Eingebettetes modul linux

Arten von Embedded Module Linux

Embedded Module Linux bezeichnet in der Regel miniaturisierte Versionen des Linux-Betriebssystems, die speziell für eingebettete Systeme entwickelt wurden. Im Kontext eingebetteter Systeme wird ein Linux-Kernel als eingebettet eingestuft, wenn er Echtzeitfunktionen und Feature-Sets besitzt, die es dem System ermöglichen, vorgegebene Aufgaben innerhalb vorgegebener Zeitlimits auszuführen.

Benutzer können kundenspezifische Linux-Systeme für die eingebettete Umgebung erstellen, indem sie festlegen, welche Module und Funktionen sie in den Kernel aufnehmen möchten. Dadurch können kleinere, effizientere eingebettete Systeme aufgebaut werden. Es gibt verschiedene Arten von Embedded Linux, darunter:

• Yocto: Das Yocto Project ist eine Open-Source-Zusammenarbeit, die sich an den Embedded-Linux-Markt richtet. Durch das Angebot von Tools, Dokumentation und einer Referenzdistribution rationalisiert es den Embedded-Linux-Entwicklungsprozess. Entwickler können vorgefertigte Softwarepakete verwenden und ihre Linux-Distribution mit dem flexiblen Build-System des Yacto Projects anpassen.
• OpenWrt: OpenWrt basiert auf Linux und ist ein Projekt, das ein vollständig beschreibbares Embedded-Betriebssystem bereitstellt, insbesondere für Netzwerkgeräte wie Router. Dank des Paketmanagementsystems und der umfangreichen Sammlung von Softwarepaketen von OpenWrt können Benutzer Netzwerkgeräte modifizieren und maßgeschneiderte Funktionalitäten hinzufügen.
• Buildroot: Buildroot ist eine Sammlung von Makefiles und Skripten, die zur Automatisierung des Aufbaus eines Linux-Systems verwendet werden. Es bietet eine einfache und effiziente Methode zur Generierung einer Cross-Compilation-Toolchain, eines Kernels und eines Root-Dateisystems. Entwickler von Embedded-Systemen können mithilfe einer interaktiven menügesteuerten Konfigurationsoberfläche die benötigten Pakete und Optionen für ihr Zielsystem konfigurieren.
• Raspbian: Die Raspberry Pi Foundation bietet das Debian-basierte Betriebssystem Raspbian für Raspberry Pi-Hardware an. Raspbian ist vollständig kompatibel mit dem Raspberry Pi und beinhaltet zahlreiche Funktionen und Optimierungen, um die Leistung zu verbessern.
• Embedded Debian: Das Projekt Embedded Debian zielt darauf ab, eine Debian-Distribution zu erstellen, die auf eingebettete Systeme zugeschnitten ist. Eingebettete Systeme werden typischerweise ohne Monitor ausgeführt und benötigen ein kompaktes und effizientes Betriebssystem, um bestimmte Funktionen auszuführen. Embedded Debian stellt vorgefertigte Images für verschiedene eingebettete Plattformen bereit.
• Embedded Android: Google Android wurde speziell für eingebettete Geräte wie Smartphones, Tablets, Fernseher und Autos entwickelt. Die Architektur von Android basiert auf Linux und bietet Funktionen wie Touchscreen und App-Unterstützung.

Funktionen & Eigenschaften von Embedded Module Linux

Als Embedded Linux wird ein Linux-Programm bezeichnet, das auf eingebetteten Linux-Hardwaremodulen (wie Chips oder Platinen) ausgeführt wird, die in irgendeiner Weise mechanisch mit dem Gerät (eingebettet) verbunden sind. Im Gegensatz zu allgemeinen Betriebssystemen verfügen eingebettete Systeme über eingeschränkte Verarbeitungsressourcen und Speicherkapazität. Die steigende Nachfrage der Kunden nach spezialisierten Betriebssystemen und Softwareflexibilität treibt das Wachstum von Embedded Linux voran.

Ein Embedded-Linux-System umfasst Linux-Kernel-Software, die Möglichkeit, Anwendungen im Benutzerbereich auszuführen, und eine Technik, um zu konfigurieren, was die Software im Benutzerbereich sein soll. Im Folgenden sind einige der Funktionen und Eigenschaften von Embedded Linux aufgeführt:

