Die Portierung von Hardware bezieht sich auf den Austausch und die Anpassung von funktionalen ICs (integrierten Schaltungen) in einem bestehenden System. Dies betrifft in der Regel Prozessoren oder Mikrocontroller (µCs), da diese Komponenten häufig aktualisiert oder ersetzt werden müssen. Ein weiterer häufiger Fall ist der Austausch verwandter Kommunikationsbausteine, wie beispielsweise der Wechsel von CAN zu CAN-FD, RMII zu 1-Gigabit-Ethernet oder Profibus zu Profinet.

Portierungsprojekte sind in Unternehmen verhältnismäßig unbeliebt, da sie keine funktionale Erweiterung oder einen Entwicklungsmeilenstein darstellen, sondern ausschließlich dazu dienen strategische Sicherheiten zu schaffen und die Lieferfähigkeit zu erhalten. Wir als Portierungsspezialist erklären, worauf es beim Austausch funktionaler Hardware ankommt.

Gründe für die Portierung von Embedded Systems

Folgende fünf Gründe sind wesentlich, warum Unternehmen die Portierung ihrer Embedded Systems stets in Betracht ziehen sollten:

1. Erhalt der Lieferfähigkeit und Gewinnung der Einkaufssicherheit

Globale Ereignisse wie das Ever-Given-Unglück im Suezkanal oder geopolitische Spannungen zwischen Taiwan und China haben deutlich gemacht, wie fragil die globalen Lieferketten sind. Die Blockade des Suezkanals führte zu erheblichen Verzögerungen und Lieferengpässen weltweit. Ähnlich können geopolitische Konflikte, wie die zwischen Taiwan, einem wichtigen Standort für Halbleiterproduktion, und China, die Versorgung mit kritischen Komponenten beeinträchtigen. Durch die Portierung von Embedded Systems können Unternehmen auf alternative Komponenten umsteigen und so ihre Abhängigkeit von bestimmten Lieferanten oder Regionen verringern. Dies erhöht die Einkaufssicherheit und sorgt dafür, dass die Produktion auch in Krisenzeiten fortgesetzt werden kann.

2. Umsetzbarkeit einer langfristigen Roadmap

Die Portierung ermöglicht es Unternehmen, ihre Systeme zukunftssicher zu machen und die Umsetzbarkeit einer langfristigen Roadmap zu gewährleisten. Entwicklungs-Roadmaps fokussieren sich in der Regel darauf bestehende Plattformen so lange wie möglich am Leben zu halten. Dies ist mit Blick auf die Erfüllung langfristiger Technologietrends mitunter kompliziert, weil Legacy-Systeme in der Regel nur für die Erfüllung einfacher Aufgaben dienen. Durch die Einführung neuer, leistungsfähigerer Prozessoren und Mikrocontroller können Unternehmen ihre Systeme auf zukünftige Anforderungen vorbereiten und neue Funktionen und Technologien integrieren, die mit älteren Systemen nicht möglich wären.

3. Standardisierung und "Plattformisierung" in der Entwicklung

Die Portierung bietet die Möglichkeit zur Standardisierung und "Plattformisierung" in der Entwicklung. Dies bedeutet, dass Unternehmen eine einheitliche Entwicklungsplattform für verschiedene Produkte und Projekte nutzen können. Dies führt zu einer besseren Wiederverwendbarkeit von Softwarekomponenten, vereinfachten Entwicklungsprozessen und einer schnelleren Markteinführung neuer Produkte. Durch die Verwendung standardisierter Plattformen können Unternehmen zudem ihre Entwicklungsressourcen effizienter einsetzen und die Wartung und Aktualisierung ihrer Systeme vereinfachen.

4. Kostenreduktion von Hardware und BoM

Die Kostenreduktion ist ein weiterer wesentlicher Grund für die Portierung von Embedded Systems. Durch den Wechsel zu kostengünstigeren Komponenten und die Optimierung der Bill of Materials (BoM) können Unternehmen erhebliche Einsparungen erzielen. Beispielsweise kann der Umstieg für ein User Interface von einem leistungsstarken ARM53-Controller zu einem performanten F7-Controller mit GPU die Kosten senken, ohne die Leistungsfähigkeit des Systems zu beeinträchtigen. Eine konsolidierte BoM reduziert nicht nur die direkten Hardwarekosten, sondern auch die Logistikkosten und die Komplexität des Bestellprozesses, was insgesamt zu einer effizienteren und kostengünstigeren Produktion führt.

