Googles Betriebssystem Android hat bei dessen Lancierung im Herbst 2008 die Szene der mobilen Betriebssysteme ziemlich aufgemischt. Obwohl zahlreiche andere Anbieter erfolgreich Embedded-Betriebssysteme auf den Markt gebracht hatten – unter anderem RIM, Nokia oder Palm – konnte Android bei den Nutzern punkten und ist mittlerweile sogar das erfolgreichste Betriebssystem im Mobilsektor. Gerade durch die einfache und intuitive Bedienoberfläche von Android ist es den Konkurrenten überlegen. Wo andere Betriebssysteme komplizierte Menüstrukturen mit di-versen Hardware-Tasten benötigten, setzte Android von Anfang an auf sogenannte Navigationstasten. Bei neuen Geräten bestehen diese aus ‚Zurück‘, ‚Home‘ sowie ‚letzte Applikationen‘. Ein weiterer Vorteil von Android ist die Anpassbarkeit des Betriebssystems. So kann der Nutzer zum Beispiel die Apps und Widgets auf dem Homescreen so anordnen, wie es ihm am besten passt.

Immer öfter ist in der Industrie ebenfalls eine einfache Benutzeroberfläche gefragt. Zum Beispiel, um die Geräte von ungeschultem Personal bedienen zu lassen. Die Offenheit des Android-Betriebssystems erlaubt es den Herstellern, die Geräte explizit auf ihre Anforderungen abzustimmen. So ist Android als Open Source verfügbar und kann theoretisch beliebig den entsprechenden Bedürfnisse angepasst werden.

Linux-Kernel als Basis

Darüber hinaus ist die Plattform technisch attraktiv, weil sie auf einem Linux-Kernel aufsetzt und Applikationen ganz einfach entwickelt werden können. Es wird nur ein aktuelles Java-SDK plus zusätzlich das Android-SDK benötigt. Die Applikation kann dann zum Beispiel in Java programmiert, mit einem normalen Java-Compiler übersetzt und von einem Cross-Assembler für die Dalvik-VM angepasst werden. Aus diesem Grund lassen sich Programme prinzipiell mit jeder Java-Entwicklungsumgebung erstellen. Die fertige Applikation wird in ein .apk-Paket verpackt und kann anschließend auf dem Android-Gerät mit dem Paketmanager installiert werden. Auch können diese Applikationen über Google Play bereitgestellt werden.

Doch wo sind die Einsatzbereiche in der Industrie? Android ist heutzutage nicht mehr nur für Mobiltelefone erhältlich, längst hat sich Android schon bei Tablets, Media Playern, Navigationssystemen oder Weckern etabliert – dabei aber fast ausschließlich im Consumer-Bereich.

Einsatz in der Industrie

Doch viele Gerätehersteller sind von der einfachen und intuitiven Bedienoberfläche so angetan, dass sie ihre Industrie-Geräte ebenfalls damit ausrüsten wollen. Wieso soll also Android nicht genauso bei einem Ticket-Automaten oder bei einer Anlagensteuerung zum Einsatz kommen? Überall dort, wo es nicht nur auf die Produktivität einer Maschine ankommt, sondern auch die Benutzeroberfläche optisch ansprechend und durch ihre Bedienbarkeit überzeugen soll, hat Android seine Berechtigung. Inzwischen sind viele sogenannte COM (Computer on Module) auf dem Markt, welche mit sehr leistungsstarken, mehrkernigen Prozessoren ausgestattet sind und darüber hinaus teilweise noch über einen 3D-Beschleuniger verfügen. Diese Module werden neben Embedded Linux mit Android angeboten. Außerdem gibt es bereits einige Anbieter von sogenannten Ruggedized Tablets, welche ihre Geräte mit dem Betriebssystem Android ausrüsten. Diese Tablets für etwas härtere Umgebungsbedingungen eignen sich besonders gut für den Anbau an Maschinen oder den Einbau in Geräte für Wartung und Produktion.

