De kans is groot dat je zonder dat je het weet thuis talloze apparaten met Linux hebt draaien. Je internetmodem, je draadloos toegangspunt, je nas, je smart-tv en zelfs je smartphone, ze draaien allemaal vaak ‘embedded Linux’. Hoog tijd om hier eens uitgebreid bij stil te staan.

Niet alle computers zijn dozen onder je bureau of laptops op je schoot. Heel wat computers maken onderdeel uit van een groter systeem, zien er niet als een computer uit en zitten vaak verborgen. We spreken dan van een ‘embedded system’, of in het Nederlands ingebed systeem / geïntegreerd systeem.

Enkele voorbeelden maken duidelijk waar het om gaat. Een barcodescanner in de supermarkt, allerlei controlesystemen in fabrieken, de motorbesturing in je auto, je magnetron thuis, je internetmodem, je draadloos toegangspunt, je nas, maar ook alle ‘slimme’ apparaten zoals smartphones, smartwatches, smart-tv’s en de tegenwoordig zo populaire IoT-apparaten (Internet of Things) zijn embedded systems.

De essentie van een embedded system is dat het om een combinatie van hardware en software gaat die samen een product met een specifieke taak vormen. Net zoals een ‘personal computer’ heeft een embedded system invoer en uitvoer, maar in tegenstelling tot een toetsenbord en scherm is dat vaak iets toepassingsspecifieks, zoals sensoren en actuatoren (bijvoorbeeld een motor).

Wat is embedded Linux?

Als we over Linux spreken, bedoelen we meestal het hele besturingssysteem, terwijl Linux strikt gezien alleen de kernel is. Zo ook met embedded Linux: meestal wordt met die term het hele besturingssysteem bedoeld dat op het apparaat draait. Vaak is het een op maat gemaakt Linux-besturingssysteem of een embedded Linux-distributie die specifiek ontworpen is voor embedded systems.

Linus Torvalds begon aan de ontwikkeling van zijn Linux-kernel omdat hij een GNU-besturingssysteem op zijn pc wilde draaien, maar ondertussen ondersteunt de kernel ook vele andere platforms. Er bestaat niet zoiets als een embedded Linux-kernel. Er is één broncode van de Linux-kernel, en die draait op alle mogelijke systemen, van smartphones tot supercomputers. Het enige verschil is dat je specifieke opties of modules tijdens het compileren van de kernel in- of uitschakelt, afhankelijk van wat je nodig hebt, en drivers toevoegt voor specifieke hardware.

Ook tussen embedded systems bestaan er grote verschillen. Een Raspberry Pi, die je ook als een embedded system kunt beschouwen als je er een product mee maakt, is heel wat krachtiger dan je internetmodem. De Linux-kernel heeft in beide systemen waarschijnlijk een heel andere configuratie.

©PXimport

Waarom zou een ontwikkelaar van een embedded system Linux gebruiken? Een van de voordelen noemden we al: de Linux-kernel is uiterst modulair en configureerbaar, waardoor je een kernel kunt compileren die geoptimaliseerd is voor je toepassing. Zeker op embedded systems met een zwakke processor en/of een beperkte hoeveelheid RAM en opslagruimte is dat heel handig: je verwijdert eenvoudig alle ballast.

Die modulariteit en configureerbaarheid zie je ook in het hele besturingssysteem. Een Linux-distributie is een samenraapsel van de kernel, een C-bibliotheek, bestandssysteem en allerlei software. Voor elk van die componenten kun je keuzes maken om je Linux-systeem op maat van je toepassing te ontwikkelen. Zo wordt de C-bibliotheek glibc in veel embedded systems vervangen door het lichtere uClibc en allerlei Unix-opdrachten door BusyBox.

Veel vrijheid

De meeste software die je nodig hebt om een embedded Linux-systeem op te bouwen, is opensource. Dat betekent dat de broncode beschikbaar is onder een vrije licentie zoals de (L)GPL of BSD-licentie. Je hoeft dus helemaal niets te betalen, een licentie te kopen of je te registreren voor een demo om het systeem te evalueren: je kunt er als ontwikkelaar van een embedded system onmiddellijk mee aan de slag. Dat wil overigens niet zeggen dat alles mag. Je dient je nog altijd aan de licentievoorwaarden te houden.

