sponsored by: Ein Verlagsbeihefter der Heise Zeitschriften Verlag GmbH & Co. KG extra Embedded Systems Schwerpunkt: Industrie-PCs und ihre Betriebssysteme Klein, kompakt und ohne Lüfter Schnell-Boot Betriebssysteme für Industrie-PCs Immer kleiner Vorschau Security Sicherheit in serviceorientierten Architekturen Veranstaltungen 3. 5. März, Nürnberg Embedded World 2009 www.embedded-world.de/ 20. 24. April, Hannover Hannover Messe 2009 www.hannovermesse.de 3. 7. Mai, Essen Kiosk Europe 2009 www.kioskeurope-expo.com/ Seite I Seite VI Seite VIII ix extra Embedded Systems zum Nachschlagen: www.heise.de/ix/extra/embedded.shtml Embedded Systems Schnell-Boot Klein, kompakt und ohne Lüfter Der Trend bei Industrie-PCs geht zu kleinen, schnellen und zuverlässigen Geräten. Da sie auf den jeweiligen Einsatz abgestimmt sein müssen, gibt es eine große Zahl von Mainboard-Herstellern. Große Hitze oder Kälte, Temperaturschwankungen, hohe Luftfeuchtigkeit, Vibrationen, schmutzige oder bewegte Umgebungen dürfen den Industrie-PCs nichts ausmachen. An solchen Orten würden Desktop-PCs schnell an ihre Grenzen stoßen und den Dienst versagen. Industrie-PCs (IPCs) orientieren sich zwar an der Architektur der klassischen PCs, brauchen aber zusätzliche Ausrüstung, um zuverlässig und unverwüstlich in schwierigen Umgebungen zu arbeiten. Das Spektrum der IPCs ist groß, in Bezug auf ihre Anwendungsbereiche und die eingesetzte Technik. Es reicht vom Einsatz in Industrie-Umgebungen und Fertigungshallen, über medizinische Umgebungen und Messeinrichtungen bis hin zu Zeiterfassungs-Terminals, Fahrkartenautomaten, einarmigen Banditen oder Infotainment-Geräten und elektronischen Kassen im Supermarkt. Daher spricht man auch von Embedded-PCs, wobei PC für eine x86-architektur steht. Hingegen versteht man unter Embedded-Systemen alle in einem Gerät integrierten Mikroprozessorschaltungen, dazu zählen etwa Herzschrittmacher, Waschmaschinen, Telekommunikationsanlagen oder andere Hausgeräte und in der IT Drucker sowie Router. Ein Kriterium erfüllen alle: Sie erledigen im Unterschied zu herkömmlichen PCs vordefinierte Aufgaben, für die ihre Hard- und Software optimiert ist. Viele Hersteller bauen Industrie-PCs aus unterschiedlichen Komponenten. Eine vollständige Übersicht kann es nicht geben. Daher konzentriert sich die vorliegende Marktübersicht auf Hersteller, die x86- IPC-Mainboards produzieren selbstverständlich ohne Anspruch auf Vollständigkeit. Von Mini zu Minimini Als großer Trend ist eindeutig erkennbar: Prozessoren, Boards und IPCs selbst schrumpfen. Energieffiziente Prozessoren und Flash-Speicher senken gleichzeitig den Stromverbrauch. Eine geringe Leistungsaufnahme führt zu wenig Abwärme. Da es in Industrieumgebungen schwierig ist, für eine Kühlung zu sorgen, entstehen vermehrt kompakte, lüfterlose Systeme. Es gibt für Industrie-PCs Einsatzbereiche, in denen Festplatten nicht zu vermeiden sind. Siemens verwendet in seiner IPC-Familie Simatic wahlweise Flash-Speicher oder für raue Industrie-Umgebungen getestete Festplatten, die höhere Temperaturen und Vibrationen vertragen. Sie ruhen in speziellen Aufhängungen mit I
Ein kompletter Industrie-PC auf 7ˇxˇ7 cm 2 : Der Formfaktor Qseven ist der bislang kleinste am Markt. Solche IPCs nutzen Strom sparende Atom-Prozessoren (Abbildung 1). genau abgestimmten Puffern. Siemens betreibt dazu ein eigenes Prüfcenter. 