Die Sicherheit und der Support

In Industrie-Geräten ist aber nicht nur hohe Bedienfreundlichkeit gefragt, sondern auch Sicherheit, Datenschutz und Support während der gesamten Produktlebensdauer. Gerade bei der ­Sicherheit hat Android schon öfters für negative Schlagzeilen gesorgt, was die Akzeptanz des Systems im ­industriellen Einsatz massiv schwächt. So ist nicht mehr abzustreiten, dass bei Google Play eine signifikante Anzahl von Schadprogrammen herumgeistert. Experten bestätigen dies und warnen vor scheinbar seriösen Apps, die von Hackern decompiliert und mit schädlichen Algorithmen erweitert werden. Für industrielle Anwendungen muss diese Sicherheitslücke auf jeden Fall geschlossen werden. Dazu gibt es mittlerweile schon unterschiedliche Lösungsansätze. Zum Beispiel ist von einem speziellen App-Marktplatz die Rede, wo die Applikationen durch Signaturen vor Malware geschützt sind. Laut Wind River sind ferner Lösungen mit einer zusätzlichen Sicherheitsebene denkbar. Der Bootloader würde dabei prüfen, ob es sich beim Linux-Kernel und der Android-Firmware um die korrekte Version handelt. Damit würde Hackern die Möglichkeit genommen, sich durch die Verwendung eines ­manipulierten Linux-Kernels Root-Zugriff auf das Android-System zu verschaffen.

Das Android-­Konzept: Wie bei den Konkurrenten, dem ‚App Store‘ von Apple oder dem ‚Windows Phone Store‘ von Microsoft, bietet der ‚Google Play Store‘ Apps für seine Android-Nutzer.

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Ein Industrie-System braucht allerdings nicht in jedem Fall uneingeschränkten Zugriff auf einen Playstore oder das Internet. Durch solche Einschränkungen könnte schon eine Vielzahl der Risiken ausgeschlossen werden. Die verwendeten Systeme sind meist für ihren jeweiligen Einsatz ­konzipiert und nur mit der entsprechend Applikation ausgestattet, eine benutzerdefinierte Erweiterung ist nicht nötig.
Bei den Smartphone-Betriebssystemen zeigt sich ein weiteres Problem: der rasche Versions-Wechsel verlangt häufige Updates und veraltete Versionen werden nicht mehr unterstützt. Ebenfalls werden die Geräte im Consumer-Bereich bereits nach zwei Jahren ersetzt, weshalb für ältere Hardware kein Support mehr angeboten wird. Im Gegensatz dazu stehen Industrieanlagen über mehrere Jahre oder gar Jahrzehnte im Einsatz. So kann es vorkommen, dass in den Maschinen eine Android-Version über Jahre ihr Werk tut, für Smartphones aber bereits veraltet ist und deshalb nicht mehr unterstützt wird. Allerdings ist dies meistens kein Problem, da man nicht zwingend immer die neueste Hardware haben muss. Sollte die An-lage mal aussteigen oder revidiert werden, so ist zu diesem Zeitpunkt ein Update der Hardware möglich. Selbst in diesem Fall hat sich das Problem größtenteils erledigt, da oft auf lang verfügbare Computer on Module (COM) gesetzt wird. Hier versprechen die Hersteller teilweise fünf bis zehn Jahre Support.

Android als Ressourcenfresser

Die Tatsache, dass Android im Vergleich zu typischen Echtzeit-Betriebssystemen sehr umfangreiche Systemressourcen fordert, ist längst kein Geheimnis mehr. In den Smartphones sind Quadcore-Prozessoren daher keine Seltenheit mehr. Auch führende Chiphersteller bieten Evaluations-Boards an, die dem Ressourcen-Hunger von Android gerecht werden.

Dadurch ist die erforderliche Systemleistung zu attraktiven Preisen erhältlich, was Android-Systeme auch für Seriengeräte interessant macht. Zum Beispiel gibt es zahlreiche Evaluations-Boards mit AM335x-Prozessoren von Texas Instruments, bei denen Linux sowie auch Android mitgeliefert wird. Das Starterkit verfügt außerdem über ein resistives 4,3-Zoll-Touchdisplay, DD3 RAM und den hauseigenen ARM-Cortex-A8-Prozessor (AM335x). Aber von Freescale gibt es ebenfalls diverse COMs mit dem i.MX6-Prozessor. Für diesen ist gleichfalls ein Evaluation-Board erhältlich, welches mit Android geliefert wird.

