Die Erfolge, die Linux als Embedded-Betriebssystem feiern kann, sind unstreitig. Warum dies so ist, beleuchten die folgenden Beiträge unseres Schwerpunkts aus unterschiedlicher Perspektive.

Die “Embedded Linux Story” begann mit Kommunikations-Servern und Terminals: Man nehme eine abgespeckte Linux-Distribution und installiere sie auf einem Computer, der den gestellten Anforderungen gerade noch gerecht wird [1], [2]. Aufgeweckte Bastler und Ingenieure fanden schnell heraus, dass diese Architektur sowie der zunehmende Funktionsumfang von Linux auch für Prozesssteuerungssysteme und Settop-Boxen taugen.

In diesem Jahr wird mit der Markteinführung mehrerer vollwertiger Linux-PDAs und Webpads nun auch die letzte Genze “Mobile-Computing” fallen. Lesen Sie hierzu auch die Beiträge ab den Seiten 27 und 34.

Die Vorteile von Linux beim Einsatz auf eingebetteten Systemen liegen klar auf der Hand:

Empeg Auto-MP3-Player: http://www.empeg.com

Freier Quellcode

Ein wesentlicher Aspekt für Entwickler und Entscheider sind die vielen GNU/Linux-Anwendungen im Quellcode. Bei proprietärer Software ist man in der Regel deren Fehlern hilflos ausgeliefert. Bug-Reports an den Hersteller verschwinden nicht selten im Nirvana oder es vergehen Jahre bis der Missstand behoben wird.

Bei freier Software hingegen kann häufig beobachten werden, dass ein ausführlicher Bug-Report auf der einschlägigen Mailingliste oft noch am selben Tag einen wirksamen Patch zur Folge hat. Reißen alle Stricke, kann der Entwickler immer noch selbst Hand anlegen oder einen Dritten damit beauftragen, die Sache ins Reine zu bringen.

Ein weiterer Vorteil freier Software kommt nur bei Geräten zu tragen deren Produktzyklus den Betriebssystemlieferanten überlebt: Meist ist dann unmöglich, die eventuell nötigen Anpassungen am Betriebssystem durchzuführen und ein komplettes (und deshalb teures) Redesign ist fast immer die Konsequenz.

Aber Vorsicht: offene Systeme habe nicht nur Vorteile! Die heile Welt der GNU-Lizenz GPL birgt auch Gefahren, wie im Kommentar von Nils Faerber über Qt/Embedded auf Seite 40 nachzulesen ist.

Kerbango Internet Radio

Lizenzkostenfrei

Während bei Massenprodukten die Lizenzkosten für Entwicklungssysteme kaum ins Gewicht fallen, haben kleine und mittelständische Unternehmen oft nicht die Mittel, jeden Arbeitsplatz mit teurer Software auszustatten: Kosten von mehr als 30.000 Mark pro Lizenz sind in der Branche durchaus nicht ungewöhnlich.

Laufzeit-Lizenzen

Eine Laufzeit-Lizenz (Royalty) wird pro verkauftem Gerät fällig. Für Entscheider ist das ein wichtiger Posten, insbesondere wenn große Stückzahlen geplant sind: selbst ein Dollar pro Laufzeit-Lizenz ist bei beispielsweise 10 Millionen geplanten Geräten bereits viel zu teuer.

Einen Teil der Einsparung durch freie Software kann das Unternehmen dann zum Beispiel für weitere Programmierer oder Mitarbeiterschulungen verwenden.

Digitaler Videorecorder: Philips TiVO Personal TV Reciever http://www.tivo.com

FrontPath ProGear Webpad http://www.frontpath.com/progear.htm

Anwendungsvielfalt

Es gibt fast nichts, was GNU-Tools und Linux nicht können. Die wenigen Schwächen im Desktop-Bereich können naturgemäß nicht auf Embedded Systems durchschlagen: Hier gilt es wohldefinierte Funktion in möglichst preisgünstige Hardware unterzubringen, oft sogar ohne die Mensch-Maschine-Schnittstelle Tastatur und Monitor. Der Zugriff erfolgt dann zum Beispiel mit einem beliebigen Web-Browser aus der Ferne.

Netzwerkfähigkeit gratis

Insbesondere bei eingebetteten Netzwerkanwendungen (Firewall, VPN-Bridge, Intrusion Detection System) ist der Linux-Kernel 2.4 in Kombination mit den entsprechenden Programmen kaum zu schlagen. Ein weiterer Aspekt: Etliche kleine und mittlere Unternehmen stehen derzeit vor der Herausforderung, ihre Produkte “Internet-tauglich” machen zu müssen. Ob Aufzugsystem oder CNC-Fräse – ein integrierter Web-Server zur Status-Fernabfrage muss schon sein!

