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Embedded Software

Aufgrund langer Produktzyklen und hoher Fehlschlagsrisiken erwies sich die Embedded-Softwareentwicklung lange Zeit als vergleichsweise innovationsscheu. Das ändert sich nun mit Industrie 4.0 und Internet der Dinge – die Branche ist darauf gut präpariert.

Programmiersprachen

Am meisten ist in der Embedded-Programmierung nach wie vor C verbreitet, aber Ada, C++ und Java kommen ebenfalls zum Zug – teilweise deutlich zunehmend. Das liegt an neuartigen Anforderungen, für die sich das „klassische“ C nicht eignet.

Qualitätssicherung

Dass bei Embedded-Systemen andere Maßstäbe bei der Qualitätssicherung angesetzt werden müssen, ist eine Binsenweisheit. Umso wichtiger ist es, dass Domänen wie Requirements Engineering, Testing oder funktionale Sicherheit mit neuen Werkzeugen und Prozessen reagieren.

Embedded im Umbruch

Die Vernetzung von Gegenständen aller Art zu einem Internet der Dinge schreitet fort. Unter dem Schlagwort Industrie 4.0 fließen die Erkenntnisse daraus in „intelligente Produktionseinheiten“ ein. Doch auch abseits davon ist die hardwarenahe Embedded-Entwicklung en vogue.

• Embedded Software

  Embedded heute
  
  • 8 Die wichtigsten Trends
  Effizienz vs. Kreativität
  
  • 12 Embedded-Programmierung im Umbruch
  Tools
  
  • 16 Werkzeuge und Methoden für die Embedded-Softwareentwicklung mit Open Source
  Betriebssysteme
  
  • 21 Echtzeit-Features beim Embedded Computing
  Simulation und Emulation
  
  • 26 Gründe für die Virtualisierung eingebetteter Systeme
  Design Patterns
  
  • 33 Architekturmuster in sicherheitsgerichteten Systemen

• Programmiersprachen

  • 38 Embedded-Programmierung mit Ada
  • 42 Zeitgemäßer Sprachstandard C11
  • 48 Schlanke Embedded-Entwicklung mit Small C++
  • 54 MISRA C: Quasi-Standard, nicht nur für Automotive
  • 56 Java und OSGi in Embedded-Systemen für das Internet der Dinge

• Qualitätssicherung

  Anforderungs-Management
  
  • 62 Requirements Engineering für eingebettete Systeme
  • 66 ReqIF in der Systementwicklung mit Eclipse
  Softwaretests
  
  • 71 Warum man Embedded-Software anders testen und verifizieren muss
  • 74 Kriterien für das Testen sicherheitskritischer Systeme
  • 77 Debugging von Embedded-Multicore-Systemen
  Funktionale Sicherheit
  
  • 80 Automotive-Embedded-Systeme für ISO 26262 fit machen
  Modellierung
  
  • 86 System- und Softwareentwicklung mit SysML und UML für eingebettete Systeme

• Praxis

  Modeling
  
  • 92 Embedded-Entwicklung mit erweiterbarem C
  • 98 Modellgetriebene Absicherung von Softwareschnittstellen für vernetzte eingebettete Systeme
  • 104 Domänenspezifische Sprachen im Automobil
  Verschlüsselung
  
  • 109 Advanced Encryption Standard auf 8-Bit-Microcontrollern
  Energieeffizienz
  
  • 116 Realisierung von Low-Power-Applikationen
  • 124 Spezielle Anforderungen bei der Messdatenerfassung mit Batteriebetrieb

• Embedded im Umbruch

  Industrie 4.0
  
  • 130 Standardisierte Interoperabilität mit OPC-UA
  • 136 Betriebssysteme für eingebettete Systeme im Internet der Dinge
  Heimautomatisierung
  
  • 141 Offene Plattformen verhelfen Smart Home zum Erfolg
  Neue Entwicklungsplattformen
  
  • 146 Veränderung der Embedded-Landschaft durch Arduino, Raspberry Pi und BeagleBone
  • 151 Softwareentwicklung mit Raspberry Pi: Wiedergeburt eines Stücks C64

• Diverses

  Prozessmodelle
  
  • 158 Scrum, Kanban und Co.: Starke Teams ersetzen starre Prozesse
  • 164 Cyber-Physical Systems Embedded-Softwareentwicklung für Cyber-Physical Systems

• Sonstiges

  • 3 Editorial
  • 6 DVD-Inhalt
  • 170 Inserentenverzeichnis
  • 170 Impressum

Softwareentwicklung für eingebettete Systeme war lange Zeit nur bedingt mit klassischer Softwareentwicklung zu vergleichen. Denn die anderen Anforderungen bei Embedded verlangten und verlangen auch heute noch besondere Lösungsansätze. Doch gerade in den letzten Jahren ist einiges passiert, was Embedded- und traditionelle Softwareentwicklung zusammenrücken lässt. Vor einigen Jahren wurde das beim Besuch der Embedded World in Nürnberg durch Werbebotschaften zur Modellierung und zum Einsatz von Open-Source-Techniken à la Linux und Eclipse deutlich. Beides hatte zuvor schon in der klassischen Softwareentwicklung seinen Durchbruch. Etwas später folgte die Erfolgsgeschichte der Apps – streng genommen ist die allerdings stark von Usability-Aspekten geprägte Programmierung für mobile Betriebssysteme ja Embedded-Entwicklung. Den Siegeszug der Apps kann man als neueste Entwicklung im Auto-Infotainment beobachten.

