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Was macht ein Embedded Systems Engineer?

Kommandozentrale im Internet der Dinge

Von Bylle Bauer

 

 

When we talk about the Internet of Things, it’s not just putting RFID tags on some dumb thing so we smart people know where that dumb thing is. It’s about embedding intelligence so things become smarter and do more than they were proposed to do. – Nicholas Negroponte, Informatik-Professor am MIT

Als Embedded Systems Engineer oder Entwickler für Embedded Systems bist Du an der Schnittstelle zwischen IT und Ingenieurwelt zugange und besonders im IoT-Bereich gefragt. Abseits des Internet of Things wirkst Du oft im Verborgenen, denn die meisten eingebetteten Systeme verrichten ihren Dienst, ohne dass der Nutzer etwas davon bemerkt. Aus absichtlich stark limitierten Ressourcen zauberst Du reibungslos funktionierende Lösungen für den speziellen Einsatzzweck. Als Embedded Systems Engineer (andere Jobtitel sind auch Embedded Software Entwickler, Embedded Software Engineer oder Softwareentwickler für Embedded Systems) hast Du glänzende Berufsaussichten, die wir uns hier mal genauer anschauen. Zuvor ein paar Worte zu Embedded Systems.

Exkurs: Was ist ein eingebettetes System?

Ein Embedded System setzt sich aus Soft- und Hardware zusammen und ist Teil eines größeren Systems. Das für Dich interessante Herzstück ist ein Mikroprozessor, der in einen technischen Kontext eingebettet ist und den Du mit Deinem Code kontrollierst.

Ein Paradebeispiel sind moderne Kraftfahrzeuge: In Autos mit State-of-the-Art Technologien befinden sich viele kleine, vernetzte Computer, die einzelne Elemente steuern: den Motor, die Einparkhilfe, die Bremsen, die Airbags usw. – alles natürlich in Echtzeit. Sensoren messen die physikalischen Zustände des Autos und der Außenumgebung und wandeln sie in digitale Werte um, damit der Computer die Kommandos für die Hardware berechnen und beispielsweise dem Bremssystem mitteilen kann, wann eine Bremsung eingeleitet werden muss. Die Kommandos werden in analoge Werte umgesetzt und von der Bremse (dem "Aktor") ausgeführt, so dass der "technische Kontext" seinen physikalischen Zustand ändert, also hier: bremst.

Embedded Systems steuern also grundlegende Funktionen und müssen viele Voraussetzungen wie eine hohe Effizienz, geringe Kosten und einen niedrigen Speicher-, Energie- und auch Platzverbrauch erfüllen. Meist sind Soft- und Hardware untrennbar miteinander verbunden und es ist nicht vorgesehen, dass der Endnutzer die Programmierung ändern kann – daher auch die Bezeichnung "Firmware".

IoT Technologien bieten viele Möglichkeiten, Prozesse zu optimieren oder völlig neu zu konfigurieren. Der Anschluss von Geräten, Systemen oder Diensten an KI bietet völlig neue Möglichkeiten, Wertschöpfungsketten zu optimieren, abzukürzen und Kosten zu reduzieren. Dem gegenüber stehen mindestens genauso große Risiken in Bezug auf sichere Standardisierung, Online-Security, Compliance und Datenschutz.

Was sind Deine Aufgaben als Softwareentwickler für Embedded Systems?

Als Embedded Systems Engineer programmierst Du die Prozessoren, die für die Überwachung, Verarbeitung und Speicherung der Systemdaten einerseits und die Berechnung und Weitergabe von Kommandos an die Hardware andererseits zuständig sind.

Für Privat-, Geschäfts- oder Industriekunden entwickelst Du reduzierte, aber wirksame Lösungen, die ihren alleinigen Zweck perfekt erfüllen und bewegst damit oft Großes – denk nur mal an Projekte wie SpaceX, die ohne eingebettete Systeme gar nicht möglich wären. Aber auch im ganz normalen Alltag spielen IoT-Anwendungen eine immer größere Rolle und Du kannst einen entschiedenen Beitrag dazu leisten, die Potenziale vernetzter Systeme in die Praxis umzusetzen. Die Vision "everything that can be connected will be connected" ist mittlerweile pragmatischem Realismus gewichen: Bei der Vernetzung von Dingen steht der Nutzen und ein echter Mehrwert für die Anwender im Mittelpunkt.

