Zephyr RTOS für die Entwicklung eingebetteter Systeme
Was ist Zephyr?
Zephyr RTOS ist ein hoch konfigurierbares Open-Source-Echtzeitbetriebssystem (RTOS), das von der Linux Foundation betreut wird. Es ist speziell für das IoT (Internet of Things) und ressourcenbeschränkte eingebettete Geräte in Embedded-Technologie-Bereichen konzipiert. Sein leichtgewichtiges, skalierbares Design unterstützt mehrere Hardwarearchitekturen, darunter Arm®, x86 und RISC-V. Zephyr ist für Anwendungen optimiert, die präzises Timing, hohe Sicherheit und skalierbare Leistung erfordern, und eignet sich daher für eine Vielzahl von Branchen. Wer sich fragt, wo Zephyr RTOS eingesetzt wird – es findet Verwendung in IoT, Gesundheitswesen und industrieller Automatisierung.
Die wichtigsten Herausforderungen von Zephyr RTOS
Ressourcenbeschränkungen
Zephyr RTOS ist für kleine Zielsysteme wie Gateways, Benutzeroberflächen und Sensoren konzipiert, die mit einem MCU ausgestattet sind, der nur über wenige Kilobyte Speicher verfügt. Diese ressourcenbeschränkte Umgebung erfordert eine sorgfältige Optimierung des RTOS und der zugehörigen Bibliotheken, um den Anforderungen der Projekte gerecht zu werden.
Sicherheit
Viele eingebettete Geräte, die ein RTOS ausführen, werden im Feld eingesetzt und sind nicht leicht zugänglich, um Firmware-Updates durchzuführen. Funktionen wie Secure Boot, Langzeit-Support und Remote-Software-Updates, einschließlich Datenverschlüsselung und Schwachstellenverfolgung, stellen zentrale Sicherheitsherausforderungen bei der Entwicklung eingebetteter Geräte für Kunden dar.
Skalierbarkeit
Die Akzeptanz der Zephyr-Lösung hängt direkt von der Skalierbarkeit des Projekts ab. Die Pflege des Quellcodes mit guter Leistung und Reaktionsfähigkeit über eine breite Palette unterschiedlicher eingebetteter Geräte hinweg, die verschiedene Hardwareanforderungen erfüllen müssen, ist zeitaufwendig und sehr schwierig.
Warum wird Zephyr zum bevorzugten Framework in der MCU-Entwicklung?
A guide to scalable, secure, and production-ready RTOS adoption
CTO & Co-Founder
Wichtige Funktionen von Zephyr
Echtzeitfunktionen
Der Zephyr-Kernel bietet eine Vielzahl von Kernel-Diensten (Multithreading, Inter-Thread-Synchronisation, Speicherverwaltung usw.) und Planungsalgorithmen für Entwickler. Dies ist entscheidend für Anwendungen, die präzises Timing und hohe Reaktionsfähigkeit erfordern, wie etwa in der Industrieautomatisierung und im Gesundheitswesen.
Architekturübergreifende Unterstützung
Zephyr unterstützt verschiedene Hardwarearchitekturen, darunter einige ARM-Cortex-Kerne, Intel x86, RISC-V und Tensilica Xtensa. Dutzende unterstützte Entwicklungsboards und Low-Level-Gerätetreiber stehen zur Verfügung, um schnell mit dem Aufbau und der Evaluierung von Zephyr zu beginnen.
Sicherheitsfokus
Zephyr integriert Funktionen wie Speicherschutz, Zugriffskontrollen und Secure Boot, die für eingebettete Systeme entscheidend sind. Außerdem stehen mehrere OTA-Frameworks zur Verfügung, sodass Ihre Geräte im Feld Sicherheitsupdates und Fehlerbehebungen erhalten können. Die Zephyr-CVEs werden in der NIST-Schwachstellendatenbank erfasst.
Modulare Architektur
Zephyr bietet eine hohe Flexibilität, um in Ihrer Anwendung nur die notwendigen Komponenten einzubinden, sowie zahlreiche Konfigurationsoptionen, um jede davon individuell anzupassen. Dadurch lässt sich der RTOS-Footprint für jeden spezifischen Anwendungsfall optimieren, wobei der Fokus auf den begrenzten Ressourcen der Geräte liegt.
Ein umfassendes Set an Bibliotheken, Protokollen und Gerätetreibern vereinfacht die MCU-Entwicklung. Einige Beispiele sind die Unterstützung von Bluetooth-Konnektivität, LoRaWAN, OpenThread, LVGL, littlefs-Technologien sowie zahlreiche Gerätetreiber wie Netzwerkschnittstellen, Displays, Touchscreen-Controller oder Audiocodecs.
Zephyr verwendet ein Gerätetreiber-Modell mit einer Device-Tree-Konfiguration, die eine sehr einfache und schnelle Integration spezifischer Hardware-Schnittstellen und Peripheriegeräte ermöglicht. Die Integration einer Funkverbindung, eines bestimmten Displays oder anderer spezieller Komponenten erfordert in der Regel nur wenige Zeilen Konfiguration im Device Tree – danach kann sie direkt in der eigenen Anwendung genutzt werden. Dieses Modell ermöglicht es Entwicklern, Varianten desselben Produkts mit unterschiedlichen Hardwarekonfigurationen effizient zu erstellen.
