Firmware vs. Software: Gemeinsamkeiten und Unterschiede

Firmware und Software sind zwei Begriffe, die in moderne eingebettete Systeme und Computer passen.

Die Welt wandelt sich zu einer digitalen Welt, in der die meiste Arbeit über Computer erledigt wird. Software und Hardware sind die gebräuchlichsten Begriffe, wenn es um Computer geht.

Viele Elemente widmen sich der Herstellung moderner technischer Geräte. Es gibt verschiedene Arten von Software und Hardware, und vielleicht stoßen Sie auch auf Firmware.

In der Elektronikbranche sind Firmware und Software gleichermaßen beliebt. Die Unterscheidung zwischen diesen Begriffen kann schwierig sein, da sie manchmal den gleichen Zweck haben.

Bei der manuellen Installation eines Android-Betriebssystem-Updates könnte es sich zumBeispiel um Firmware handeln. Das bedeutet, dass beim Flashen des Betriebssystem-Updates auf Ihrem Android-Telefon die Software für gerätespezifische Hardware oder Firmware erstellt wird.

Wenn das verwirrend aussieht, lassen Sie mich dieses Thema umfassend erklären.

In diesem Artikel erkläre ich Ihnen die Unterschiede, Gemeinsamkeiten und einige Anwendungsfälle von Software und Firmware.

Los geht’s!

Was ist Firmware?

In der Computerwelt wird Firmware als eine bestimmte Klasse von Computersoftware verwendet, die eine Low-Level-Steuerung für eine bestimmte Hardware eines beliebigen Geräts bietet. Die Firmware enthält wesentliche Funktionen des Geräts und bietet Hardware-Abstraktionsdienste für die übergeordnete Software, z.B. für Betriebssysteme.

Bei weniger komplexen Geräten fungiert die Firmware als komplettes Betriebssystem, das die Steuerungs-, Überwachungs- und Datenverarbeitungsfunktionen ausführt. Sie befindet sich in nichtflüchtigen Speicherbausteinen wie EPROM, EEPROM, Flash-Speicher und ROM.

Der amerikanische Wissenschaftler Ascher Opler prägte den Begriff “Firmware” im Jahr 1967. Er benutzte den Begriff, um ein Mikroprogramm zwischen Software und Hardware zu beschreiben.

Bei der Aktualisierung der Firmware muss das ROM physisch ausgetauscht oder das EPROM nach einem bestimmten Verfahren neu programmiert werden. Einige Firmware-Speicherbausteine können nach der permanenten Installation nicht mehr geändert werden.

Darüber hinaus besteht der Hauptgrund für die Aktualisierung der Firmware darin, Fehler zu beheben, dem Gerät neue Funktionen hinzuzufügen und vieles mehr. Sie können sich Firmware einfach als die “Software für Hardware” vorstellen Obwohl Software ein anderer Begriff ist, sind sie zwar miteinander verbunden, aber nicht austauschbar.

Die Hersteller der Geräte geben häufig regelmäßige Updates heraus, um die Hardware lauffähig und mit den neuen Medien kompatibel zu halten. Auch die Hersteller von Netzwerkroutern geben Firmware-Updates für Ihre Geräte heraus, um die Netzwerkleistung zu verbessern. Das Gleiche gilt für Smartphone-Hersteller, Kamerahersteller und mehr. Sie müssen nur die Website des Herstellers besuchen, um solche Updates herunterzuladen.

Die gesamte Firmware wird in drei Hauptkategorien eingeteilt, die sich nach dem Integrationsgrad der Hardware richten. Diese sind:

• Low-Level-Firmware wird als fester Bestandteil der Hardware des Geräts betrachtet. Low-Level-Firmware wird auf schreibgeschützten und nichtflüchtigen Chips wie ROM gespeichert und kann daher nicht überschrieben oder verändert werden. Geräte, die Low-Level-Firmware in ihrem System enthalten, haben nur einen einmalig programmierbaren Speicher.
• High-Level-Firmware: High-Level-Firmware ermöglicht Aktualisierungen, ist aber etwas komplexer als Low-Level-Firmware. Sie befindet sich auf den Flash-Speicherchips.
• Subsystem-Firmware: Sie ist ein Teil des eingebetteten Systems. Ein Beispiel für Subsystem-Firmware ist das Power-Subsystem eines Servers. Das Power-Subsystem ist der Teil der Server-Hardware, der halb unabhängig vom Server arbeitet.

Beispiel: BIOS oder Unified Extensible Firmware Interface, USB-Laufwerke, Sensoren, kleine Computer, Smart Cards usw.

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Wie funktionieren Firmware-Updates?