Vergleich mit Embedded Linux

Embedded Linux wird in der Industrie schon breit angeboten und eingesetzt, wodurch sich ein Vergleich mit Android lohnt. Die beiden Technologien sind in ihrem Grundgedanken verschieden: während Linux für Systeme mit klar definierten Funktionen prädestiniert ist, setzt Google mit Android auf ein Plattformsystem. Über Google Play können alle erdenklichen Apps heruntergeladen und so das System fast grenzenlos erweitert werden. Ein Linux-System muss hingegen auf die vorgesehene Anwendung angepasst werden und ist danach kaum flexibel einsetzbar. So ein maßgeschneidertes System kann auch Vorteile bringen: Es werden nur Daten und Funktionen eingebunden, die schlussendlich gebraucht werden. Dadurch lassen sich Systemressourcen sparen. Allerdings verschwinden die Leistungsgrenzen zwischen mobilen und stationären Systemen immer mehr, die Prozessoren werden leistungsstärker, kleiner und günstiger.

Alltagsgegenstände wie Fernseher oder Parkuhren sind immer öfter in vernetzten Systemen im Einsatz, die entsprechende Software muss diesem flexiblen Umfeld gerecht werden. Vor allem in der Zeit der Industrie 4.0, wo auch Maschinen miteinander vernetzt werden, stellt Android eine ernstzunehmende Alternative für Geräte und Anlagen dar.

Hier kommt hinzu, dass ein Software-Update auf einer Anlage viel ­einfacher möglich ist und die Funk­tionalität der Software immer erwei-tert werden kann. Wurden zum Beispiel die Daten bisher nur auf dem Device gespeichert, so könnte man mit einem Software-Update diese Daten auch einer anderen Maschine zugänglich machen und zwar ohne die Ein­bindung des Netzwerk-Treibers im Kernel.

Es gibt außerdem Gemeinsamkeiten, die Android quasi zur Linux-Schwester werden lassen. So bauen beide System auf derselben Kernel-Architektur auf und verwenden die gleichen Treiber, Netzwerk-Funktionalitäten und  Speicherverwaltung.

Problemfeld Echtzeit-Fähigkeit

Thema Sicherheit: Ein Bereich, in dem Android schon des Öfteren negativ aufgefallen ist, der aber in der Industrie enorm wichtig ist. Deshalb müssen Sicherheitsmängel verbannt werden.

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Mit diesen Argumenten sollte Android gegenüber Embedded Linux eigentlich die Nase vorn haben. Trotzdem werden Embedded-Projekte noch zu 50 % mit Linux geplant und nur gerade 16 % der Entwickler ziehen Android als Systemplattform in Betracht. In der mobilen Welt fühlt sich Android sichtlich wohl, da die enthaltenen Kernel-Modifikationen genau auf diese Anwendungen abzielen. Zudem sind im Android-System standardmäßige Features integriert, welche die Mobilität auf Basis von Open-Source-Projekten erhöhen soll. Diese Extras sind es denn auch, die in Low-Power-Anwendungen oder anderen industriellen Geräten stören, da sie in der Entwicklung explizit entfernt werden müssen.

Embedded Linux hat noch ein weiteres Ass im Ärmel: die Echtzeit-Fähigkeit. Für zeitkritische Anwendungen oder eben Echtzeit-Systeme ist Android absolut ungeeignet. Ein vollwertiger Linux-Ersatz ist Android derzeit wohl eher nicht, weshalb ein Vormarsch in den klassischen Embedded-Entwicklungen noch gebremst wird. In den vorhandenen Android-Produkten, wie Multifunktionsdrucker, Wecker oder Mediaplayer, ersetzt es daher vielmehr Windows als Linux. Und doch zeigt der Marktanteil von Android-Geräten ihre Daseins-Berechtigung.

Eine interessante Alternative

Für industrielle Prototypen und Seriengeräte ist Android bereits eine inter­essante Alternative zu anderen Betriebssystemen. Die erforderlichen Systemressourcen können mit der immer breiteren Auswahl an kosten-optimierter Hardware ohne Leistungs-einbussen gedeckt werden. Auch in Industriegeräten ermöglichen die intuitiven Bedienoberflächen ein ‚look and feel‘, wie es der Benutzer von seinem Smartphone gewohnt ist. Die Sicherheit des Systems muss für jeden Einsatzzweck genau ­untersucht werden, kann aber mit entsprechenden Maßnahmen deutlich erhöht und die ­Risiken minimiert werden. Ebenfalls zu beachten sind die erforder­lichen Support-Optionen. Alles in Allem sollten Sie bei der nächsten Evaluation ­eines Embedded-Systems die Option Android in Betracht ziehen, es kann sich lohnen.

Autor: Manuel Nater ist Hardware- und Software-Entwickler und Mitglied der Geschäfts­leitung bei Mequadrat.