Embedded RTOS/OS

Eingebettete Betriebssysteme (Embedded Operating Systems) unterscheiden sich wesentlich von herkömmlichen Desktop-Betriebssystemen, da sie speziell für technische Anwendungen konzipiert sind, die auch zeitliche Garantien erfordern, wie etwa Echtzeit-Betriebssysteme (RTOS).

Im Gegensatz zu herkömmlichen Desktop-Systemen, die auf die Bedürfnisse des Durchschnittsverbrauchers ausgerichtet sind, werden Embedded-OS für bestimmte Maschinen oder Anlagenklassen entwickelt und fokussieren auf wenige, aber hochspezialisierte Funktionen, um die Produktfunktionalität präzise zu definieren. Sie verzichten auf überflüssige Features oder Treiber, die Sicherheitsrisiken bergen können. Stattdessen bieten sie oft verstärkte Sicherheitsmechanismen und verzichten meist auf grafische Benutzeroberflächen. Die meisten Embedded-OS basieren auf Linux.

Yocto – Industriestandard für professionelle Embedded Linux Integrationen

Mit dem Yocto-Projekt existiert ein ausgereiftes und höchst flexibles Build- & Managementsystem für maßgeschneiderte Embedded Linux Distributionen. Unter der Schirmherrschaft der Linux Foundation bietet es seit 2010 ein verlässliches und quasistandardisiertes Ökosystem für etablierte und weltweit akzeptierte Entwicklungsprozesse sowie der Begleitung von Produktlebenszyklen. Dabei fließen permanent neue und notwendige Praktiken verschiedener Branchen ein, so zum Beispiel gehärtete Systeme, Secure Boot, OTA oder SBOM.

Auch wenn wir uns mit Bestandsprojekten auf Basis von PTXdist, BuildRoot, OpenWRT, Android oder den zahllosen proprietären Frameworks auseinandersetzen können, empfehlen wir für eine nachhaltige und investitionssichere Entwicklung den Einsatz von Yocto als Schlüsseltechnologie, wenn es um die Integration von Embedded Linux Systemen in Industrieprodukte geht. Dabei spielt die Branche keine Rolle, unterstützt doch Yocto durch seine ausgereifte Systematik die Produktentwicklung und –pflege in regulierten Märkten, wie Medical, Automotive oder Industrial Safety, gleichermaßen wie den allgemeinen und weitaus größeren Consumer-Markt mit einfacher CE-Zulassung.

Zephyr – ein Open Source RTOS Framework für die Zukunft

Das Zephyr-Projekt ist ein komplettes Entwicklungsframework mit einem Echtzeitbetriebssystem (RTOS) als Kern. Es ging für den kommerziellen Einsatz in eingebetteten Systemen aus dem Virtuoso RTOS hervor, dessen Wurzeln bis 1991 in die Luft- und Raumfahrttechnik zurückreichen. Erst mit der Freigabe als Open Source Lösung erfuhr Zephyr seine breite Akzeptanz und Nutzerbasis. Es bietet eine flexible und skalierbare Plattform für die Entwicklung von Branchen unabhängigen Geräteklassen, seien es Strom sparende und ressourcenbeschränkte Anwendungen, wie in der Welt des IoT anzutreffen, oder ganze Antriebsregler in Maschinen.

Zephyr besitzt eine der höchsten Anzahl unterstützter Rechnerarchitekturen, Zielplattformen und Add-On Hardware seiner Klasse und bietet erprobte Komponenten wie präemptiver und/oder kooperativer Scheduler, Hardware- und Gerätetreiber-Modelle, standardisierte Netzwerkprotokolle (TCP/IPv4/IPv6, Wi-Fi, 6LoPAN/BT, LoRaWAN, …), stabilisierte APIs mit Teilkompatibilitäten zu POSIX und eine immer schneller wachsende Anzahl zusätzlicher Subsysteme und Middleware von Drittherstellern