Darüber hinaus unterstützt Zephyr die Integration externer Module, sodass jedes Projekt eigenständige, leicht wiederverwendbare Module schreiben und integrie
Zephyr ist Open Source
Zephyr ist ein Open-Source-Projekt, das auf gemeinschaftliche Zusammenarbeit setzt und es Entwicklern ermöglicht, Code frei zu nutzen, zu ändern und beizutragen. Die wichtigsten MCU-Hersteller, darunter Nordic Semiconductor, STMicroelectronics, NXP und Renesas, sind offizielle Projektmitglieder und tragen aktiv bei. Hunderte unabhängiger Entwickler haben ebenfalls bereits beigetragen, was Zephyr zum am aktivsten weiterentwickelten Open-Source-RTOS macht. Jeder ist eingeladen, mitzuwirken.
Hunderte unabhängiger Entwickler haben bereits zu Zephyr beigetragen, indem sie Fehlerbehebungen, neue Treiber, Board-Unterstützungen, Tools, Release-Informationen usw. vorgeschlagen haben. Jede Woche werden zahlreiche Pull Requests eingereicht, überprüft und zusammengeführt – was Zephyr tatsächlich zum aktivsten Open-Source-RTOS macht. Jeder ist willkommen, sich zu beteiligen – warum nicht auch Sie?Zephyr-Lizenzmodell
Zephyr RTOS arbeitet unter der Apache-2.0-Lizenz, einer freizügigen Open-Source-Lizenz, die es Entwicklern ermöglicht, die Open-Source-Software mit minimalen Einschränkungen frei zu nutzen, zu ändern und zu verbreiten – und so Innovation und Beiträge der Community zu fördern. Die Apache-2.0-Lizenz bietet außerdem einen robusten Rahmen zum Schutz des geistigen Eigentums und stellt sicher, dass Beiträge zum Zephyr-Projekt rechtlich abgesichert sind. Dadurch können Benutzer und Entwickler Zephyr mit Vertrauen in ihre kommerziellen und proprietären Projekte integrieren, ohne rechtliche Risiken einzugehen. Dieser offene und zugleich sichere Lizenzansatz macht Zephyr zu einer attraktiven Wahl für ein breites Spektrum von Anwendungen – von Hobbyprojekten bis hin zu unternehmensweiten Industrieeinsätzen.
SUCCESS STORY
Beschleunigte Entwicklung von Profido – einem sicheren drahtlosen Authentifizierungsgerät
- Hardware-Debugging und -Optimierung
- Umfassendes Software-Systemdesign und Integration
- Sichere OTA-Update-Architektur
- Entwurf eines benutzerdefinierten Funkprotokolls
Hauptvorteile von Zephyr für Embedded-Systeme und vernetzte Geräte
Plattformübergreifende Unterstützung
Die Nutzung der plattformübergreifenden Architektur von Zephyr, um mehrere Varianten desselben Produkts auf Basis unterschiedlicher MCUs verschiedener Hersteller zu erstellen, ist eine interessante Lösung, die bereits in den Entwicklungs- und Produktionsprozessen mehrerer Unternehmen integriert ist, mit denen Witekio zusammenarbeitet. Der modulare Ansatz der Hardware-Konfiguration und der Software-Integration von Bibliotheken und Modulen unterstützt die Entwicklung portabler Anwendungen. Dies vermeidet Schwierigkeiten während der Produktion – insbesondere bei der Herstellung von Tausenden oder Millionen von Geräten und kommerziellen Produkten für den heutigen Markt.
Bewährtes RTOS-Ökosystem
Zephyr ist ein umfassendes Ökosystem. Eine Vielzahl an Bibliotheken, Funktionen und Protokollen wird standardmäßig bereitgestellt und vom Kernentwicklungsteam von Zephyr gut unterstützt und gepflegt. Im Vergleich zu anderen bekannten Lösungen und RTOS wie FreeRTOS oder ThreadX bietet Zephyr ein ungleich größeres und umfangreicheres Set an Komponenten und Entwicklungstools.
Im Vergleich zu anderen bekannten Lösungen und RTOS wie FreeRTOS oder ThreadX bietet Zephyr ein deutlich größeres und vielfältigeres Set an Komponenten, einschließlich unterstützter Boards und Entwicklungstools, die direkt in Ihre Anwendungen integriert werden können.Zephyr-Community
Zephyr wächst kontinuierlich dank einer sehr großen und aktiven Community, die die Entwicklung des RTOS und der zugehörigen Bibliotheken unterstützt. Dies wird durch zahlreiche internationale After-Work-Events und Konferenzen gefördert, von denen einige vom Zephyr-Projekt und der Linux Foundation organisiert oder unterstützt werden. Die aktive Community ermöglicht es, komplexe Lösungen schnell zu entwickeln und eventuelle Fehler im Quellcode zu beheben. Das Einbringen von Code („Upstreaming“) wird gefördert, geschätzt und vom Kernentwicklungsteam von Zephyr sorgfältig überprüft.
Die aktive Community ermöglicht es, komplexe Lösungen schnell zu entwickeln und eventuelle Fehler im Quellcode zu beheben. Das Einbringen von Code wird gefördert, geschätzt und vom Zephyr-Kernentwicklungsteam sorgfältig überprüft.Zephyr RTOS als sichere Wahl für die Entwicklung eingebetteter MCUs
In diesem Webinar zeigt Witekio, warum Zephyr RTOS eine der sichersten und zuverlässigsten Optionen für die Embedded-Entwicklung auf Mikrocontrollern ist. Ganz gleich, ob Sie vernetzte Medizinprodukte, Systeme zur Industrieautomatisierung oder IoT-Plattformen entwickeln – die richtige Umsetzung der RTOS-Sicherheit ist entscheidend – und Zephyr liefert genau das.
Diese Session führt Sie durch die wichtigsten Sicherheitsfunktionen von Zephyr, darunter:
- Integrität der Firmware
- Sichere Kommunikation
- Speicherschutz und Benutzermodus
- Trusted Execution Environments (TEE)
- Ausrichtung an branchenspezifischen Sicherheitsstandards
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