7 mal 7 = Qseven Bei der Miniaturisierung gibt der Formfaktor Qseven den Ton an. Eine 7ˇxˇ7 cm 2 große Platine bietet alles, was zu einem IPC gehört. Die Entwicklung stammt von einem Industriekonsortium mit 20 Mitgliedern, darunter Hersteller wie Advantech, MSC, congatec, Seco, IEI und Portwell (www.qsevenstandard.org). Deren Qseven- Spezifikation liegt derzeit in der Version 1.11 vor und sie beschreibt mehr als nur die Ausmaße. Auf klassische Interfaces wie ISA, PCI, EIDE oder VGA verzichtet Qseven und setzt stattdessen auf neue Standards wie SATA, PCI-Express oder das LVDS Display Interface (Low Voltage Differential Signaling). Für den Anschluss von SD-Karten verwendet Qseven die aktuelle SDIO-Schnittstelle (Secure Digital I/O 8-Bit). Ein erstes auf dem neuen Formfaktor Qseven basierendes Board stellte das Unternehmen Congatec auf der Elektronica 2008 vor: Conga-QA nutzt den energiesparenden Atom-Z5xx- Prozessor von Intel sowie deren System Controller Hub US15W. Mit seinen geringen Abmessungen, einer Leistungsaufnahme von unter fünf Watt, Funktionen für Batterie- und ACPI-3.0- Power-Management eignet sich Conga-QA vor allem für mobile Anwendungen (siehe Abb. 1). Qseven definiert darüber hinaus eine Software-API für Funktionen wie Watchdog Timer, LCD-Helligkeitskontrolle, BIOS- und User-Speicherzuordnung sowie das Auslesen von Systemtemperaturen. Nach Angaben von Congatec sollen Anwender Qseven-Module unterschiedlicher Hersteller ohne Änderungen an Hard- und Software untereinander austauschen können. Congatec will das Modul ab April 2009 für 125 Euro (netto) pro Stück verkaufen. In Arbeit sind noch Hyper- Threading und Virtualisierung, die der Hersteller integrieren will. Auf einem einzigen Embedded-Modul sollen dann zwei bisher getrennte Systeme unabhängig voneinander laufen können, parallel und unter zwei verschiedenen Betriebssystemen, obwohl physikalisch nur ein Prozessor-Kern vorhanden ist. Ein Beispiel: Während die Automatisierungs-Steuersoftware ein Echtzeit-Betriebssystem nutzt, kann die Visualisierung parallel unter Windows oder Linux laufen. Zu den unterstützten Betriebssystemen zählen Windows XP/2000/CE, Linux, Preemptive Linux, VxWorks, Microware OS-9, Ontime RTOS-32 und Pharlap ETS. Ebenfalls auf der Electronica 2008 gab es ein erstes nach der Spezifikation genormtes Masterboard im Qseven-Format zu sehen. Der Hintergrund: Normalerweise entstehen Embedded-PCs aus der Kombination von Hardwarekomponenten und der entsprechenden Software. Mit Qseven dreht sich dieses um: Entwickler bauen sich ihre Systeme aus fertigen IPCs zusammen, die sie in ihre Schaltungen integrieren. Mithilfe des vorgestellten Masterboards können Entwickler ihre Systeme zusammenstecken und testen. Hersteller setzen auf Atom-CPU Derzeit wächst die Zahl der Ankündigungen und Präsentationen auf Messen von Anwendungen auf Basis der Atom-CPU von Intel, die trotz geringen Stromverbrauchs eine hohe Rechenleistung bringen. Sie kommen ohne Lüfter aus, sind kompakt und passen auf die Hutschienen im Sicherungskasten. Aber klein, kompakt und schnell sind nicht die einzigen Kriterien, die für IPCs eine Rolle spielen. Im Gegensatz zum IT- Markt fordert die Industrie eine Verfügbarkeit bis hin zu 15 Jahren. Darin sieht BITKOM in seiner Studie Die Bedeutung des Sektors Embedded Systeme derzeit eine große Herausforderung, denn Gewährleistungspflicht und Ersatzteilversorgung müssen sichergestellt sein. Das führt dazu, dass alte Systeme nach wie vor im Einsatz sind, denn ein IPC etwa in einem Ultraschallgerät muss nicht unbedingt jeden Technologiesprung oder Innovationsschritt im Bereich der Elektronik und IT mitmachen wichtig ist, dass es die medizinische Funktion auf der Höhe der Technik erfüllt. Neben den Qseven-Zwergen existiert ein weites Feld für Bauformen der IPCs, etwa die Panel-PCs, worunter man eine Form versteht, bei der Rechner und Display eine Einheit bilden und bei der man dank Flash- Karten und Strom sparender CPUs auf Lüfter verzichten kann. Man findet