies eiem viel größere, etablierte Mitbewerber i dieser Frist möglich gewese wäre. Das ist ei überzeugeder Beweis, dass kleie Teams Marktateile gewie ud mit de richtige Werkzeuge effizieter arbeite köe. Ei weiterer Nachweis des Erfolgs kleier Teams lässt sich auch ahad der zuehmede Azahl a Käufe kleierer Uterehme ud Alage durch große, traditioellere Mitbewerber ausmache. Ei aktuelles Beispiel im Bereich Embedded-Systeme ist die OptiMedica Corp., die ihr Geschäft mit Geräte zur Retia- ud Glaukombehadlug a Topco Corp. verkaufte. OptiMedica, ei kleies Startup-Uterehme mit Sitz i Kaliforie, hat uter Nutzug vo Werkzeuge für das grafische Systemdesig erfolgreich ei iovatives mediziisches Gerät zur Behadlug vo Augekrakheite etwickelt. Die Topco Corporatio mit Sitz i Tokio (gegrüdet 1932) gehört zu de weltweit führede Hersteller ophthalmischer, optometrischer GPS- ud Positioiersteuerugssysteme. Die Zukuft iovativer Teams Die Verlagerug hi zu kleiere, flexiblere Etwicklerteams wird mit der Zeit a Dyamik gewie, we etablierte Uterehme eier Brache feststelle, dass sie, was Iovatioe betrifft, vo kleiere Akteure überholt werde. Liegt die Iovatioskraft bei de Fachexperte, köe kleie Uterehme Aufgabe ierhalb eies gerigere Kosterahmes löse als ihre etsprechede Kokurrez. Darüber hiaus köe diese kleie Uterehme auch Lösuge mit besserer Qualität biete, die vo jee erarbeitet wurde, die mit de Herausforderuge am beste vertraut sid. I de Awedugsbereiche vo Embedded-Systeme für die Steuerug, Regelug ud Überwachug sid umgehed iovative Neueruge i Brache wie der Eergiegewiug ud de Life Scieces otwedig. Viele Uterehmesführuge ist klar geworde, dass Iovatioe ei bedeutedes Differezierugsmerkmal darstelle. Privatuterehmer, Erfider ud Existezgrüder suche ach eue Methode ud Techologieplattforme, die dazu beitrage köe, de Iovatioszyklus i ihre Firme zu beschleuige. Kleiere Etwicklerteams wäre eie strategische Möglichkeit, um dieses Ziel ohe Kompromisse bei der Qualität der Lösuge oder der Retabilität ihres Uterehmes zu erreiche. Embedded Systems Outlook

17 Geschäftsstrategie & -prozesse Future Proofig mittels Software Da Systemaforderuge ud -stadards stets Veräderuge uterliege, bediee sich Etwicklerteams eies Asatzes für die laufede Aktualisierug vo Produkte, der der Software Vorrag gibt. I de vergagee zeh Jahre wurde uzählige Embedded-Techologie i Edgeräte für de Verbraucher itegriert, ob i GPS-Systeme, autoome Staubsauger oder mobile Tablets. Dieses Wachstum brigt sowohl Chace als auch eue Herausforderuge für die Etwickler der Embedded-Systeme mit sich. Das verfügbare Potezial bei Leistugsfähigkeit ud Kommuikatio zu gerige Koste immt explosiosartig zu. I gleichem Maße erhöhe sich die Erwartuge bei de Kude i Bezug auf Datesichtbarkeit, Abidug ud Leistugsfähigkeit. Zudem werde für die meiste Embedded-Systeme die Erwartuge a Laglebigkeit des Desigs ud Lebesdauer och über ei Jahrzeht hiaus bestehe bleibe. Die Software steht a erster Stelle Damit diese Eischräkuge etgegegewirkt werde ka, habe viele Embedded-Etwickler eie Philosophie überomme, bei der der Software Vorrag gegebe ud sie zuerst heragezoge wird, um Systemaforderuge zu begege. Dieser Asatz ka währed der Desigphase ei großes Plus sei. Etwickler köe z. B. modere 32-bit-Prozessore utze, ihre Etwürfe bei gegesätzliche Aforderuge schell optimiere ud die Zeit bis zur Markteiführug verkürze. Des Weitere ka ei solcher Asatz auch währed der Lebesdauer des Produkts eie strategische Vorteil darstelle, da Etwickluge zukuftssicher gemacht werde köe. Durch die Möglichkeit, Desigs für die Zukuft abzusicher, köe Embedded-Etwickler Produkte