Darüber hinaus bietet es mit west und twister ein Ökosystem hochbewährter Methoden der Softwaretechnologie wie “Software Configuration Management (SCM)”, “Configuration-, Build- and Test-Frameworks", “Dokumentation”und “SBOM”bereit. Erst alle diese Komponenten und Methoden aus der Praxis runden ein Entwicklungsvorhaben ab, geben ihm den notwendigen Rahmen für kollaborative Zusammenarbeit in den eigenen Teams und mit den Open Source Communities der Dritthersteller und versprechen eine erfolgreiche Umsetzung von Entwicklungsvorhaben.

Warum Zephyr zunehmend an Bedeutung gewinnt?

In Zeiten, in denen sich etablierte Embedded Betriebssysteme entweder zu reinen IoT Sprungbrettlösungen wandeln, wie FreeRTOS durch AWS, oder ganze Entwicklungslinien ihr Lebensende erreichen, wie Mbed OS durch ARM im Sommer 2026, wird es umso wichtiger, die strategische Produktentwicklung auf sichere, zuverlässige und stabile Technologien erneut auszurichten. Zephyr tritt hier die Nachfolge an und revolutioniert aktuell den Markt ähnlich rasant wie Linux um die Jahrtausendwende.

Als Open-Source-Projekt der Linux Foundation mit einer aktiven Community und umfangreicher Unterstützung von namhaften Herstellern wie Intel, NXP Semiconductors, STMicroelectronics, Nordic Semiconductor, Infineon, Analog Devices und Renesas bietet Zephyr eine erhebliche Zukunftssicherheit. Es wird kontinuierlich weiterentwickelt, um zum einen mehr Hardware und neue Softwarekomponenten zu unterstützen und zum anderen den Marktanforderungen auch in regulierten Branchen wie Medical oder Safety gerecht zu werden. Erfahren Sie hierzu mehr in den Zephyr Project Pressemeldungen.

FreeRTOS – für Bestandsprojekte oder AWS IoT

FreeRTOS, oft als Marktführer bezeichnet, ist ein kleiner Echtzeit-Kernel für präemptives Multitasking zusammen mit den wesentlichen Primitiven der Inter-Task-Kommunikation wie Semaphors/Mutex, Message Queues, Lists, Atomics und Timer.

FreeRTOS ist skalierbar über verschiedene Architekturen von 8-bit bis 64-bit, setzt aber bei speziellen Zielplattformen auf die Zusammenarbeit mit zahlreichen Drittanbietern. Es verfügt über kein eigenes Hardware- oder Gerätetreiber-Modell, was separat entwickelt werden muss.

Seit der technischen Führung durch Amazon bietet FreeRTOS eine schnelle Integration von IoT-Geräten mit den Amazon Web Services, solange man von MQTT als Transferprotokoll nicht abweichen muss und mit der begrenzen Unterstützung von Funk-Hardwaremodulen zurechtkommt.

FreeRTOS-Plus Bibliothek

Mit Übernahme der Projektführung durch Amazon wuchs die Anzahl zusätzlicher Middleware für FreeRTOS. Integratoren haben heute durch die FreeRTOS-Plus Bibliothek Zugriff auf eine Fülle moderner IoT Netzwerk- und Transferprotokolle wie TCP/IP, LoRaWAN und MQTT sowie notwendiger Hilfsmittel wie Filesysteme, Bootloader (MCUBoot), OTA oder Kommandozeile (Shell). Moderne softwaretechnologische Prozesse wie „Software Configuration Management (SCM)“, „Configuration-, Build- and Test-Frameworks", „Dokumentation“ und „SBOM“ werden hingegen nicht unterstützt und müssen durch den Integrator in geeigneter Form erarbeitet werden.