sie in der Industrie, in der Prozessvisualisierung oder der Medizin. Standards für Einplatinenrechner Die Hersteller von IPC-Motherboards richten sich nach Standards. Dazu gehören die Single-Board-Computer (SBC), auch als Einplatinenrechner bezeichnet. Dabei handelt es sich um einen Standard für Motherboards, bei dem wie bei Qseven alle elektronischen Bauteile auf einer Leiterplatte untergebracht sind. Im Unterschied zum Qseven-Modul, das nicht alleine lauffähig ist, sondern immer in eine eigene Schaltung integriert sein muss, sind andere sofort einsetzbar, zum Beispiel Geräte der Formfaktoren PC/104 und EPIC (Embedded- Plattform für Industrial Computing). Beide gehören zum Standard SBC. PC/104 (www.pc104.org) zählt mit 9ˇxˇ9,6ˇcm 2 ebenfalls zu den Kleinen, eingesetzt in der Automation, Medizintechnik, Verteidigung, Transport & Verkehr, Kioskanwendungen und Infotainment. PC/104-Module nutzen den ISA-Bus zum Datenaustausch. Sie lassen sich ineinander stecken oder stapeln und können auf die Art komplexe Rechnersysteme bilden, die ohne Backplane auskommen. Die Erweiterung PC/104-Plus bietet neben dem 104-poligen Stecker für den ISA-Bus einen weiteren 120-poligen Stecker II ix extra 2/2009
Pole-Position für bessere Software Wir möchten, dass Sie bessere Software entwickeln können. Von Anfang an. DAS QA SYSTEMS-LEISTUNGSPAKET Requirements-Management: IRQA Professionelles Anforderungsmanagement mit perfektem Preis/Leistungsverhältnis Statische Sourcecode-Analyse: QA-C, QA-C++, MISRA Fehler identifizieren, bevor sie sich auswirken können. Standards wie MISRA automatisch überprüfen Dynamischer Test: VectorCAST Automatisierung der Testprozesse ohne manuelles Schreiben von Testcode Normen wie DO-178B, FDA, IEC 61508 und CENELEC erfüllen Know-how-Transfer durch Experten wie Dr. Scott Meyers, Prof. Dr. Les Hatton, Suzanne Robertson in Seminaren und Workshops Mehr Infos unter www.qasystems.de QA Systems GmbH Schwieberdinger Str. 56 70435 Stuttgart Tel +49 (0)711 / 13 81 83-0 Fax -10 sales@qasystems.de
für den PCI-Bus. Wegen der geringen Leistungsaufnahme lassen sich damit Systeme aufbauen, die ohne aktive Kühlung auskommen. Zu den Herstellern, die solche Boards anbieten, gehören EEPD, gbm, EIE, MPL, Kontron oder Beckhoff. Weitere Bauformen für Single-Board-Computer beschreiben das EBX-Format (Embedded Board expandable) mit 14,6ˇxˇ20,4 cm 2 und das EPIC- Format (Embedded Plattform für Industrial Computing) mit 11,5ˇxˇ16,5 cm 2. ITX und ATX Im Unterschied zu den SBC- Formaten orientieren sich Systeme mit ITX (Integrated Technology Extended) oder ATX-Mainboards (Advanced Technology Extended) stark an PC-Boards, verwenden aber andere Komponenten. ATX mit 30,5ˇxˇ24,4 cm 2 hat vergleichsweise gigantische Ausmaße, die identisch mit denen für PCs sind, Mini-ITX ist mit 17ˇxˇ17 cm 2 etwas handlicher. Für den letztgenannten Formfaktor kündigt Kontron eine Concept Box an, eine Embedded-Box-PC-Baureihe, die ein hauseigenes Mini-ITX- Board enthält. Box-PCs sind besonders robuste Industrie- PC-Systeme für leistungsstarke und platzoptimierte Applikationen. Mit flexiblen Gehäuseprofilen will Kontron den individuellen Entwicklungsaufwand reduzieren und seine OEM- Kunden unterstützen, ihre Produkte schneller auf den Markt zu bringen eine laut BITKOM wichtige Aufgabe im Bereich Embedded-Systeme. Anwendungen für Box-PCs finden sich unter anderem in den Bereichen Automatisierung, POS/ POI, Medizin, Security und Transportation. Eine Erweiterung des Konzepts für andere Embedded-Formfaktoren hat das Unternehmen in Aussicht gestellt. IPCs mit eigener Backplane HERSTELLER VON IPC-MAINBOARDS (X86) Die folgende Übersicht hat keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Hersteller