5. Bessere Einkaufsbedingungen und Einkaufssicherheit

Die geopolitischen Spannungen und externe Schocks wie Naturkatastrophen oder Fabrikbrände haben gezeigt, wie wichtig es ist, flexibel auf Marktbedingungen reagieren zu können. Durch die Portierung können Unternehmen ihre Lieferketten diversifizieren und sich auf mehrere Lieferanten und Regionen stützen. Dies ermöglicht nicht nur bessere Einkaufsbedingungen, sondern erhöht auch die Resilienz des Unternehmens gegenüber externen Störungen. Eine diversifizierte Lieferkette reduziert das Risiko von Produktionsausfällen und sorgt dafür, dass das Unternehmen auch in Krisenzeiten handlungsfähig bleibt.

Portierungen erfolgreich meistern

Die Portierung von Embedded Systems ist eine komplexe Aufgabe, die eine sorgfältige Planung und Umsetzung erfordert. Hierbei geht es nicht nur darum, neue Prozessoren und Hardware zu integrieren, sondern auch sicherzustellen, dass alle funktionalen Anforderungen erfüllt werden und das System optimal funktioniert. Folgender strukturierter Ansatz kann helfen, Portierungsprojekte erfolgreich durchzuführen.

Identifikation und Formulierung von Requirements

Der erste Schritt in einem Portierungsprojekt ist die Identifikation der relevanten funktionalen Bausteine des bestehenden Systems. Diese Bausteine werden detailliert analysiert und in konkrete Anforderungen (Requirements) ausformuliert. Die Requirements dienen als Grundlage für die Entwicklung und sind entscheidend für die Erstellung von Testcases.

Erstellung und Review von Testcases

Basierend auf den identifizierten Requirements werden spezifische Testcases als Abnahmekriterien erstellt. Diese Testcases sind von zentraler Bedeutung, da sie später als Akzeptanzkriterien für das Projekt dienen. Es ist essenziell, dass der Kunde diese Testcases absegnet, um sicherzustellen, dass alle funktionalen Anforderungen klar definiert und akzeptiert sind.

Parallel laufende Hardware- und Software-Entwicklung

Nachdem die Testcases abgenommen wurden, beginnen parallel die Hardware- und Software-Entwicklung. Die Hardware-Entwicklung startet mit der Identifikation der geeigneten Controller-Bausteine. Gemeinsam mit dem Kunden wird ein Ziel-IC festgelegt. Danach erfolgt der Austausch in den Schaltplänen (Schematics) und Layouts, gefolgt von der Erstproduktion der neuen Hardware. Nach der ersten Produktion wird die Hardware in Betrieb genommen und das Design durch eine Zweitproduktion abgesichert. Zeitgleich mit der Hardware-Entwicklung beginnt die Software-Entwicklung. Zunächst wird eine Treiber-Bibliothek aufgebaut. Danach erfolgt der Austausch der Treiberschicht und das Umschreiben der Treiberzugriffe. Dieser Prozess beinhaltet iteratives Testen, um sicherzustellen, dass alle Komponenten korrekt funktionieren. Anschließend werden Kommunikationsstacks integriert und Timings optimiert. Eine wichtige Phase ist die Build-Optimierung, um sicherzustellen, dass das gesamte System effizient und stabil läuft.

Gesamttest und Abnahme

Nach Abschluss der Hardware- und Software-Entwicklung wird ein umfassender Gesamttest durchgeführt. Dieser Test überprüft, ob alle funktionalen Bausteine korrekt implementiert und alle Testcases erfüllt sind. Der Gesamttest bildet die Grundlage für die finale Abnahme durch den Kunden.

Fazit

Ein strukturierter bei Portierungsprojekten gewährleistet, dass sowohl die Hardware- als auch die Software-Entwicklung reibungslos ablaufen und alle funktionalen Anforderungen erfüllt werden. Durch die enge Zusammenarbeit mit dem Kunden und die klare Definition von Testcases und Akzeptanzkriterien wird sichergestellt, dass das fertige System den Erwartungen entspricht und optimal funktioniert.

Vom Nischenprodukt zum strategischen Device

Unser Kunde jumo musste aufgrund einer strategischen Anfrage aus einem bisher nicht beachteten Industriezwei ein Nischenprodukt praktisch "über Nacht" zu einem strategischen Device aufwerten. Das Problem: der Controller war bereits abgekündigt.