Virtualisierung in der Embedded-Entwicklung: Chancen, Herausforderungen und Ziele

Die Entwicklung von Embedded-Systemen steht vor großen Herausforderungen. Komplexe Hardware, enge Zeitpläne und die Abhängigkeit von physischer Verfügbarkeit der Komponenten erschweren die Arbeit. In unseren jüngsten Forschungs- und Testprojekten haben wir untersucht, wie Virtualisierungstechnologien wie Renode dazu beitragen können, Entwicklungsprozesse effizienter zu gestalten. Dabei wurde klar: Es gibt viel Potenzial, sofern man den richtigen Ansatz für den entsprechenden Anwendungsfall nutzt. Unser Ziel ist es, Unternehmen dabei zu unterstützen, diese Technologien gezielt und gewinnbringend einzusetzen.

Virtualisierung als Schlüssel zu mehr Effizienz

Die Hardware ist oft der limitierende Faktor in der Embedded-Entwicklung. Entwicklungszyklen verzögern sich, weil Prototypen nicht hinreichend verfügbar sind. Durch das Ersetzen von physischen Setups lassen sich zusätzliche logistische Aufwände bei der internationalen Zusammenarbeit vermeiden. Virtualisierung bietet hier eine vielversprechende Alternative. Mit Tools wie Renode können Entwicklungs- und Testprozesse unabhängig von physischer Hardware durchgeführt werden. Das ermöglicht es, bereits in frühen Phasen des Projekts mit der Simulation zu beginnen.

Ein Beispiel aus unserer Praxis zeigt, wie effektiv das sein kann: Für einen Kunden haben wir Produkte im Feld durch simulierte Varianten getestet. Anstelle von physischer Hardware wurden Konfigurationsdateien genutzt, um die Variantenvielfalt abzubilden. So konnten Tests schneller durchgeführt und die Entwicklungszeit deutlich reduziert werden.

Die richtige Strategie für den Einsatz von Virtualisierung

Virtualisierung ist jedoch kein Allheilmittel. Der Erfolg hängt davon ab, wie und wo sie eingesetzt wird. In unseren Tests haben wir verschiedene Tools und Ansätze verglichen, darunter Docker, QEMU und Renode. Jedes dieser Systeme hat seine Stärken und Schwächen je nach Anwendungsfall.

→ Docker eignet sich hervorragend für schnelle Setups

→ QEMU bietet eine Zielplattform-nahe Emulation

→ Renode ermöglicht synchronisierte Emulationen mit simulierter Peripherie

In den durchgeführten Untersuchungen erwies sich Renode als besonders geeignet für die Emulation von Mikrocontrollern; exemplarisch wurde ein Mikrocontroller mit dem Echtzeitbetriebssystem Zephyr eingesetzt, um Tests der CAN-Kommunikation durchzuführen. Es erlaubt die zeitsynchrone Emulation mehrerer Controller, was für komplexe Systeme und Debugging entscheidend ist. Allerdings gibt es auch Herausforderungen; nicht bereits in Simulationsumgebung unterstützte Peripherien sind je nach Anwendungsfalls durch erhöhten Aufwand eigenständig zu modellieren. Die Emulation kann in bestimmten Szenarien zu langsam sein, was die Integration in Cloud-basierte Infrastrukturen erschwert. Hier ist eine sorgfältige Abwägung notwendig, um die richtige Lösung für den jeweiligen Use Case zu finden.

Chancen und Grenzen der Virtualisierung

Virtualisierung eröffnet neue Möglichkeiten, bringt aber auch Herausforderungen mit sich. Timing-Probleme können die Nutzung erschweren, insbesondere wenn Cloud-Systeme auf schnelle Antworten angewiesen sind und die Emulation nicht Schritt halten kann.

Ein weiterer spannender Ansatz ist die Kombination von Virtualisierung mit künstlicher Intelligenz. In unseren Experimenten haben wir untersucht, wie AI genutzt werden kann, um Peripherieelemente aus Datenblättern zu generieren. Erste Tests waren vielversprechend und könnten die Art und Weise, wie Hardware emuliert wird, grundlegend verändern.

Unser Beratungsansatz

Die Einführung von Virtualisierung in der Embedded-Entwicklung erfordert eine fundierte Strategie. Wir unterstützen Unternehmen dabei, die richtigen Entscheidungen zu treffen, indem wir Use Cases im Detail analysieren und bewerten. Wir bedenken ihren Entwicklungsansatz Ende-zu-Ende. Nicht bei jeder Anwendung lohnt sich eine Virtualisierung und nicht jedes Tool passt zu jedem Szenario. Unsere Experten helfen dabei, die Anforderungen zu verstehen, eine maßgeschneiderte Teststrategie zu entwickeln und die besten Technologien auszuwählen.

Bei der Auswahl geeigneter Virtualisierungs- und Emulationsumgebungen ist eine Abwägung zwischen Aufwand und Nutzen erforderlich.

→ Je stärker der Fokus auf hardwarenahe Tests liegt, beispielsweise wenn genaue Timings oder busnahe Kommunikation untersucht werden sollen, desto eher ist der Einsatz von Renode sinnvoll.

→ Für Anwendungsfälle, in denen primär funktionale Aspekte geprüft werden und exakte zeitliche Abläufe eine geringere Rolle spielen, kann QEMU eine geeignete Alternative darstellen.

→ Handelt es sich lediglich um die Abbildung von Softwareumgebungen ohne Bezug zu spezifischer Hardware, genügt häufig der Einsatz von Docker.

Wir betrachten jeden Fall individuell und entwickeln gemeinsam mit unseren Kunden eine Lösung, die sowohl technisch als auch wirtschaftlich sinnvoll ist.