erstelle, die icht ur die Kudeerwartuge vo heute, soder auch die Erwartuge des Markts i zeh Jahre erfülle. Neue Aforderuge köte folgede sei: Itegratio weiterer Systeme durch Kommuikatiosprotokolle oder Webtechologie Schutz gege Bedrohuge der Iteretsicherheit Hizufüge euer Fuktioe wie bessere Steueralgorithme oder Verrigerug des Stromverbrauchs Behadel vo Systemfehler oder -ausfälle wie Behebe eies Überlaufes des Dateregisters oder Erstelle kurzfristiger Lösuge bei eiem Hardwareoder Sesorausfall Die techische Möglichkeit, Etwickluge zukuftssicher zu mache, ka Uterehme ebefalls eie strategische Geschäftsvorteil verschaffe. Probleme, die bei Kude etstehe, lasse sich kostegüstiger begleite ud behebe. Zudem ka die Kudetreue durch Optioe zur beutzerspezifische Apassug ud Fuktiosverbesseruge erhöht werde. Kude sid bereits mit Softwareaktualisieruge vertraut, durch die ihre Software zukuftssicher wird. Geschichte, wie jee über ei Software-Update für de Toyota Prius, um eie Bremseproblematik zu behebe, oder über eie drahtlose Betriebssystemaktualisierug bei Smartphoes mit Adroid, mache immer wieder Schlagzeile. Dieselbe Heragehesweise werde auch bei Embedded-Systeme für die Steuerug, Regelug ud Überwachug agewedet, so etwa bei der Stromüberwachug ud Software-Defied Radio. Future Proofig mittels Software

18 Das itelligete Strometz Embedded-Systeme, die derzeit zahlreiche techologische Neueruge erlebe, sid die Steuer-, Regel- ud Überwachugssysteme, die das Strometz i de USA uterstütze. Für das erste Versorgugsetz gab es keie verteilte Überwachug oder Rückmelduge vo dezetrale Abschitte des Verteiletzes. Auch die Überstromschutzeirichtuge, die zum Eisatz kame, ware eifache Sicheruge oder mechaische Schutzschalter. Derzeit arbeite Eergieversorger i de USA a der Aktualisierug der Mechaisme zur Stromabtastug ud -steuerug am Netz, um eie bessere Eiblick i de Lastfluss ud de Zustad des Strometzes zu erlaube. Dieser Tred hi zu eiem itelligete Strometz ist eie solide Grudivestitio, die Raum schafft für mehr Zuverlässigkeit, bessere Eibidugsmöglichkeite vo Strom aus regeerative Eergie sowie Agriffspukte für mehr Sichtbarkeit auf Seite der Verbraucher ud für Eergieeisparuge. Stromversorger stellt sich allerdigs eie Herausforderug: Währed sie massiv i de Eisatz vo Embedded-Systeme für Steuer-, Regel- ud Überwachugsaweduge ivestiere, werde eue Techologie, Stromquelle ud Verbraucher etwickelt. Zudem sid die edgültige Aforderuge ud gewüschte Kapazitäte des itelligete Strometzes och ubekat. Rasate Fortschritte bei Forschug ud Etwicklug verspreche für die Zukuft Möglichkeite wie is Strometz itegrierte Heimetzwerke, selbst regeerierede Verteilugstopologie ud Algorithme für die Fehlerprogose zur Vermeidug vo Ausfälle. Um diese Fuktioe letztedlich uterstütze zu köe, sid viele Eergieversorger auf der Suche ach Systeme, die sich über die Software aktualisiere lasse. Da ist es icht mehr ur Zukuftsmusik, dass itelligete Zähler mit Autoladegeräte ud Warmwasserbereiter kommuiziere, eue echtzeitfähige, ereigisbasierte Kommuikatiosprotokolle itegriert oder geeigete Algorithme gefude werde, die sich auf gemessee Strom- ud Spaugssigale awede lasse. Idem sie Mess-, Steuer- ud Regelkote eisetze, die sich dezetral aktualisiere lasse, um eue Algorithme ud Kommuikatiosprotokolle zu uterstütze, ivestiere Versorger weiterhi i die Netzifrastruktur ud sicher ihre Istallatioe für zuküftige Möglichkeite: ab. Software-Defied Radio Die Etwicklug vo Fukgeräte beihaltet die sorgfältige Auswahl ud Itegratio diskreter Kompoete im Hiblick auf Modulatio/Demodulatio, Filterug ud Verstärkug. Agesichts der explosiosartige