Bei vielen Maschinenbaubetrieben entwickelt sich dies jedoch zu einem ernsthaften Problem: Elektronik und Software spielen hier eine untergeordnete Rolle und oft werden noch Assembler-Sprache und DOS verwendet.

Der Weg zu Linux und den GNU-Tools ist deshalb oft kürzer als zu einer überladenen integrierten Entwicklungsumgebung. Ein Beispiel für eine gelungene Migration zeigt der Artikel über den DimmPC ab Seite 48.

Bluetooth/DSL-Webpad/Telefon Ericson H610

Viele Entwickler sparen Kosten

Es gibt weltweit vermutlich weit mehr Programmierer für Unix-Systeme als für alle die 200 Embedded-Betriebssysteme zusammen.

Da der programmiertechnische Weg von Unix zu Embedded Linux sehr kurz ist, sind die Einarbeitungszeiten von fachfremdem Personal recht gering. Bei dem derzeitigen Mangel an Software-Ingenieuren ist dies kein unwesentlicher Aspekt.

Plattformunabhängigkeit

Für praktisch alle 32-Bit-Prozessoren existiert eine Linux-Portierung. Ob mit oder ohne FPU und MMU: Ist das System erst mal bis zu einer Shell hochgefahren, dann fühlt man sich auf jeder Plattform wie zu Hause. Nach Kenntnisstand des Autors werden lediglich der Hyperstone vom gleichnamigen Hersteller und der Tricore nicht von Linux unterstützt. Bei diesem munkelt man aber, dass sich Siemens in naher Zukunft selbst um eine Anpassung der GNU-Entwicklungswerkzeuge kümmern möchte.

Spielekonsole Indrema Entertainment System

Resourcenschonend

Es ist kaum zu glauben, wie klein man Linux kriegen kann: Unkomprimierte Kernel mit 256 KByte sind durchaus möglich, etwa mit uClinux auf Motorola 68K-Derivaten. In diesem Fall fehlt aber der TCP/IP-Stack, was nur bedingt sinnvoll ist.

Üblicherweise muss man je nach Anwendung und Zielplattform mit 1 bis 4 MByte Flash und 2 bis 8 MByte RAM-Bedarf rechnen. Andere Embedded-Betriebssysteme sind – dieselben Anforderungen vorausgesetzt – kaum sparsamer. Den Dreiliter-Autos unter den Linux-Derivaten ist ein eigener Artikel ab Seite 42 gewidmet.

Adomo Webpad

Echtzeitfähig

Leider hat der von Linus Torvalds betreute Linux-Kernel eine sehr flache, nicht-preemptive Gerätetreiber-Architektur (im Gegensatz zum preemptiven Prozess-Scheduler). Die gewährleistet zwar eine leistungsfähige und vor allem robuste Datenverarbeitung, aber vielfach geäußerte Echtzeitanforderungen können damit nicht erfüllt werden.

Abhilfe schafft ein hart echtzeitfähiges POSIX-konformes Mini-Betriebssystem mit Priority-Scheduler, in dem der Linux-Kernel samt der Treiber als Idle-Task komplexe Dienste ohne kritische Zeitanforderungen erfüllt. Für ruckelfreie Multimedia-Anwendungen gibt es eigene Erweiterungen [3].

In der Blüte

Was einst als Basteleien an kleinen Projekten wie dem “Linux Router Project” [4] begonnen hat, ist nun zu einem ernst zunehmenden Wirtschaftsfaktor geworden. Die Abbildungen in diesem Beitrag können nur einen kleinen Auszug der im letzten Jahr entwickelten und gebauten Embedded Devices zeigen.

Mittlerweile haben sich über 120 Unternehmen zum “Embedded Linux Consortium” [5] zusammengeschlossen. Nicht vergessen sollten die 24 namhaften japanischen Firmen im EMBLIX-Verband [6] werden. Über mangelnde Unterstützung von Seiten der Industrie müssen begierige Neukunden also nicht mehr klagen.

Auch in Deutschland gibt es zahlreiche Dienstleister, Entwicklungsbüros und Hardwarelieferanten, die ihrer Zukunft getrost entgegensehen können. Auf Seite 52 beginnt eine Übersicht von 36 Firmen, die im Bereich Embedded Linux tätig sind.

Eine Mahnung auf den Weg

Trotz bester Aussichten darf man die Wurzeln von Embedded Linux nicht vergessen: Die einst freien Software-Entwickler (oft Studenten) hat die Industrie bereits vollständig in feste Arbeitsverhältnisse verpflichtet.

Sie werden den Kundenanforderungen des Linux-Booms nur standhal-ten können, wenn sie weiterhin über die Grenzen ihrer Firmen hinweg auf Mailinglisten und Newsgruppen gemeinsam an der freien Basissoftware weiterentwickeln können. Und das ganze frei nach dem fairen Motto: 1.000.000 Codezeilen nehmen, aber 1.000 zurückgeben.