• Führt Programme aus einem Dateisystem aus: Embedded Linux führt Programme aus einem zugänglichen Dateisystem aus. Ein Dateisystem enthält die digitalen Dateien, die für die Ausführung eines beliebigen Linux-basierten Betriebssystems erforderlich sind, einschließlich wichtiger Teile, Treiber, Bibliotheken und Anwendungen. Linux-Dateisysteme lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Block-Dateisysteme und spezielle Dateisysteme.
• Energiemanagementsystem: Das Embedded-Linux-System benötigt ein Programm zur Verwaltung der Batterieleistung, insbesondere für tragbare Geräte. Dieses Programm steuert, wie die Hardware Strom spart, während das Programm ausgeführt wird und beim Herunterfahren.
• Interprozesskommunikation (IPC): Der Linux-Kernel integriert Shared Memory und Message Passing als wichtige Bestandteile von Interprozesskommunikationssystemen (IPC). Signale und Sockets, die durch POSIX-Standards geschützt sind, sind ebenfalls Teil der Interprozesskommunikation (IPC). Diese Komponenten helfen bei der Verteilung von Informationen über verschiedene Prozesse hinweg.
• Preemption: Preemption ist die Praxis, einen laufenden Prozess auf der CPU anzuhalten, damit ein anderer seinen Platz einnehmen kann. Die Preemption des Linux-Kernels ermöglicht es dem Kernel, von Interrupt-Routinen unterbrochen zu werden, so dass jederzeit ein Kernel-Thread mit niedriger Priorität gegen einen Prozess mit hoher Priorität ausgetauscht werden kann.
• Threading: Eine wichtige Überlegung in Embedded-Linux-Systemen ist Threading oder Multitasking – die Fähigkeit eines Prozessors, mehrere Aufgaben gleichzeitig auszuführen. Multithreading ermöglicht es, separate Aufgaben gleichzeitig innerhalb eines einzigen Prozesses auszuführen und gemeinsam genutzte Speicherressourcen zu teilen.
• Booten und Initialisierung: Die Vorgehensweise zum Booten eines Embedded-Linux-Systems wird in der Regel durch die Hardware bestimmt. Sobald die Hardware eingerichtet ist, verweist eine bestimmte Speicheradresse auf die erste Anweisung im Boot-ROM. Diese Anweisung sollte die Ausführung eines Programms starten, das den Linux-Kernel in den Speicher lädt und ihn dann aufruft.
• Netzwerk: Netzwerk ist ein Schlüsselbereich, in dem sich Embedded-Linux-Geräte ausweiten. Die meisten eingebetteten Systeme führen Software aus, die die Kommunikation mit anderen Systemen oder Geräten über das Internet ermöglicht. Zu diesen Systemen gehören Gateways, Datenerfassungssysteme und Kommunikationsgeräte.
• Sicherheit: Sicherheit ist für Anwendungen von Embedded-Linux-Systemen unerlässlich, insbesondere für solche, die in Finanztransaktionen oder im Gesundheitswesen eingesetzt werden. Sicherheitsprogramme wie Seccomp, die die System-Calls auflisten und steuern, die ein Prozess ausführen kann, tragen zum Schutz der Integrität dieser eingebetteten Systeme bei.

Szenarien

Embedded-Linux-Module werden in verschiedenen Branchen und Anwendungen eingesetzt. Im Folgenden finden Sie einige gängige Szenarien, in denen diese Module implementiert werden können.

• IoT-Geräte: Das Internet der Dinge oder IoT ist ein Netzwerk miteinander verbundener Geräte, die miteinander kommunizieren können. Zu diesen Geräten gehören Smart-Home-Gadgets wie Thermostate, Türschlösser, Home-Assistenten, Haushaltsgeräte und Sicherheitskameras. Es umfasst auch tragbare Technologie wie Fitnesstracker und Smartwatches. All diese Geräte verfügen über Embedded-Linux-Module, die es ihnen ermöglichen, sich mit dem Internet und anderen Peripheriegeräten zu verbinden.
• Industrieautomation: In industriellen Umgebungen werden Embedded-Linux-Module typischerweise in SPS (Speicherprogrammierbare Steuerungen), HMI (Human Machine Interfaces) und Industrie-PCs eingesetzt. Sie helfen bei der Automatisierung von Maschinen, der Überwachung von Systemen und der Steuerung von Prozessen in Fabriken. Diese Module bieten robuste Rechenplattformen für Anwendungen in der Fertigung, Prozesskontrolle und Geräteüberwachung. Dadurch können Aufgaben schneller erledigt werden und das allgemeine Produktivitätsniveau wird gesteigert.
• Automotive-Anwendungen: Automotive-Anwendungen verwenden Embedded-Linux-Module in Fahrerassistenzsystemen (ADAS), Infotainmentsystemen und Telematik-Lösungen. Diese Module ermöglichen Funktionen wie Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, GPS-Tracking und Multimedia-Unterhaltung. Mit diesen Systemen können Fahrer und Passagiere Echtzeitnavigation, Smartphone-Integration und sogar Sprachbefehle genießen.
• Medizinische Geräte: Zahlreiche medizinische Geräte verwenden Embedded-Linux-Module. Dazu gehören Diagnosegeräte, Patientenüberwachungssysteme und Infusionspumpen, um nur einige zu nennen. Der Zweck dieser Module ist es, die Patientenversorgung zu verbessern und es medizinischem Fachpersonal zu ermöglichen, klinische Daten effizient zu sammeln und zu analysieren. Dadurch können Mitarbeiter im Gesundheitswesen den Zustand von Patienten überwachen, diagnostische Tests durchführen und Medikamente verabreichen.
• Konsumelektronik: Produkte aus dem Bereich der Konsumelektronik wie Smart-TVs, Digitalkameras und Spielkonsolen verwenden häufig Embedded-Linux-Module. Diese Module bieten Konnektivitätsfunktionen sowie Multimedia-Verarbeitung. Auf diese Weise können Benutzer Streaming, Content-Erstellung und interaktive Spielerlebnisse von hoher Qualität genießen.