Firmware-Updates werden häufig angeboten, um Firmware-Hacks zu verhindern, die Sicherheit zu verbessern, Fehler zu beheben, neue Funktionen einzuführen und mit den neuesten Medien zu interagieren. Sie besteht aus Codes, die der Hardware sagen, dass sie sich auf eine neue und veränderte Weise verhalten soll.

Einige mit dem Internet verbundene Geräte suchen regelmäßig nach neuer Firmware und laden diese herunter und installieren sie. Bei anderen wiederum müssen Sie die Website besuchen, um die Firmware-Updates herunterzuladen und zu installieren. Die Häufigkeit der Updates kann je nach Nutzung des Geräts variieren. Die Firmware in intelligenten Geräten muss möglicherweise nicht häufig aktualisiert werden.

Bei Smartphones wird die Firmware in der Regel zusammen mit der Software aktualisiert, so dass das Telefon weiterläuft und die Benutzer die Firmware-Versionen nicht aktualisieren müssen. Viele elektronische Geräte werden auch gebeten, während der Aktualisierung der Firmware eingeschaltet zu bleiben.

So, das sind die Grundlagen zur Firmware. Jetzt kommen wir zur Software.

Was ist Software?

Software sind die Daten, Programme oder Anweisungen, die für Computeroperationen verwendet werden, um bestimmte Aufgaben auszuführen. Sie ist genau das Gegenteil von Hardware, die die physischen Aspekte des Computersystems beschreibt. Sie ist nicht greifbar.

Sie können Software auch als Oberbegriff für Skripte, Programme und Anwendungen verwenden, die auf einem beliebigen Gerät ausgeführt werden. Die Software ist also ein variabler Teil des Computers. Die Hauptkategorien von Software sind:

• Anwendungssoftware: Das ist die Software, die bestimmte Computerbedürfnisse erfüllt oder einige wichtige Aufgaben ausführt.
• Systemsoftware: Dieser Softwaretyp wurde entwickelt, um die Hardware des Geräts auszuführen. Außerdem bietet sie eine Plattform für die Ausführung der Anwendungen.
• Programmier-Software: Diese Software stellt die Programmierwerkzeuge bereit, die ein Softwareentwickler benötigt. Sie wird auch als Middleware bezeichnet, die zwischen der System- und der Anwendungssoftware angesiedelt ist. Außerdem erhalten Sie Treibersoftware, die Ihre Computergeräte und Peripheriegeräte steuert.

In den frühen 1980er Jahren wurde Software auf Disketten verkauft. Später wurde sie auf CDs und DVDs verkauft. Die meiste Software wurde gekauft oder direkt über das Internet heruntergeladen. Auf den Websites der Anbieter können Sie ganz einfach verschiedene Arten von Software finden.

Im Folgenden sehen wir uns einige Arten von Software-Designs an:

• Architektonisches Design: Dieses Softwaredesign ist die wichtigste Grundlage der Software, die die Struktur des Systems, die Hauptkomponenten und ihre Beziehungen zueinander mit Hilfe von Architekturdesign-Tools festlegt.
• High-Level-Design: Es wird als die zweite Ebene des Softwaredesigns definiert, die sich auf die Implementierung des Systems und der Komponenten in Form von Modulen konzentriert, die von einem Software-Stack unterstützt werden. Darüber hinaus werden die Beziehungen zwischen den verschiedenen Modulen und Funktionen des Systems sowie der Datenfluss beschrieben.
• Detaillierte Schicht: Sie ist definiert als die dritte Schicht des Softwareentwicklungsprozesses, die sich auf die Implementierungsdetails für die spezifizierte Softwarearchitektur konzentriert.

Die Qualität von Software kann anhand einiger Merkmale gemessen werden, darunter Zugänglichkeit, Kompatibilität, Funktionalität, Leistung, Portabilität, Installierbarkeit, Lokalisierung, Effizienz, Wartbarkeit, Sicherheit, Benutzerfreundlichkeit, Testbarkeit, Zuverlässigkeit und mehr.

Wie funktioniert Software?

Jede Software gibt dem Computer Daten und Anweisungen, damit er funktioniert und die Bedürfnisse der Benutzer erfüllt. Wie bereits erwähnt, können Anwendungs- und Systemsoftware auf unterschiedliche Weise funktionieren.

Anwendungssoftware

Anwendungssoftware enthält viele Programme, die bestimmte Aufgaben für Endbenutzer übernehmen, z.B. das Navigieren auf Websites und das Schreiben von Berichten. Sie führt auch Aufgaben für andere Anwendungen aus. Obwohl es sich bei Anwendungssoftware um Software handelt, kann sie nicht eigenständig ausgeführt werden. Sie erfordert das Betriebssystem eines Computers und andere unterstützende Systemsoftware.