The Internet of Things is not a concept; it is a network, the true technology-enabled Network of all networks. – Edewede Oriwoh, Informatikerin & Cyber Sec Consultant

Dabei startest Du wie sonst auch in der Softwareentwicklung: mit einer Anforderungsanalyse. Anhand dieser konzipierst Du das System und legst die Soft- und Hardwarekomponenten fest. In der Entwicklungsphase setzt Du Prototypen ein, testest fleißig und führst Fehlerdiagnosen durch, bis das System serienreif optimiert ist – Du bist also oft von der ersten Idee bis zum Rollout am gesamten Produktlebenszyklus beteiligt. Mit einer sauberen Dokumentation hältst Du Dein Tun fest.

Die Herausforderung besteht darin, so ressourcenschonend wie möglich und so effizient wie nötig zu entwickeln. Du arbeitest häufig mit einem System ohne Festplatte, ohne Betriebssystem, nicht mal mit einem Bildschirm oder einer Tastatur. Um die Peripherie kümmern sich andere.

In der Regel muss ein eingebettetes System über Echtzeitfähigkeit verfügen. Das heißt, dass Du die Timing-Anforderungen aufnimmst und mit Deiner Programmierung die vorgegebenen Zeitintervalle einhältst, in denen der Aktor, also das von Dir dirigierte mechanische Bauelement, reagieren muss.
schematischer Aufbau eines Embedded Systems

© get in IT

Wo kannst Du arbeiten?

Die Digitalisierung und das Internet der Dinge bereiten Dir als Embedded Software Engineer ein riesiges Betätigungsfeld. Das heißt: Du kannst Dir im Prinzip nach Belieben die Branche aussuchen, in der Du arbeiten möchtest. Gerade im IoT-Bereich, in der Automatisierungstechnik, der Industrie 4.0 und dem Maschinenbau spielen eingebettete Systeme eine tragende Rolle. Auch darüber hinaus steht Dir ein breites Spektrum an möglichen Arbeitgebern, z.B. aus der ITK-Branche, dem Consumer Electronics-Kosmos, der Fahrzeugtechnik oder dem Energie- und Umweltbereich offen. Vom Großkonzern bis zum IoT-Startup steht Dir jedes Arbeitsumfeld zur Verfügung, das zu Dir passt.

Aktuelle Embedded Systems Jobs

Worauf kannst Du Dich spezialisieren?

Die Spezialisierungsmöglichkeiten im Bereich Embedded Systems sind extrem breit und würden den Rahmen dieses Artikels ganz klar sprengen. Auch wenn am Ende alles auf einen kleinen Mikroprozessor hinausläuft: Du kannst diesen z.B. für "Weißware", also Waschmaschinen, Kühlschränke usw. programmieren und im Consumer-Bereich dafür sorgen, dass der Saugroboter loslegt, wenn seine Besitzer das Haus verlassen oder in der Unterhaltungselektronik TVs, DVD-Player, Spielkonsolen oder Lautsprecher "smart" machen. Auch Telefone sind heute eingebettete Systeme, da das gesamte Telefonnetz computergesteuert ist.

Die Industrie 4.0 bezeichnet die 4. industrielle Revolution durch die Digitalisierung und bietet Dir mindestens genauso spannende Betätigungsfelder – etwa Fertigungsroboter, interkonnektive Produktionsanlagen, Condition Monitoring und Predictive Maintenance. Mittels Sensortechnologie gewinnst Du massenhaft Zustandsdaten aus vernetzten Maschinen und lässt das System im Voraus berechnen, wann die Anlage gewartet werden muss. Auch in Flugzeugen läuft heute alles nach dem Motto: "fly by wire". Dein Computer steuert den großen Vogel sicher durch die Lüfte. Und wie schon angedeutet kannst Du als Embedded Systems Engineer sogar die Raumfahrt erobern.

Wo ein Computersystem im Einsatz – und mit dem Intra- oder Internet verbunden ist, sind Angreifer, die versuchen, es zu manipulieren, oft nicht weit. Seitdem Autos komplett durchdigitalisiert sind, wird in einem Drittel der Diebstahlsfälle nicht mehr die Brechstange genutzt, sondern der Laptop. Auf diese Weise wurden bereits 2006 mehrere BMWs gestohlen – ein Kinderspiel, nachdem die Diebe den gehackten eingebetteten Systemen befohlen hatten, die Türen zu öffnen und den Motor zu starten. Seitdem wurde die IT Security im Bereich Embedded Systems deutlich aufgerüstet. Wenn Dich beides fasziniert, ist das der ideale Job für Dich!