Website Advantech Europe www.advantech.de AMC Analytik & Messtechnik www.amc-systeme.de Axiomtek Deutschland www.axiomtek.de Beckhoff Automation www.beckhoff.de BEG Bürkle www.beg-buerkle.de Bernecker + Rainer Industrie-Elektronik www.br-automation.com Comp Mall (Distributor) www.comp-mall.de Congatec www.congatec.de Digital Logic www.digitallogic.ch EEPD www.eepd.de Eltec www.eltec.de Emtrust www.emtrust.de Evoc Group de.evoc.com gbm www.gbm.de ibase www.ibase.com.tw ICO Innovative Computer (Distributor) www.ico.de Industrial Computer Source www.ics-d.de Inovis Industrial Computing www.inovis-group.com IP2u (Distributor) www.ipc2u.de Kontron de.kontron.com MPL www.mpl.ch MSC Tuttlingen GmbH (Distributor) www.msc-tuttlingen.de Nexcom www.nexcom.eu Phytec www.phytec.de Radisys www.radisys.de Spektra Computersysteme www.spectra.de TQ Components www.tqc.de Visam www.visam.de Neben SBCs und den PC-angelehnten Formaten ITX und ATX gibt es als dritte Kategorie Rechner, die eine eigene Backplane nutzen. Hier gelten die PICMG-Spezifikationen der 450 Mitglieder starken PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG). Sie wurde 1994 gegründet und regelt PCI-basierte Standards (www.picmg.org), besonders für Telekommunikations- und Industrie-Anwendungen. Herausgebracht haben sie PICMG 1.0, 2.x und 3.x. Zu PICMG 2.x gehört die Spezifikation für Compact PCI (cpci), die eine Platinengröße vom 10ˇxˇ16 cm 2 im Eurokartenformat mit passiver Backplane definiert. Die Verbindung zur Backplane erfolgt über fünfreihige Stecker. Ein Beispiel für eine CompactPCI-Board ist das Board ICP-CP75 von Emtrust, ausgerüstet mit einem Intel Core 2 Duo T944. Als Anwendungsbereiche nennt das Unternehmen Mess- und Regelungstechnik, Medizintechnik, Automation, Infotainment sowie das Energie- und Umweltmanagement. Mit der Erweiterung von CompactPCI (CPCI) durch die Spezifikation PICMG 2.3 zu CompactPCI Plus hält aktuelle PC-Technik Einzug: PCI-Express, Serial-ATA und USB, die über die Backplane erreichbar sind. Fazit Es gibt viele Bauformen und Standards für die Motherboards von Industrie-PCs, die Hersteller der Branchen in variantenreiche Bauformen integrieren. Als Trend zeigt sich eine Miniaturisierung der Bauteile. Durch die Nutzung neuer Technik wie der Strom sparenden Atom- Prozessoren oder Virtualisierung entstehen neue Formfaktoren und letztlich IPCs, die lüfterlos und kompakt die ihnen zugewiesenen Anwendungsbereiche steuern und optimieren können. Auf der Basis dürften neue Anwendungen entstehen in Zukunft wahrscheinlich verstärkt für das Infotainment im Auto. (rh) Barbara Lange ist IT-Journalistin und Inhaberin des Redaktionsbüros. IV ix extra 2/2009
Perforce Das schnelle Software-Konfigurationsmanagementsystem Wir stellen vor: das Perforce Plugin für Eclipse Arbeiten Sie mit Perforce in Ihrer Eclipse basierten IDE. Bietet Entwicklern komfortablen Zugriff auf Perforce SCM aus ihrer Eclipsebasierten IDE. Funktionsumfang: Schneller Zugang zum gesamten Dateiverlauf Volle Unterstützung für kooperative Entwicklung mit der Möglichkeit, Dateien zusammenzuführen Offline zu arbeiten und bei Verbindung wieder zusammenführen Dateivergleich sowie Unterstützung für Defect Tracking Das Perforce Plugin für Eclipse Das Perforce Plugin für Eclipse unterstützt Windows ebenso wie Linux und ist eine der vielen Integrationen, die zum Perforce SCM-System mitgeliefert werden. Laden Sie unter www.perforce.com völlig unverbindlich eine Gratisversion von Perforce herunter. Während Ihres Testlaufs können Sie den technischen Support kostenlos in Anspruch nehmen. Alle Marken und eingetragenen Marken sind das Eigentum ihrer jeweiligen Inhaber.