Doordat je toegang tot de broncode hebt en de licentievoorwaarden redelijk vrij zijn, hang je voor embedded Linux niet van één leverancier af. Als je dus een embedded system met behulp van Linux wilt ontwikkelen, heb je de keuze uit talloze leveranciers. Die verkopen je geen software (want die is vrij beschikbaar), maar leveren wel ondersteuning en maatwerk zoals het ontwikkelen van drivers of toevoegen van ondersteuning voor specifieke processoren.

Als je niet meer tevreden bent over één leverancier, kun je bovendien eenvoudig naar een andere overschakelen. Heb je voldoende expertise in huis, dan kun je zelfs besluiten om de integratie van de software die je nodig hebt volledig zelf te doen en je Linux-systeem dus zelf op te bouwen. Dat is een enorm verschil met bedrijfseigen embedded besturingssystemen, waarbij je volledig afhankelijk bent van de leverancier.

Hardware- en softwareondersteuning

De hardwareondersteuning van Linux is immens. De kernel ondersteunt niet alleen de x86-architectuur van onze pc’s, maar ook ARM (gebruikt in veel smartphones, IoT-apparaten en de Raspberry Pi), MIPS, PowerPC en het nieuwe RISC-V. Ondersteuning voor een nieuwe processorarchitectuur of specifieke processor toevoegen, heet ‘porten’ (porting in het Engels). Het voordeel van Linux is: zodra iemand de kernel en wat andere software onder de motorkap, zoals de C-library en de compiler, naar een nieuwe architectuur of processor geport heeft, hoef je zelf dat werk niet meer te doen.

Er draait ook heel veel (opensource-)software op Linux. Voor zowat alle mogelijke netwerkfunctionaliteit bijvoorbeeld bestaat er wel software die op embedded Linux draait. Bovendien werkt software die op één processorarchitectuur draait normaal ook probleemloos op een andere: de meeste Linux-software is immers heel ‘portable’. Schakel je als ontwikkelaar over van één processor naar een andere, dan hoef je je aan de softwarekant doorgaans niet veel zorgen te maken over die overstap.

©PXimport

Hoewel de Raspberry Pi strikt gezien geen embedded system is, geeft de gpio-header van het processorbordje je wel talloze mogelijkheden om sensoren, leds, motorcontrollers en allerlei andere hardware aan te sluiten. Het resultaat kan een (heel krachtig) embedded system zijn. Tegenwoordig is de eerste kennismaking van velen met embedded Linux dan ook de Raspberry Pi. Je installeert dan Raspbian Lite, een minimale Linux-distributie gebaseerd op Debian. Daarop installeer je vervolgens een van de vele beschikbare programma’s of je programmeert je eigen software, bijvoorbeeld in Python.

Draai je Raspbian op je Raspberry Pi en sluit je een toetsenbord, muis en beeldscherm aan, dan is het mogelijk om er een desktopsysteem van te maken, zeker met de Raspberry Pi 4. Maar de flexibiliteit van het computerbordje komt pas tot zijn recht als je het als embedded system inzet. En er bestaan ook gespecialiseerde besturingssystemen zoals LibreELEC, waarmee je van je Raspberry Pi een mediaspeler maakt.

Embedded Linux updaten

Een echt embedded system dient eigenlijk onzichtbaar te zijn. De eindgebruiker hoort er geen omkijken naar te hebben. Belangrijk daarvoor zijn ota-updates (‘over-the-air’): het systeem krijgt dan automatisch updates die beveiligingslekken en andere fouten dichten.

Bij een klassieke Linux-distributie zoals Raspbian werkt dat anders. Daar dien je zelf expliciet op updates te controleren en de beschikbare updates te installeren, met de commando’s sudo apt update en sudo apt upgrade. Er bestaan wel oplossingen om dat te automatiseren (onder Raspbian installeer je er een met sudo apt install unattended-upgrades), maar Debians pakketbeheerder apt mist een belangrijke eigenschap: atomiciteit.