Dies sind die Desktop-Anwendungen, die auf dem Computer des Benutzers installiert werden, um den Arbeitsspeicher des Computers für die Ausführung bestimmter Aufgaben zu nutzen. Sie nehmen Platz auf der Festplatte ein und benötigen keine Internetverbindung, um Aufgaben auszuführen.

Webanwendungen hingegen benötigen eine Internetverbindung, um zu funktionieren. Sie sind nicht auf die Systemsoftware oder -hardware angewiesen, um zu funktionieren. Geräte mit Webbrowsern ermöglichen es dem Benutzer, Webanwendungen schnell zu starten.

System-Software

Die Systemsoftware hat einen Platz zwischen der Anwendungssoftware und der Computerhardware eingenommen. Sie läuft im Hintergrund und verwaltet die wesentlichen Funktionen Ihres Computers. Sie koordiniert Systemsoftware und Hardware, so dass Sie High-Level-Software ausführen können, um bestimmte Aufgaben zu erfüllen.

Die Systemsoftware beginnt mit dem Hochfahren des Computers und läuft ununterbrochen, solange das Computersystem eingeschaltet ist. Sie ist in Low-Level-Maschinencode oder Assemblersprache geschrieben. Sie läuft also unabhängig und ermöglicht es dem Computersystem, gut zu funktionieren.

Obwohl Firmware und Software unterschiedliche Einheiten sind, haben sie auch einige Gemeinsamkeiten.

Firmware vs. Software: Ähnlichkeiten

Die Begriffe Firmware und Software sind im Zusammenhang mit eingebetteten Systemen austauschbare Begriffe. In der Branche der eingebetteten Systeme gibt es einige Gemeinsamkeiten. In anderer Hinsicht ist Firmware ein Typ, der als Low-Level-Software bekannt ist.

Sie können sogar Stellenausschreibungen sehen, in denen “Embedded Software Engineer” oder “Embedded Firmware Engineer” in der gleichen Stellenbeschreibung genannt werden. Das liegt daran, dass die Anwendungsseite des Systems zusammen mit der Systemseite entwickelt wird.

Wenn Siebeispielsweise mit einem Barebone-Design (ohne Betriebssystem) arbeiten, haben Sie nur einige herstellerspezifische Dateien für Mikrocontroller (CPU, die Treiber und Header unterstützt) und einige Treiber von Drittanbietern (für Display und TCP/IP). Diese Dateien können die Hardware-Seite der Software verwalten.

Mit Treibern und Headern können Sie Anwendungssoftware schreiben; später werden alle Dateien zu einer Binärdatei zusammengefasst. Wenn Sie ein Betriebssystem wie FreeRTOS oder VxWorks verwenden, übernimmt das RTOS die Verantwortung für die Speicherverwaltung und die Kontextumschaltung. Trotzdem müssen Sie Anwendungssoftware mit Hilfe von Mikrocontroller-Treibern, Treibern von Drittanbietern und RTOS-Dateien schreiben.

Kommen wir nun zu dem Hauptunterschied zwischen Firmware und Software.

Firmware vs. Software: Unterschiede

Lassen Sie uns einige Unterschiede zwischen Firmware und Software näher betrachten.

Firmware	Software
Es handelt sich um eine Art von Software, die die Hardware steuert und regelmäßig aktualisiert wird.	Sie ist ein Satz von Anweisungen für das Computersystem.
Firmware ist die Low-Level-Software, die zwischen dem Betriebssystem und der Hardware liegt.	Die Software befindet sich über dem Betriebssystem und interagiert nicht direkt mit der Hardware.
Sie umfasst Low-Level-Firmware, High-Level-Firmware und Subsystem-Firmware.	Sie umfasst Anwendungs-, System-, Programmier-, Middleware- und Treibersoftware.
Ihre Größe ist winzig.	Ihre Größe kann massiv sein, wenn auch nur virtuell.
Sie soll nicht verändert werden.	Sie kann je nach den Vorlieben oder Bedürfnissen der Benutzer angepasst oder verändert werden,
Sie wird nur ein einziges Mal programmiert.	Sie können die Software so oft installieren und deinstallieren, wie Sie möchten.
Sie erhalten die Firmware im Flash-Speicher der Hardware.	Sie wird auf dem sekundären Speichermedium des Computersystems gespeichert.
Bei der Entwicklung wird eine Low-Level-Programmiersprache verwendet.	Bei der Entwicklung wird sowohl eine High-Level- als auch eine Low-Level-Programmiersprache verwendet.
Sie läuft direkt auf Speicherchips, die nichtflüchtige Sekundärspeicher wie EEPROMS und Flash sind.	Es wird von Wechseldatenträgern wie DVDs, USBs usw. kopiert und in Speichergeräten wie SSDs oder Festplatten installiert.
Beispiele sind UEFI- und BIOS-Firmware, die von den Herstellern von Computer-Motherboards bereitgestellt werden. Außerdem OpenSource Router-Firmware wie OpenWrt und DD-WRT.	Beispiele sind Betriebssysteme wie Linux, Android, Windows, usw. und Anwendungen wie Browser, Apps, Spiele, MS Office, usw.