Immer kleiner Betriebssysteme für Industrie-PCs Zwar verbreitet sich die PC-Architektur mehr und mehr in der Industrie, der Medizintechnik und im Verkehrswesen, aber dort gelten besondere Anforderungen: Die Betriebssysteme müssen ausfallsicher laufen und sparsam mit den Ressourcen umgehen. Computer, die in Industriebetrieben, Krankenhäusern oder bei der Gebäudeautomation ihren Dienst versehen, verfügen oft nur über wenig Raum, sind belastenden Umweltbedingungen ausgesetzt und müssen mit mageren Ressourcen zurechtkommen. Diejenigen, die mit x86-prozessoren laufen, heißen Embedded- oder Industrie-PCs (IPCs). Reduzieren der Time-to-Market Anstieg des Qualitätsanspruchs an Embedded-Systeme Bedeutung von Standards respektive offenen Standards Anstieg der Komplexität von Embedded-Systemen Globalisierung Fachkräftemangel Anstieg des in Embedded-Systemen gebundenen Anteils an R&D-Budget Zertifizierungsmaßnahmen Anforderungen an Sicherheit (Embedded-Systeme) Open Source Anstieg der Kosten für Test und Auswertung gesetzliche Auflagen Reifegrad der Hersteller hinsichtlich Subcontracting horizontale Integration (Bedeutung von Middleware-Layern) Preisverfall Multi-Core-Hardware Quelle: BITKOM Allerdings findet man sie nicht nur in Fabrikhallen. IPCs müssen kompakt sein und brauchen ein schlankes Betriebssystem, da Festplatten die harten Anforderungen meist nicht erfüllen können, etwa trotz starker Vibrationen, hoher Temperaturen oder geringer Stromversorgung störungsfrei zu arbeiten. Die Marktübersicht konzentriert sich auf Betriebssysteme für Industrie-PCs mit x86-prozessoren ohne Anspruch auf Vollständigkeit. Embedded-Betriebssysteme sind exakt auf die Hardware abgestimmt, auf der sie laufen, BETRIEBSSYSTEME FÜR EMBEDDED-SYSTEME Die folgende Übersicht hat keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Hersteller/Distributor Betriebssystem Website Embedded Office μc/os-ii www.embedded-office.de Euros Embedded Systems Euros www.euros-embedded.com Express Logic Thread X www.expresslogic.de; www.rtos.com Greenhills Software Integrity www.ghs.com LynuxWorks LynxOS 5.0; LynxOS-178; www.lynuxworks.com LynxOS-SE RTOS; Blue Cat Linux Micro Digital; Distributor SMX www.smxrtos.com, Embedded Tools www.embedded-tools.de Microsoft Windows Embedded www.microsoft.com/ Standard (bislang windowsembedded Windows XP Embedded) Miray Software Symobi www.miray.de www.symobi.com Montavista Mobilinux www.mvista.com, www.mobilinux.com On Time Real-Time and RTOS-32 www.on-time.com System Software QNX Software Systems Neutrino www.qnx.com/company/ germany Radisys Microware OS-9 www.radisys.com/germany Siemens RMOS3 www.siemens.de/rmos3 Sysgo AG PikeOS; ElinOS www.sysgo.com (Embedded Linux Distribution) Wind River Systems VxWorks; Windriver Linux www.windriver.com/de verschiedene Distributionen Linux www.kernel.org verschiedene Distributionen BSD www.netbsd.org 1 2 3 4 sehr hohe Bedeutung...... keine Bedeutung und an den Einsatzbereich angepasst: Ein Embedded-System ohne Display braucht keine Software für die Bildschirm- Treiber, und es ist sicher nicht erforderlich, dass ein Fahrkartenterminal die Ressourcen für Editoren oder Entwicklungsumgebungen bereithält. Unnötiger Code für nicht benötigte Software oder Kernel-Module ist schlicht unerwünscht. Ausfallsicher über Jahre Basis: 74 Unternehmen Schwerpunkte: Diese Faktoren beeinflussen die Branchen der Embedded-Systeme. Anbieter müssen vor allem die Markteinführungszeiten ihrer Produkte reduzieren. Open Source liegt im Mittelfeld (Abb. 1). Die Leidensfähigkeit, die im Büroumfeld in Bezug auf Ausfallsicherheit entstehen konnte, ist im industriellen Umfeld nicht akzeptabel: Ein medizintechnischer PC darf während einer Operation nicht abstürzen, mal eben ein Update installieren oder neu booten. Die Ausfallsicherheit muss zu jeder Zeit bestehen, über Jahre hinweg, wobei der Grad der Sicherheit vom Einsatzbereich abhängt: Bei einem Zeiterfassungs-Terminal spielt die unbedingte Zuverlässigkeit keine existenzielle Rolle. Zur erhöhten Sicherheit des Gesamtsystems trägt ein Watchdog wesentlich bei, der im Gegensatz zum Desktop-System bei IPCs unverzichtbar ist. Es geht vor allem darum, einem Ausfall des Systems zuvorzu- VI ix extra 2/2009