Zuahme drahtloser Geräte, erweiterter Nutzug des Frequezspektrums ud dem daraus etstehede Gedräge sowie der zügige Iovatioe rud um die Wireless-Protokolle gehe Etwickler eiem eue Paradigma beim Desig vo Fukgeräte ach, bei dem Prozessore ud Software eie größere Teil der Fuktioalität überehme. Die Idee für diese Asatz etstammt Aweduge des Verteidigugsweses, mit dee die Zahl der bei Eisätze mitgeführte Fukgeräte reduziert werde sollte. Bei Software-Defied Radio werde die aaloge ud spezifische Hardwarekompoete sehr klei gehalte ud ei digitalisiertes Sigal zur Verarbeitug a eie Prozessor übergebe. Da das Protokoll icht mehr durch spezifische Hardware bestimmt wird, köe mehrere Fukprotokolle ohe Äderuge a der Hardware uterstützt werde. Software-Defied Radio köte zusamme mit eiem weitere, damit verbudee Forschugsgebiet, de Atee, zahlreiche Möglichkeite erschließe. So wäre etwa eie Uterstützug für Kommuikatiosprotokolle der ächste Geeratio (ei 3G-Telefo, das LTE ur durch Softwareaktualisierug uterstütze köte) ud Cogitive Radio dekbar, bei dem Fuksysteme ihre Badutzug ud Leistugsabgabe automatisch apasse, um die Frequezutzug zu maximiere ud Iterferez zu miimiere. Auf diesem Gebiet gibt es och viel Forschugsbedarf. Die Möglichkeit, ei uiverselles Desig zu habe, das aufgrud der Software zukuftssicher ist ud schell eue Protokolle ud Fuktioe uterstütze ka, hat eiige aktive Etwicklergemeide auf de Pla gerufe, die a eiem Asatz arbeite, der der Software Vorrag gibt. Etwickel für die Zukuft Die Etwicklug eies zukuftssichere Systems baut auf drei Voraussetzuge: eie softwaredefiierbare Hardwareplattform, im Feld aktualisierbare Fuktioe ud Aufwärtskompatibilität i Werkzeugkette. Softwaredefiierbare Hardware Ei Desigparadigma, das der Software Vorrag eiräumt, begrüdet sich auf eier Systemarchitektur, bei der ur weig Hardware mit feste Fuktioe eigesetzt wird. Dazu zähle gaz klar Geräte wie ASICs (Applicatio-Specific Itegrated Circuits) ud Hardwarefilter. Zwar falle für diese Geräte iedrigere Bauteilkoste pro Stück a, jedoch geht dies zulaste zuküftiger Skalierbarkeit. Softwaredefiierbare Hardwareplattforme Prozessore, DSPs, FPGAs usw. liefer Systemetwickler die Flexibilität, das Verhalte eies Geräts umfasseder zu äder, ohe echte Äderuge a der Hardware vorzuehme. Hier sid zwar die Bauteile teurer, aber weil es möglich ist, eie Etwurf für zahlreiche Geräte zu verwede, lasse sich die Desigkoste erheblich reduziere, die Marktateile erhöhe sowie mit der Zeit die Stückzahle steiger ud Koste seke. Aktualisierug im Feld ud Ifrastruktur Obwohl Edgeräte uter Umstäde zur Aktualisierug eigeschickt werde köe, sollte Embedded-Geräte, die vielfach permaet außerhalb eier Fertigugsalage Embedded Systems Outlook

19 motiert sid, auch dort aktualisiert werde. So köe es z. B. Koste im Eergiesegmet, die i Verbidug mit eiem Serviceeisatz für ei dezetrales, am Mast motiertes Überwachugssystem etstehe, leicht mit de Aschaffugskoste des Embedded-Cotrollers aufehme. Embedded-Etwickler implemetiere i ihre Geräte i der Regel Mechaisme, die es erlaube, diese vor Ort zu aktualisiere. Bei der Erstellug dieser Systeme müsse die Etwickler über die etsprechede Ifrastruktur ud die Mechaisme für ihre Etwurf etscheide, eischließlich des physikalische Mediums, Sicherheit, Zuverlässigkeit ud Systemmaagemet. Für Aktualisieruge ist ei USB-Stick sehr beliebt. Die Aforderuge im Hiblick auf direkte Zugag ud Beutzereigriffe sid hilfreich, we es um Sicherheitsud Systemmaagemetbelage geht. Ebefalls verbreitet ud och flexibler ist die Optio, dezetrale Updates mithilfe vo Webdieste über eie drahtlose oder drahtgebudee