Firmware vs. Software: Anwendungsfälle

Anwendungsfälle von Firmware

Sie erhalten Firmware in der gesamten Bandbreite der Computerausrüstung, einschließlich komplizierter Geräte. Im Folgenden finden Sie einige Beispiele für die Verwendung von Firmware in der Praxis:

• Personal Computer: Die Firmware eines Computers ist in einen kleinen Speicherchip eingebettet. Computer-Peripheriegeräte, wie z.B. Videokarten, Grafikkarten usw., enthalten ebenfalls Firmware.
• Haushaltsgeräte: Waschmaschinen und Geschirrspüler verwenden Firmware. Sie ermöglicht es dem Gerät, mit einem Computer zu kommunizieren, der die Einstellungen und Steuerungen konfiguriert.
• Speichergeräte: Festplatten, tragbare Speichergeräte und USB-Laufwerke enthalten Firmware, die es den Geräten ermöglicht, mit dem Computersystem zu arbeiten.
• Chipkarten: Chipkarten enthalten ebenfalls Firmware, um Anweisungen in den Chip einzubetten, die grundlegende Funktionen, Verschlüsselung und Authentifizierung ermöglichen.
• Kraftfahrzeuge: Fahrzeuge enthalten Sensoren, kleine Computer und eingebettete Systeme mit Firmware, die ihnen hilft, ihre Aufgaben zu erfüllen.
• Mobile Geräte: Laptops, Tablets, Smartphones und andere mobile Geräte enthalten Firmware, die es der Hardware ermöglicht, mit verschiedener Software zu arbeiten.

Wie Sie sehen, ist Firmware in vielen der Geräte vorhanden, die wir täglich benutzen.

Anwendungsfälle von Software

Ich denke, fast jeder Benutzer kennt Software. Was auch immer er auf seinem Computer oder anderen Geräten installiert und herunterlädt, hat die Form von Software. Die Verwendung von Software gehört bereits zur Routine eines jeden. Sie findet überall auf der Welt breite Anwendung.

Beispiele für Anwendungssoftware sind:

• Textverarbeitungssoftware: MS Word, Notepad und Wordpad
• Tabellenkalkulationssoftware: Microsoft Excel, Apple Numbers, usw.
• Datenbank-Software: MS Access und Oracle, usw.
• Simulationssoftware: Wissenschaftliche Simulatoren und Flugsimulatoren
• Unternehmenssoftware: System zur Verwaltung von Kundenbeziehungen (CRM)
• Multimedia-Software: Media-Player und Real-Player
• Lernsoftware: Encarta, BritannicaMathematisch, Google Earth, NASA World Wind
• Präsentations-Software: Keynotes und Microsoft Powerpoint
• Software für Informationsarbeiter: Tools zur Ressourcenverwaltung, Dokumentationstools usw.
• Anwendungssuites: Microsoft Office, OpenOffice, usw.
• Software für den Zugriff auf Inhalte: Webbrowser, Zugriff auf Inhalte über Media Player und mehr

In Bezug auf die Systemtechnik sind die Beispiele:

• Betriebssysteme wie Windows, macOS und Linux
• Gerätetreiber
• Firmware
• BIOS und UEFI
• Programmiersprachen-Übersetzer
• Dienstprogramme

Schlussfolgerung

Firmware wird in der Regel für die Mikrokodierung des eingebetteten Systems in der meisten Hardware verwendet, während sich Software auf High-Level-Programme bezieht. Das Ersetzen von Firmware ist schwierig, aber im Falle von Software werden Sie nie große Schwierigkeiten haben.

Bei Firmware handelt es sich jedoch um Systemsoftware, die die Hardware eines Geräts steuert. Software als Ganzes ist ein Satz von Anweisungen, die es Ihrem Computer oder anderen Geräten ermöglichen, Aufgaben auszuführen. Ich hoffe, die wichtigsten Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen Firmware und Software sind jetzt klar geworden.