Vielfalt der Embedded Hardware

💡 Dieser Artikel basiert auf meinem Vortrag “Einführung in Embedded Systeme”, den ich am 24.01.2025 bei AraCom IT Services gehalten habe. Nach den ersten beiden Teilen, die sich mit den Grundlagen und der Entwicklung von Programmiersprachen beschäftigt haben, tauchen wir heute in die Welt der Embedded Hardware ein. Der Fokus liegt auf Mikrocontrollern (MCUs), den Herzen vieler Embedded Systeme, und warum ihre Vielfalt entscheidend für verschiedene Anwendungsfälle ist.

Ein Überblick über Mikrocontroller

Mikrocontroller (MCUs) sind das Herzstück nahezu jedes Embedded Systems. Sie steuern Geräte, führen Berechnungen durch und verbinden Hardware und Software. Was sie so faszinierend macht, ist ihre Anpassungsfähigkeit an unterschiedlichste Anforderungen – von Prototyping-Projekten bis hin zu industriellen Anwendungen.

Drei Beispiele verdeutlichen die Vielfalt der Embedded Hardware:

Arduino – Der perfekte Einstieg

Arduino ist bekannt für seine Benutzerfreundlichkeit und den schnellen Einstieg, selbst für Einsteiger. Mit der Arduino IDE wird die Programmierung in einer C-ähnlichen Sprache vereinfacht, wodurch sowohl Maker als auch Profis effizient Prototypen entwickeln können.
Ein einfaches Blinklicht-Programm in Arduino sieht so aus:

void setup() {
    pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}
void loop() {
    digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
    delay(1000);
    digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
    delay(1000);
}

Die wahre Stärke von Arduino liegt jedoch in seiner riesigen Community und den umfangreichen Bibliotheken, die nahezu jedes Problem lösen können. Ob Bildungsprojekte oder Prototyping – Arduino ist die erste Wahl für schnelle Ergebnisse.

STM32 – Der Klassiker für Embedded Profis

STM32-Mikrocontroller basieren auf der ARM-Cortex-M-Architektur und gelten als die “Schweizer Taschenmesser” der Embedded Welt. Mit Taktraten von bis zu 72 MHz, 64 KB RAM und bis zu 512 KB Flash-Speicher sind sie leistungsfähig und flexibel. Ihre umfangreiche Peripherie (z. B. CAN, I2C, SPI, ADC) macht sie ideal für industrielle Anwendungen, die hohe Anforderungen an Präzision und Zuverlässigkeit stellen.

In der Praxis werden STM32-Mikrocontroller häufig in der Automobilindustrie, Medizintechnik und Automatisierung eingesetzt. Ihr großer Vorteil: Sie bieten eine breite Palette von Varianten – von Low-Power-Modellen für batteriebetriebene Geräte bis hin zu High-Performance-Chips für anspruchsvolle Berechnungen.

ESP32 – Vielseitigkeit trifft Konnektivität

Der ESP32 ist eine wahre Allzweckwaffe, wenn es um IoT-Projekte geht. Mit integriertem WLAN und Bluetooth, einem ARM Cortex-M-Prozessor oder einem modernen 32-Bit RISC-V-Kern (je nach Modell), 160 MHz Taktrate und 400 KB SRAM ist er perfekt für vernetzte Geräte geeignet. Besonders beeindruckend ist der Preis: Trotz seiner Vielseitigkeit bleibt der ESP32 äußerst kostengünstig.

Ein einfaches Beispiel in Rust zeigt, wie unkompliziert sich WLAN mit dem ESP32 nutzen lässt:

let wifi = Wifi::new();
wifi.connect("SSID", "password");

Typische Anwendungsfälle des ESP32 sind Smart-Home-Geräte, Sensoren und andere IoT-Anwendungen. Sein Vorteil liegt nicht nur in der Leistung, sondern auch in der Verfügbarkeit von Open-Source-Bibliotheken und Tools, die die Entwicklung erleichtern.

Warum Vielfalt entscheidend ist

Die Wahl der richtigen Hardware hängt stark vom Anwendungsfall ab. Ein Arduino eignet sich hervorragend für schnelle Prototypen oder Bildungsprojekte, während ein STM32 durch seine Peripherie und Flexibilität ideal für industrielle Anwendungen ist. Der ESP32 überzeugt durch seine Konnektivität und ist daher die perfekte Wahl für IoT- und Smart-Home-Projekte.

Diese Vielfalt zeigt, wie wichtig es ist, die Anforderungen eines Projekts genau zu verstehen und die richtige Hardware auszuwählen. Die Welt der Embedded Hardware bietet für jedes Szenario die passende Lösung – es kommt nur darauf an, die Stärken und Schwächen der jeweiligen Plattform zu kennen.

Zusammenfassung

• Arduino: Einfacher Einstieg, ideal für Prototyping und Bildungsprojekte.
• STM32: Leistungsfähig und flexibel, perfekt für Industrie und Medizintechnik.
• ESP32: Günstig und vielseitig, ideal für IoT und Smart-Home-Anwendungen.