Bist Du ein Embedded Software Engineer?

Ein Studium der Technischen Informatik bereitet Dich gut vor. Die Einsatzfelder der eingebetteten Systeme werden immer größer und komplexer, weshalb es inzwischen an einigen Universitäten auch Master-Studiengänge speziell für Embedded Systems gibt. Hier steht das Zusammenspiel von Hard- und Softwareentwicklung von Anfang an im Mittelpunkt. Aber Embedded Systems Engineers können durchaus einen Ingenieur-Background wie z.B. Elektrotechnik oder Mechatronik haben. Ihr habt ein paar Grundvoraussetzungen gemeinsam:

Neben einer großen Leidenschaft für Informatik liebt Ihr Technik und versteht die Funktionsweise von Maschinen und Geräten nicht nur, sondern wollt sie revolutionieren! Daher kennst Du Dich mit Hardwareentwicklung ebenso aus wie mit der Programmierung von Algorithmen.

Die häufigsten Programmiersprachen im Bereich Embedded Systems stammen aus dem C-Universum: C, C++ und Embedded C++ sind führend. In der Flugsteuerung kommt oft die eher exotische Sprache Ada zum Einsatz. Auch die modellbasierte Entwicklung mit MATLAB/Simulink oder ASCET spielen eine Rolle: Die Modelle generieren automatisch Code in C.

Eingebettete Systeme sind sowohl software- als auch hardwareseitig stark an Eingabe/Ausgabe bzw. Input/Output oder I/O gebunden. Diesen erhalten sie durch die Sensoren und Aktoren. Die Kopplungseffekte und Wechselwirkungen sind Dir völlig einleuchtend. Die wichtigste Bedingung eines Embedded Systems ist oft seine Echtzeitfähigkeit, also die rechtzeitige Reaktion auf Ereignisse von außen. Daher bist Du mit Methoden wie Time-triggered und Event-triggered Design vertraut.


Was kannst Du als Embedded Systems Engineer verdienen?

Da Du in der Regel nicht direkt nach dem Bachelor in Informatik als Embedded Software Entwickler loslegst, sondern Dich durch ein Masterstudium, Praktika oder Trainee-Programme bereits in die Thematik eingearbeitet hast und mit entsprechendem Knowhow anrückst, liegt Dein Einstiegsgehalt zwischen 46.900 und 51.200 €. Auf Professional-Level erreichst Du im Jahresbrutto durchschnittlich schon um die 65.000 €. Dabei kommt es natürlich stark auf Faktoren wie die Unternehmensgröße, die Branche und auch das Bundesland an, in dem Dein Arbeitgeber sitzt. Genauere Zahlen kannst Du unserem Gehaltsrechner entlocken, indem Du die Suche individuell auf Deine Situation eingrenzt.

Durch IoT sind die Anwendungsfelder eingebetteter Systeme exponentiell gewachsen. Als Embedded Software Engineer kannst Du Dich darauf freuen, Innovationen voranzutreiben und viel Verantwortung, insbesondere im Kontext Security, zu übernehmen. Wir finden: ausgezeichnete Berufswahl!

tl;dr:
  • Ein Embedded System ist ein aus Software und Hardware bestehendes Computer-Teilsystem, das in einen größeren technischen Kontext (wie ein Auto, einen Kühlschrank oder ein Space Shuttle) eingebettet ist.
  • Du entwickelst Programme für den Mikroprozessor, der für die Kommunikation und Wechselwirkung zwischen Soft- und Hardware verantwortlich ist. Dabei bist Du von der Anforderungsanalyse übers Testing und Prototyping bis hin zum Rollout dabei.
  • Deine Berufsaussichten sind bestens, da eingebettete Systeme in vielen Bereichen auf dem Vormarsch sind, z.B. in der Industrie, dem Fahrzeug- und Flugzeugbau oder im Zusammenhang mit IoT-Devices.
  • Dein Einstiegsgehalt als Embedded System Engineer liegt im Durchschnitt zwischen 45.900 € und 50.200 €.
 

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