Embedded-Systeme im Wandel Erfolgsfaktor Software

Eingebettete Systeme und Industrierechner werden sich zukünftig immer weniger durch ihre Hardware-Eigenschaften differenzieren. Firmware, Cloud-Anbindung, Schnittstellen und Offenheit werden wichtiger.

Es wird zwar auch in Zukunft noch zig Millionen eingebettete Systeme ohne nennenswerten Kommunikationsbedarf geben. Ein Beispiel: Für die Benutzerkommunikation des Mikro­controllers einer elektrischen Zahnbürste aus dem Low-Cost-Preissegment reicht auch in vielen Jahren eine zweifarbige LED aus. Im mittleren und oberen Preissegment werden allerdings die Bluetooth-Schnittstelle zur Smartphone-App und eine nach Eingabe der Benutzerdaten freigeschaltete Produkt-Cloud zum Standardzubehör gehören. Da kann es dann schon vorkommen, dass innovative Start-ups hochwertige Software-Erweiterungsfunktionen für Zahnbürsten-Apps und Clouds anbieten wollen, um für Allergiker die Fluoridaufnahme zu überwachen. Derartige, durchaus nutzenstiftende Erweiterungen sind nur mit Produkten möglich, die offene Kommunikationsschnittstellen aufweisen, wie sie beispielsweise bei einigen Pionieren in der Automobilindustrie schon heute zu finden sind (siehe z. B. Ford OpenXC unter openxcplatform.com).

Im deutschen Maschinenbau kann man, getrieben durch Industrie 4.0 und OPC UA, aktuell erste Ansätze eines ähnlichen Trends erkennen. Der Bedarf an nutzenstiftenden Zusatzfunktionen, die durch hochspezialisierte Experten in Form von Smart­phone- oder Cloud-Apps angeboten werden, dürfte durch den permanenten Kostendruck der Maschinenanwender recht groß sein. Ob es nun um einfache Energieeffizienzanwendungen oder hochkomplexe Predictive-Maintenance-Applikationen geht – die in den Maschinen zum Einsatz kommenden Embedded-Systeme müssen bestimmte, offene Hardware- und Software-Schnittstellen aufweisen, um derartige Erweiterungen zu ermöglichen. Daher sind zunächst einmal die Anbieter gefordert. Sie sollten in Zukunft von anderen Erfolgsfaktoren ausgehen, um wettbewerbsfähige Lösungen anzubieten.

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Erfolgsfaktor Software

Die Unternehmens-Cloud reicht nicht mehr aus

Dass industrielle Rechnersysteme und kommunikationsfähige Embedded-Systeme mit vorinstalliertem Betriebssystem (z.B. Embedded Linux) oder zumindest mit einem entsprechenden Werkzeugkasten (Embedded RTOS mit Bibliotheken, Tool Chain usw.) ausgeliefert werden, ist seit vielen Jahren mehr oder weniger Stand der Technik. Auch webbasierte Konfigurationsoberflächen oder die NFC- bzw. Bluetooth-basierte Systemkonfiguration per App gibt es schon etwas länger als Standardzubehör. Bei dem einen oder anderen Anbieter gehört sogar eine spezielle Mid­dleware oder die unternehmenseigene Cloud zum Lieferumfang. Damit kann der Anwender den Zustand seines Industrierechners beobachten und einige zusätzliche Services nutzen. Für die nächsten Jahre dürfte das aber nicht mehr ausreichen.

Es ist schon heute sehr deutlich erkennbar, dass sich immer mehr Anwendungen in mindestens drei unterschiedliche Software-Funktionsbereiche (Bild 1) untergliedern lassen, die Industrierechner- und Embedded-Systems-Anbieter in Zukunft möglichst vollständig abdecken sollten, wenn sie mit ihren Produkten erfolgreich in globalen Märkten bleiben wollen. Folgende Themen können zum kritischen Erfolgsfaktor werden, über die sich die Anbieter voreinander differenzieren werden:

Offene und erweiterbare Embedded-Firmware
Neben der inzwischen obligatorischen Notwendigkeit, während eines Produktlebenszyklus mehrfach Software Updates einspielen zu können, sind Erweiterungsmöglichkeiten auf Basis offener Standards erforderlich. Eingebettete Systeme benötigen daher Laufzeitumgebungen, in die sich auch Software-Funktionen durch Dritte integrieren lassen. Im Umfeld der Arduino- und Raspberry Pi Maker Boards lässt sich schon heute beobachten, welcher Mehrwert dadurch entstehen kann.

Eine plattformunabhängige Laufzeitumgebung für die Produkt-Cloud
Die Funktionen zukünftiger Produkte werden nicht mehr nur durch die in die Produkt-Hardware eingebettete Software bestimmt. Der Produktnutzen lässt sich durch Software-Komponenten, die beispielsweise in einer externen Produkt-Cloud implementiert werden, erheblich steigern. Dazu muss das eingebettete System indirekt (z.B. über eine Smartphone-App) oder direkt mit einer Cloud kommunizieren und diese wiederum Laufzeitumgebungen anbieten, in denen Erweiterungsfunktionen ausgeführt werden.

Ein Security-Konzept, das mit den ­Bedrohungen wächst
Eine Benutzerschnittstelle mit Benutzername/Passwort, sichere mathematische Verfahren für die Verschlüsselung der Kommunikation plus eine Public-Key-Infrastruktur mit X.509-Zertifikaten als digitale Identität reichen definitiv nicht aus. Der Anbieter eines Indus­trierechners muss über die gesamte Produktlebensdauer (also 10 bis 15 Jahre) permanent die IT-Sicherheit des jeweiligen Produktes mit den aktuellen Bedrohungen abgleichen und geeignete Updates anbieten. Dabei müssen der Schutz der Daten, des geistigen Eigentums von Kunden und Hersteller sowie die Erkennung von Anomalien berücksichtigt werden.