kommen. Dazu nutzen IPC ein spezielles Verfahren: Ein Hardwarezähler springt beim Start des Betriebssystems mit einer bestimmten Zahl an und zählt rückwärts. Vor dem Erreichen der Null muss das Betriebssystem den Zähler wieder auf den Anfangswert zurücksetzen. Hat das Betriebssystem seine Dienste eingestellt, erreicht der Zähler die Null, was einen Hardware-Reset auslöst, der das System wieder in einen definierten Ausgangszustand bringt. Eine weitere wichtige Rolle spielen inzwischen Themen wie die Multitasking-Fähigkeit sowie die Unterstützung von Multi- Cores und -prozessoren. Mit Ansprüchen wie Fernwartung übers Netz stellen sich neue Anforderungen an die Sicherheit beim Remote-Zugriff auf den IPC. IPCs haben lange Lebenszyklen Ebenso wie für die Hardware müssen Betriebssysteme für Industrie-PCs lange verfügbar sein. Die rechtlichen Wartungsund Gewährleistungspflichten können je nach Produkt und Branche bis zu 15 Jahre betragen. Kein Wunder, dass Irritationen entstehen, wenn ein Hersteller den Support für ein Betriebssystem einstellt, wie es Microsoft vor einiger Zeit mit Windows XP getan hat. Vor dem Hintergrund ist es wohl zu sehen, dass die Redmonder nun ihr Windows XP Professional noch bis 2016 unter dem Namen Windows Embedded Enterprise ausliefern wollen. Das Produkt entspricht technisch der Desktop-Version, Anwender dürfen es aber nur für Embedded-Anwendungen nutzen. Als weitere Embedded-Varianten bietet Microsoft Windows Embedded Standard an, ein 32-Bit-Betriebssystem mit XP-Kernel. Der Anwender kann aus Komponenten ein Betriebssystem für die jeweiligen Bedürfnisse zusammenstellen und den Code klein halten. ix extra 2/2009 Der Markt für Embedded- Betriebssysteme unterscheidet sich von dem für Desktops und Server. BITKOM schätzt ihn als überschaubar und von amerikanischen Anbietern dominiert ein. Gleichzeitig beobachtet der Branchenverband ein starkes Wachstum von Open-Source- Alternativen, heißt es in der Als Boot-Medium für das Betriebssystem nutzen Hersteller zunehmend Flash-Speicher. Ein normaler Desktop-PC würde in schmutzigen, staubigen Umgebungen mit extremen Temperaturen oder großen Vibrationen nicht lange laufen. Eine Festplatte kann Erschütterungen nicht lange standhalten und muss bei extremen Plusund Minusgraden passen. Gleichzeitig kann Schmutz durch die Lüfter für CPU und Netzteil in das Innere der PCs geraten. Viele Hersteller verzichten deshalb auf Festplatte und Lüfter und setzen stattdessen auf Flash-Speicher, den es in mehreren Bauformen gibt. Einen mit der Festplatte vergleichbaren Standard gibt es nicht. Flash-Karten befinden sich on board zum Beispiel als Disk on Chip (DOC), sind in einem USB-Stick verbaut, als SD-Card einsteckbar oder als Disk on Modul (heute SSD) verfügbar. Über Adapter lassen sich zudem Compact-Flash- Karten (CFII) verwenden. Großer Vorteil: Weil sie keine bewegten Teile haben, machen Erschütterungen ihnen nichts aus. Sie verbrauchen weniger Energie und erzeugen weniger Wärme man kann deshalb auf einen Lüfter verzichten. Nachteile: Sie sind beim Schreiben von Daten langsamer, und der Preis je GByte ist höher. Außerdem sind die Schreibzyklen der Flash-Karten im Unterschied zur Festplatte begrenzt. Die Bandbreite reicht von 100ˇ000 bis 5ˇ000ˇ000 Schreibvorgängen je nach verwendeter Flash-Architektur. Flash-Speicher