Een update zou ofwel uitgevoerd moeten worden ofwel niet, maar niet half. Als je apt in Raspbian uitvoert (al dan niet automatisch), loop je altijd het risico dat een update om welke reden dan ook (bijvoorbeeld een tijdelijke netwerkstoring) maar half uitgevoerd is. Het besturingssysteem bevindt zich dan in een ongedefinieerde toestand en je embedded system werkt mogelijk niet meer.

Eén oplossing voor ota-updates van embedded Linux-systemen is Mender. Hiermee draai je een managementserver (of maak je gebruik van de managementserver van het bedrijf Mender), die via het netwerk updates naar je embedded systems verstuurt.

©PXimport

Een update wordt niet onmiddellijk in het draaiende systeem geïnstalleerd. Je embedded system heeft bij deze aanpak namelijk twee systeempartities: een actieve en een passieve.

De actieve systeempartitie bevat het besturingssysteem dat momenteel draait. Updates worden in de passieve systeempartitie geïnstalleerd, en daarna herstart je systeem. Als de update mislukt blijkt te zijn, draait het systeem die volledig terug en blijf je de huidige actieve systeempartitie gebruiken. Als de update lukt, wordt de passieve systeempartitie actief gemaakt en gebruik je dus de partitie met updates. Mender is een opensource-oplossing en ondersteunt meer dan 30 processorbordjes, onder andere de Raspberry Pi met Raspbian.

Ubuntu Core en Yocto Project

Canonical biedt met Ubuntu Core een andere oplossing: een minimale Linux-distributie met atomaire updates. Ubuntu Core draait op de Raspberry Pi 2 of 3, Intel Joule, Qualcomm Dragonboard, Nvidia Jetson en nog enkele andere processorbordjes. Alle software wordt in de vorm van ‘snaps’ verdeeld. Een snap is een programma met alle bijbehorende softwarebibliotheken, afgescheiden van andere snaps om compatibiliteitsproblemen te vermijden. Als je een snap updatet, gebeurt dat atomair: bij een mislukte update wordt er niets geïnstalleerd en blijf je gewoon de vorige versie gebruiken. Elke snap draait bovendien in een eigen ‘sandbox’, wat de beveiliging ten goede komt.

Die atomaire updates gelden niet alleen voor de software, maar ook voor de kernel en het besturingssysteem. Als er bij een update iets misloopt, draait het systeem die automatisch terug naar de laatste werkende toestand. Op de achtergrond werkt dat net zoals bij Menders oplossing ook met een actieve en passieve systeempartitie. Ubuntu Core installeert updates overigens automatisch. Dankzij de atomaire updates is dat niet zo’n groot risico als bij een klassieke pakketbeheerder.

©PXimport

Maar het belangrijkste project in de wereld van embedded Linux is geen embedded Linux-distributie, maar software waarmee je zo’n distributie kunt maken: Yocto Project. Dit project van de Linux Foundation biedt een framework aan om zelf je eigen embedded Linux-distributie te bouwen.

Yocto Project wordt relatief veel gebruikt in de embedded wereld en de IoT-industrie. Het ondersteunt Intel/AMD, ARM, MIPS en PowerPC en biedt een referentiedistributie, Poky, die als voorbeeld dient voor een minimaal embedded Linux-systeem dat je naar wens kunt aanpassen. De ontwikkeling doe je rechtstreeks op een Linux-desktop, of op Windows en macOS via de ontwikkelomgeving CROPS die gebruikmaakt van Docker. Er is ook een webgebaseerde interface, Toaster, voor basisfunctionaliteit. Maar als je echt aan de slag wilt met Yocto, zul je moeten gaan programmeren.

Linux op je router

De beste manier om kennis te maken met een embedded system dat niet zo krachtig is als een Raspberry Pi, is waarschijnlijk het installeren van Linux op een router. OpenWrt en DD-WRT zijn de populairste Linux-gebaseerde besturingssystemen voor draadloze routers en toegangspunten. Je moet dan wel een ondersteund model hebben: zowel OpenWrt als DD-WRT bieden een lijst van apparaten aan. Hou er ook rekening mee dat OpenWrt 19.07 de laatste versie is die nog apparaten met slechts 4 MB flash en 32 MB RAM ondersteunt.