Verbidug vorzuehme. Bei dieser Variate utzt das Embedded-Gerät Webdieste ud Sicherheitsmechaisme wie SSL, um regelmäßig Status- oder Aktualisierugsmelduge zu erhalte. Der Home-Server verwaltet Geräteversioe ud -fuktioe, die im Außeeisatz geutzt werde. Ist ei Update erforderlich, ka das Gerät eie eue Satz a Softwarebefehle oder FPGA-Dateie heruterlade, eie zyklische Redudazprüfug laufe lasse oder weitere Prüfuge durchführe, um de korrekte Empfag der Dateie zu validiere. Aschließed wird die eue Versio ereut gelade. Diese Mechaisme köe uabhägig oder i bestehede Werkzeuge zum uterehmesweite Alagemaagemet itegriert sei. Etscheidug für eie Werkzeugkette Da Embedded-Geräte jahre- oder jahrzehtelag am Markt bleibe, ist es wichtig, dass die Softwarewerkzeuge für Desig ud Etwicklug lagfristige Support biete ud wirtschaftliche Frage zur Sprache komme, die Systemetwickler ormalerweise icht i Betracht ziehe. Ei Beispiel sid Ope-Source- Softwarewerkzeuge: Sie sid relativ kostegüstig, aber we sie sich weiteretwickel, ist es später evetuell icht mehr möglich, passede Etwicklugswerkzeuge oder techische Support zu erhalte. Außerdem wird das ursprügliche Etwicklerteam wahrscheilich icht mehr zur Verfügug stehe, we Geräte aktualisiert werde solle. Daher ist auch die zuküftige Verfügbarkeit aderer kompeteter bzw. geschulter Etwickler ei Gesichtspukt. Die gewählte etablierte Softwarewerkzeuge ud eie Auswahl reommierter Abieter für die Hard- ud Software trage dazu bei, die Herausforderuge eier lagfristige Uterstützug vo Embedded-Systeme zu verriger. Vereiheitlichte Softwarewerkzeuge, die lagfristige Support ermögliche Desig 1 Desig 2 Softwaredefiierbares System 1 Softwaredefiierbares System 2 Softwaredefiierbares System N Softwaredefiierbares System 1 Softwaredefiierbares System 2 Softwaredefiierbares System N Kommuikatio ud Ifrastruktur für Feldaktualisieruge Kommuikatio ud Ifrastruktur für Feldaktualisieruge Systemetwickler sollte softwarebasierte Werkzeuge eisetze, die ihe im Laufe der Zeit ei eifaches Upgrade der Systeme ud Lösuge ermögliche. Future Proofig mittels Software

20 Natioal Istrumets Germay GmbH Gaghoferstraße 70 b Müche Tel.: Fax: i.com/germay Natioal Istrumets Ges.m.b.H. Plaibachstr Salzburg-Bergheim Tel.: Fax: i.com/austria Natioal Istrumets Switzerlad Corporatio Austi, Zweigiederlassug Eetbade Soebergstr Eetbade Tel: Fax: i.com/switzerlad Natioal Istrumets i.com Gaghoferstraße 70 b Müche Tel.: Fax: Sitz der Gesellschaft: Müche Hadelsregister: Amtsgericht, Müche HRB USt-IdNR.: DE WEEE-Reg.-Nr.: DE Geschäftsführer: Michael Dams, Pete Zogas Dresder Bak Müche Koto BLZ Natioal Istrumets Ges.m.b.H. i.com Plaibachstr Salzburg-Bergheim Tel.: Fax: Sitz der Gesellschaft: Bergheim FN 34180s Firmebuchgericht: Ladesgericht Salzburg UID ATU WEEE-Reg. Nr. ERA# DVR Geschäftsführer: Dipl.-Ig. Güther Stefa Hypo Bak Bergheim (BLZ 55000) Koto Natioal Istrumets Switzerlad Corporatio Austi, Zweigiederlassug Eetbade i.com Soebergstr 53 CH-5408 Eetbade Tel.: Fax: Hadelsregister des Katos Aargau Geschäftsführer: Christia Moser/Michael Dams UBS Kotokorret CHF Koto-Nr IBAN CH BIC UBSWCHZH80A 2012 Natioal Istrumets. Alle Rechte vorbehalte. LabVIEW, Natioal Istrumets, NI ud i.com sid Marke vo Natioal Istrumets. LEGO ist eie Marke der LEGO Group the LEGO Group. Adere erwähte Produkt- ud Firmeame sid Marke oder Hadelsbezeichuge der jeweilige Uterehme. Die Natioal Istrumets Alliace Parter sid uabhägige Uterehme ud stehe i keiem Agetur-, Kooperatios- oder Joit-Veture-Verhältis zu NI. Druckfehler, Irrtümer ud Äderuge vorbehalte F

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