als Alternative Damit das System nicht ständig die gleichen Speicherzellen beschreibt, verteilt ein Controller im Flash-Laufwerk die Schreibvorgänge auf alle Speicherzellen gleichmäßig (Wear Levelling). Studie Die Bedeutung des Sektors Embedded Systeme, die Pierre Audoin Consultants (PAC) und TechConsult im Auftrag von BITKOM erstellt haben. Einige Merkmale des Marktes aus der Sicht der Betriebssysteme: ˇUnternehmen gehen teilweise aus Kostengründen zu Embedded Linux über. Die Nachfrage nach freien und kostengünstigen Systemplattformen steigt. ˇDer Handel mit Embedded- Betriebssystemen geht nicht über den Ladentisch, sondern meist über ein Projektgeschäft. Die zugrunde liegenden Hardwareplattformen unterscheiden sich stark, sodass in der Regel Flash-Dateisysteme Das können auch spezielle Dateisysteme übernehmen, etwa das Filesystem TrueFFS von Windows XP für Memory Technology Device (MTD), das Journaling Flash File System JFFS2 für Linux oder das Yet Another File System (YAFFS). Sie berücksichtigen die besonderen Eigenschaften von Flash- Speichern und verteilen die Schreibzugriffe relativ gleichmäßig über das gesamte Medium. Compact-Flash-Karten besitzen von sich aus eine IDE-Schnittstelle und verhalten sich wie eine Festplatte, wenn man sie zuvor per Softwareschalter entsprechend konfiguriert hat. Dann lässt sich selbst Windows von der Flash-Karte booten. Wenn man allerdings mehr als 32 GByte benötigt, sollte man lieber eine Festplatte oder bei IPCs eine Solid State Disk (SSD) als Medium für das Betriebssystem nutzen. Letztere lassen sich wie eine herkömmliche Festplatte ansprechen und benutzen keine beweglichen Teile, sind aber noch relativ teuer. Kartenspiel: Für Embedded-Systeme gibt es Flash-Speicherkarten in mehreren Größen, zu sehen von links nach rechts DiskOnChip, CFII-Karte und zum Größenvergleich ein USB- Stick. Oberhalb der CFII-Karte liegt ein Adapter für IDE (Abbildung 2). VII
ein Integrationsaufwand entsteht. Überhaupt beziehen viele Anwenderunternehmen im Embedded-Bereich Fremdleistungen für Hardware, Softwareentwicklung und Dienstleistungen. Industrie setzt auf Linux Für die Verbreitung von Linux im Maschinenbau und in der Automatisierungsindustrie hat sich im Jahr 2005 das Open Source Automation Development Lab, kurz OSADL (www.osadl.org), gegründet. Die Genossenschaft hat sich die Aufgabe gestellt, das offene Betriebssystem für den industriellen Einsatz anzupassen. Zu den 25 Mitgliedern gehören Anwenderunternehmen und Hersteller wie ELTEC Electronik, Kontron, TRUMPF, Homag Holzbearbeitungssysteme, Heidelberger Druckmaschinen oder Roche Diagnostics. Als Dienstleister sind Unternehmen wie basyscom, Linutronix oder Pengutronix dabei. Mittlerweile setzen 15 bis 25 % der Unternehmen im Maschinen- und Anlagenbau Linux im Embedded-Bereich ein, schätzt OSADL. Unterstützt hat die Genossenschaft die Weiterentwicklung des Realtime Preemption Patch für Linux. Seit Ende 2007 sind große Teile davon in den Linux-Kernel 2.6.24. integriert worden. Darüber hinaus baut die OSADL durch Beratungen und Workshops ein Knowhow auf, da sich durch den Einsatz von Open-Source-Software neue Fragen in den Bereichen Lizenzen und Patente stellen. Linux entspricht den besonderen Ansprüchen der Industrie, heißt es in der Präambel von OSADL: Das Betriebssystem unterstütze lange Produktionszyklen. Die Community ermögliche eine rasche Fehlerbeseitigung, und vor allem seien die Anwenderunternehmen unabhängig von einzelnen Softwareherstellern und behielten somit die Kontrolle über die Funktionsweise ihrer Systeme, da sie den Quellcode besitzen. Darüber hinaus gehören Echtzeitfähigkeit sowie spezielle Treiber und Basistechniken zu den besonderen Anforderungen der Industrie. Alle benötigten Treiber und Schnittstellen