So wählen Sie Embedded Module Linux

Die richtige Auswahl eines Embedded-Linux-Systems zum Verkauf hängt von mehreren Faktoren ab, die von technischen Merkmalen bis hin zu geschäftlichen Erwägungen reichen. Hier sind einige wichtige Aspekte, die ein Käufer berücksichtigen sollte.

• Zielanwendung: Der erste Schritt bei der Auswahl einer Embedded-Linux-Lösung besteht darin, festzustellen, ob sie für den vorgesehenen Einsatzbereich geeignet ist. Ein Modul mit drahtlosen Fähigkeiten könnte für eine Remote-Datenerfassungsanwendung geeignet sein, während ein Modul mit erweitertem I/O besser für einen steuerungsgeregelten Prozess geeignet wäre.
• Leistung: Die Verarbeitungskapazität, die Speicherkapazität und der Speicherplatz eines bestimmten Embedded-Linux-Moduls werden durch die Anwendungsanforderungen bestimmt. Verarbeitungsanforderungen und komplexe Algorithmen würden ein leistungsstärkeres Modul erfordern, als nur Daten drahtlos zu empfangen und zu senden.
• Leistung: Berücksichtigen Sie den Stromverbrauch des Moduls und die Bedeutung der Akkulaufzeit bei mobilen oder eigenständigen Anwendungen. Die Effizienz des Energieverbrauchs von Low-Power-Modulen kann die Akkulaufzeit optimieren.
• Konnektivität: Bestimmen Sie die Konnektivitätsanforderungen des Embedded-Linux-Systems und wählen Sie ein Modul mit den entsprechenden Schnittstellen und Fähigkeiten. Ein Modul mit zellularer Konnektivität könnte die Anforderungen einer Remote-Anwendung an einem Ort erfüllen, an dem es keine praktikablen Ethernet- oder Wi-Fi-Konnektivitätsalternativen gibt.
• Verfügbarkeit von I/O-Ports: Bewerten Sie die I/O-Ports und Schnittstellen, die das Embedded-Linux-System besitzt, um Sensoren, Aktoren und andere Peripheriegeräte anzuschließen. Stellen Sie sicher, dass es über die notwendigen Anschlüsse zum Anschließen externer Geräte verfügt.
• Support und Ressourcen: Bewerten Sie den Support und die Ressourcen des Anbieters, einschließlich Dokumentation, Community-Foren und technischer Unterstützung. Ein starker Support durch den Anbieter kann während der Modulintegration und Fehlerbehebung wertvoll sein.
• Kosten: Während die Kosten des Moduls ein wichtiger Faktor sind, ist es wichtig, den Gesamtwert und die Funktionen über den Preis hinaus zu berücksichtigen. Dazu gehört die Bewertung der Effizienz des Moduls, die Qualität des Supports durch den Anbieter und das Potenzial zur Reduzierung der Entwicklungszeit.
• Zulassung & Zertifizierung: Berücksichtigen Sie die Eignung des Embedded-System-Linux, um Branchenstandards und Zertifizierungen für die Anwendung zu erfüllen. Module, die für den Einsatz in Automobil- oder Industrieumgebungen zertifiziert sind, eignen sich oft besser für diese Anwendungen und können den Bedarf an zusätzlichen Tests und Konformitätsbemühungen reduzieren.

F & A

F1. Was ist ein Embedded-Linux-Modul?

A1. Ein Embedded-Linux-Modul ist eine Linux-basierte Software, die auf eingebetteten Geräten ausgeführt wird, bei denen es sich um Nicht-PC-Systeme handelt. Beispiele dafür sind Smartphones, Tablets, Router, Embedded-Server und Haushaltsgeräte.

F2. Was sind die Vorteile der Verwendung von Linux in eingebetteten Systemen?

A2. Es gibt viele Vorteile von Linux, darunter Open Source, anpassbar, vielfältige Hardware-Unterstützung, einschließlich vieler Peripheriegeräte, aktive Community-Unterstützung und regelmäßige Kernel-Updates.

F3. Was sind einige Beispiele für Embedded-Linux-Plattformen?

A3. Zu den gängigen Plattformen gehören Yocto, ELinOS, OpenEmbedded, Wind River Linux und Embedded Debian.

F4. Welche Herausforderungen gibt es bei der Entwicklung von Embedded Linux?

A4. Entwickler müssen die Hardware-Ressourcen innerhalb der begrenzten Systemkapazität verwalten. Sie müssen auch die Systemsicherheit gewährleisten und Updates und Wartung sorgfältig durchführen, da eingebettete Systeme lange Lebenszyklen haben.