Die Etablierung von Multicore-Architekturen ist ein weiterer Punkt. Parallelprogrammierung ist selbstverständlich auch in Embedded-Systemen angekommen und hier mancherorts besonders wichtig, da sich erst dadurch für eingebettete Systeme Anforderungen wie Echtzeit realisieren lassen. (Auf der parallel 2014, unserer Konferenz zur Parallelprogrammierung, haben wir auch deshalb einen Embedded-Schwerpunkt.)

Über die Jahre hinweg haben zudem vermehrt agile Prozessmodelle in die sich ansonsten dem Wasserfall-Modell verpflichtet fühlende Branche Einzug gehalten. Das sind nahezu alles Themen, die auch dieses Sonderheft zur Entwicklung eingebetteter Systeme beleuchtet. Der neueste Trend – manche werde es Hype nennen – ist die Vernetzung unterschiedlichster Geräte, die in den Schlagwörtern „Industrie?4.0“, „Internet der Dinge“, „Smart Home“ und „(Cyber-)Physical Systems“ ihre Entsprechung haben. Quasi alle großen Software- oder Dienstleistungsanbieter, aber auch viele kleine setzen derzeit auf das dort gesehene Potenzial. Und so werden auf der diesjährigen Embedded World, aber auch auf der kurz darauf folgenden CeBIT und nicht zuletzt auf der HMI interessierte Besucher nicht darum herumkommen, sich mit einigen der damit verbundenen Techniken konfrontiert zu sehen. Selbst durch dieses Sonderheft ziehen sich diese Themen wie ein roter Faden.

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Das von SparxSystems hergestellte Softwaremodellierungswerkzeug Enterprise Architect ist ein sich auf UML?2.4.1 stützendes CASE-Tool für den Entwurf und zur Herstellung von Softwaresystemen, Geschäftsprozessmodellierung und zur Modellierung beliebiger Prozesse oder Systeme. Es deckt alle Teile des Entwicklungszyklus ab und ermöglicht die Nachvollziehbarkeit von Softwareprojekten. Die Enterprise Architect Trial Edition auf der Heft-DVD entspricht dem vollen Funktionsumfang und kann 30 Tage getestet werden.

linutronix stellt eine auf Eclipse basierende IDE zur Entwicklung für Raspberry PI zur Verfügung. Sie ist auf Windows?7 getestet und installiert sich dort selbstständig. Diese auf der DVD bereitgestellte Version enthält alle Features, die für eine effiziente Arbeit notwendig sind. Leser können hiermit ein Projekt anlegen beziehungsweise verwalten (mit dem voreingestellten Namen „linutronix“).

Die freie, quelloffene Entwicklungsumgebung ist für die Entwicklung mit C, C++, D und Fortran gedacht. Die IDE ist leicht zu konfigurieren und erweiterbar – zum Beispiel mit Autovervollständigung, Importfunktionen, Projekt-Vorlagen, Workspaces, Klassenbrowser und Quellcode-Faltung.

Die freie, quelloffene und plattformunabhängige Entwicklungsumgebung eignet sich für die Entwicklung mit C und C++. Sie bietet Projektverwaltung, Autovervollständigung, Restrukturierung, Syntaxhervorhebung, Code-Faltung, Subversion-Unterstützung, Integration des GNU Debuggers und ist über Plug-ins erweiterbar.

Auf der Heft-DVD finden Leser die weitverbreitete Entwicklungsumgebung in den Kepler-Distributionen für Java-, C/C++- und Automotive-Entwickler.

mbeddr nutzt JetBrains’ Language Workbench MPS (Meta Programming System), die die notwendigen Mechanismen für inkrementelle, domänenspezifische Spracherweiterungen zur Verfügung stellt. Das Tool besteht aus einer IDE für C sowie Erweiterungen und stellt außerdem einen erweiterbaren Debugger zur Verfügung.

AVR Libc, GCC, GNAT GPL, GNU Binutils, MAST, openHAB, ProjectLibre, Valgrind

Testversionen

Das Tool von QA Systems automatisiert und verwaltet komplexe Aufgaben beim Testen sicherheitskritischer Anwendungen. Die Automatisierung umfasst das Erstellen der kompletten Testumgebung, die Instrumentierung für Code-Coverage-Analysen, die Generierung eines Testfallgerüsts und die Ausführung von Testcases.

Literatur

Der Autor des hier vollständig als PDF-Datei gebrachten Buches (dpunkt.verlag 2010 (2. Aufl.), stellt auf pragmatische Weise klassische und moderne Testverfahren vor. Dabei zeigt er auf 359? Seiten Lösungen für technische, analytische und methodische Probleme auf, die sich in der täglichen Arbeit umsetzen lassen.

Das Buch von Stephan Grünfelder (dpunkt.verlag 2013) beschreibt alle wichtigen praxistauglichen Methoden des Software-Tests für eingebettete Systeme. Auf der Heft-DVD finden Leser rund 140? Seiten Auszüge aus dem ansonsten 390?Seiten schweren Buch.

Die Listings zu den Heftartikeln und die Lizenzen zu den Softwarepaketen auf der Heft-DVD.