für Maschinen wollen die in OSADL organisierten Unternehmen gemeinsam erstellen. Der Grundgedanke: Durch Kooperation können sie mehr ausrichten, als wenn jeder für sich allein in die Tasten greift. Daher vergibt OSADL mehrheitlich beschlossene Aufträge für Open- Source-Projekte. Neben der Weiterentwicklung des Echtzeit-Linux-Kernels und Virtualisierung auf Kernel-Ebene sind in der letzten Zeit Treiber entstanden wie ein Echtzeit-Ethernet- Treiber oder die Erweiterung des Echtzeit-Linux-Kernels für Coldfire-Prozessoren. Wo bleibt das Betriebsgeheimnis? Dabei stellt sich die Frage, ob Unternehmen dadurch nicht zu viele Firmengeheimnisse preisgeben. Für OSADL lautet die Antwort: nein. Es gehe vielmehr darum, zu erkennen, wo das Alleinstellungsmerkmal des Unternehmens liegt, und das sei sicher nicht in der Treibersoftware zu finden. 95 Prozent der in Unternehmen verwendeten Software löse Aufgaben, vor denen alle stehen, sagte Open- Source-Evangelist Bruce Perens auf der Veranstaltung Open Source meets industry während der Hannover Messe 2008. Das Alleinstellungsmerkmal eines Unternehmens drücke sich nur in etwa fünf Prozent der Software aus, und der Anteil sei nicht für Open Source geeignet die übrigen 95 % aber sehr wohl. Open-Source besitzt eine große Kraft, sodass Betriebssystem-Hersteller wie Wind River, LynuxWorks oder Symobi den Ansatz mittlerweile in ihre Produktstrategien übernommen haben, indem sie eigene Linux- Distributionen anbieten. Als Hauptargument nennen sie den Support, den sie ihren Kunden bieten ein wichtiges Kriterium aus der Sicht der Anwenderunternehmen, die sich im Zweifelsfall schlecht Herrn Linux kommen lassen können, um ihr System zu reparieren. Wer sein Betriebssystem von www.ker Zwar gelten für serviceorientierte Architekturen (SOA) im Wesentlichen die gleichen Sicherheitsanforderungen wie für herkömmliche Systeme, darüber hinaus gibt es aber spezielle zu berücksichtigen. Dementsprechend lassen sich vorhandene Sicherheitskonzepte nicht übernehmen, sondern lediglich als Basis verwenden. ix extra stellt die Gefahren in lose gekoppelten Umgebungen vor und zeigt, wie ein Sicherheits-Framework eine heterogene Struktur, verteilte Services und unterschiedliche Identitäten schützen kann. Des Weiteren geht es um das nel.org herunterlädt, muss das Know-how entweder selbst besitzen oder einen Dienstleister engagieren. Nach Einschätzung von OSADL wird die Zahl und die Bedeutung der lokal ansässigen Dienstleister steigen, die Unternehmen dabei unterstützen, ihre Systeme zu implementieren und zu warten. Fazit Industrie-PCs können zwar die Betriebssysteme ihrer Desktop- Kollegen nutzen, aber für den Einsatz als Embedded-System bieten Hersteller spezielle Varianten an, die vor allem zwei Aspekte berücksichtigen müssen: Zum einen entstehen immer neue Anforderungen an Sicherheit oder Verfügbarkeit im Netz, zum anderen müssen IPCs ausfallsicher und stabil laufen, und das über viele Jahre hinweg. Eine große Kraft besitzt das offene Betriebssystem Linux, das die Haltung der kommerziellen Betriebssystem-Hersteller verändert hat. Viele von ihnen integrieren Open Source in ihre Produktstrategie, öffnen Teile ihrer Quellen oder bieten Linux-Distributionen an. (rh) Barbara Lange In ix extra 3/2009: IT-Security Sicherheit in serviceorientierten Architekturen DIE WEITEREN IX EXTRAS: Konzept der Identity Federation für die Sicherheit der lose gekoppelten Identitätsdaten. Eine Marktübersicht der Anbieter von Identity-Management-Lösungen rundet den Beitrag ab. Erscheinungstermin: 19. Februar 2009 Ausgabe Thema Erscheinungstermin 04/09 Storage Speichertrends SAN in a Box 26.3.09 05/09 Networking Kommunikationskonvergenz Voice over IP 30.4.09 06/09 Embedded Systems FPGA Chips und Tools 28.5.09 VIII ix extra 2/2009