Einsatz in kommerziellen und sicherheitskritischen Anwendungen

Eine Vielzahl von Bestandsprojekten in den Bereichen Maschinen- und Automobilbau, industrielle Automatisierung und Medizintechnik stützen sich auf FreeRTOS im Kern, bot es doch in den letzten Dekaden eine erste kostengünstige Verwertung von Open-Source-Technologie in kommerziellen Projekten. Darüber hinaus existiert mit den beiden kommerziellen und proprietären Abzweigen OpenRTOS und SAFERTOS auch die Realisierung von „Safety Critical Solutions“ nach IEC 61508 SIL 3 (Industrie), IEC 62304 und FDA 510K (Medizin) sowie ISO 26262 (Automotive).

Community-Unterstützung und Lizenzierung

FreeRTOS wird von der FreeRTOS Community durch die technische Führung von Amazon weiterentwickelt und ist unter der MIT-Lizenz verfügbar. Der Verwertung in kommerziellen Produkten ist damit ein rechtlich sicherer Weg geebnet – Quellcode-Änderungen sind möglich, auch ohne Zwang zur Veröffentlichung.

Worin können wir Sie unterstützen?

Unsere Leistungen:

Konzeption und Entwicklung von Embedded-Software an der Schnittstelle zur Hardware
Begleitung bei der System-Architektur, Hard- und Softwareentwicklung ihrer Projekte
Entwicklung portabler Applikationen unter Zephyr und Embedded Linux
Testautomatisierung mit Hardware-in-the-Loop (HiL)
Dokumentation mit Prinzipien Docs as Code

Zusammen mit unseren langjährigen Kooperationspartnern UL Methodpark (Erlangen) und alpha-board (Berlin) scheuen wir auch keine komplexen Großprojekte mit interdisziplinären Herausforderungen, seien es hochgenaue Opto-/Mechatronische-Systeme für die Human- oder Veterinärmedizin, industrielle Automatisierung, wissenschaftlicher Gerätebau oder IoT Lösungen inkl. Cloud-Infrastruktur mit Data-Analytik und Telemetrie. Wir haben somit schnellen und unkomplizierten Zugriff auf Physiker, Mathematiker, Biochemiker, Hard- und Softwareingenieure sowie erfahrene System-, Hard- und Softwarearchitekten, Entwickler mit einem hohen Maß an Selbständigkeit und systemischen Denken. Wir lieben die systematische Arbeitsweise und sind bereit für ihre domainspezifischen Herausforderungen.

Navimatix unterstützt Sie mit Trainings rund um die Embedded-Software-Entwicklung, z.B. zu folgenden Themen:

Software-Architektur für Embedded-Systeme und Echtzeitsysteme
RTOS-Grundlagen und Anwendungen
Einführung in die Basics von Yocto, Zephyr oder FreeRTOS
Spezial-Trainings unter Yocto, Zephyr oder FreeRTOS zu Themen wie:
- Yocto Framework, Layer, Rezepte und Bitbake
- Embedded Linux auf Kunden-Hardware: Devicetree, Bootloader und Distribution
- Zephyr Methodik mit Kconfig, Devicetree und CMake
- Dokumentation und SBOM
- Portierung auf eigene Hardware
- Gerätetreiber und Simulation
- Testframework anhand der Testpyramide
- Projektorganisation und Fragmentierung (Downstream, Applikationsprojekte)
- Industrielle Nutzung: Ethernet TSN, CAN, Antriebe, Encoder und Sensorik
IoT Nutzung: Netzwerk-, Wi-Fi und Bluetooth-Stack, Zigbee, Thread und Matter, MQTT und LwM2M, LTE-M und NBIoT und GNSS (GPS), Power Management und SensorikZephyr Downstream Blueprint Projekt: Bridel (https://bridle.tiac-systems.net/)
- Frei verfügbare Tutorials: https://bridle.tiac-systems.net/tutorials

Individuelle Workshops für Ihre Embedded-Software-Entwicklung

Die Workshops werden individuell auf die spezifischen Bedürfnisse von Aufgaben, Projekten, Teams und Rollen zugeschnitten.

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