Krijgt je draadloze toegangspunt geen updates meer van de leverancier, dan kun je de levensduur in veel gevallen nog verlengen door een van deze opensourcebesturingssystemen te installeren. Met wat geluk kun je gewoon een firmware-image downloaden en via de webinterface van het standaard besturingssysteem van je toegangspunt installeren, maar in andere gevallen verloopt de installatie omslachtiger. Bij sommige modellen dien je zelfs de behuizing open te doen en pinnetjes op het moederbord te solderen om een seriële kabel aan te sluiten. De wiki’s van OpenWrt en DD-WRT bieden gelukkig voor elk ondersteund model installatie-instructies.

Apparaatspecifieke aanpassingen

Dat je voor elk model specifieke installatie-instructies dient te volgen, komt doordat er voor embedded systems – in tegenstelling tot bijvoorbeeld pc’s – geen algemeen aanvaarde standaarden bestaan. Embedded systems zijn veel heterogener, met allerlei verschillende processorarchitecturen, chipsets, randapparatuur enzovoort. Bovendien passen veel ontwikkelaars van draadloze toegangspunten de Linux-kernel en andere opensourcesoftware aan om hun hardware te ondersteunen, zonder die aanpassingen aan deze projecten bij te dragen.

Een project zoals OpenWrt is dan ook verplicht om al die aanpassingen (‘patches’) te verzamelen (de leverancier van het apparaat is verplicht om die te publiceren als het om software gaat die de GPL als licentie gebruikt, zoals de Linux-kernel) en toe te passen om een firmware-image voor dat specifieke model te bouwen. Gelukkig zijn er ook routers die standaard al met een op OpenWrt gebaseerd besturingssysteem verkocht worden, zoals de Omnia en de MOX van het Tsjechische bedrijf Turris.

©PXimport

En nu zelf!

Embedded Linux-systemen zijn heel interessante systemen om mee te experimenteren. Je kennis van Linux op de desktop komt daarbij van pas, maar je dient ook heel wat andere kennis op te doen omdat alles toch net iets anders werkt. Je krijgt met een andere processorarchitectuur te maken (doorgaans ARM in plaats van Intel), een andere bootloader (U-Boot in plaats van GRUB), andere opslagmedia (flashgeheugen of een sd-kaart in plaats van een ssd of harde schijf) enzovoort.

Op de Embedded Linux Wiki vind je een schat aan informatie. Handig voor als je hier dieper op in wilt gaan, maar hou er rekening mee dat veel pagina’s op deze wiki verouderd zijn. Wat kennis van shellscripting en van programmeren, bijvoorbeeld in Python, komt ook van pas. Maar wie echt aan de ontwikkeling van embedded software wil beginnen, ontkomt er niet aan om de programmeertaal C te leren. Die laat je toe om nog ‘dichter tegen de hardware’ te programmeren.

Bij ID.nl zijn we dol op kwaliteitsproducten waar je niet de hoofdprijs voor betaalt. Een paar keer per week speuren we binnen een bepaald thema naar zulke deals. Ben je op zoek naar een betaalbaar sporthorloge? Vandaag hebben we vijf interessante modellen voor je gespot.

Xiaomi Smart Band 9

De onlangs verschenen Xiaomi Smart Band 9 is goedkoop en kent ook nog eens verrassend veel functies. Dit langwerpige sporthorloge is in de kleurstellingen zilver-wit, zwart en roze verkrijgbaar. Het amoledscherm van 1,62 inch biedt voldoende ruimte om diverse gegevens te tonen. Dankzij een respectabele resolutie van 192 × 490 pixels verschijnt alle informatie scherp in beeld – denk daarbij aan stappen, verbrande calorieën, weersverwachting en natuurlijk de tijd. Alle functies zijn via het aanraakscherm bereikbaar, want de Smart Band 9 heeft geen fysieke knoppen. De waterdichte behuizing weegt maar 15,8 gram (zonder bandje).

Kies in het menu tussen ruim 150 sportmodi en start vervolgens de training. Tijdens de inspanning kun je jouw hartslag in de gaten houden. Je koppelt de Smart Band 9 via bluetooth eenvoudig aan een smartphone. Laat het mobiele toestel vervolgens in je broek- of jaszak zitten, want inkomende notificaties verschijnen rechtstreeks op je pols. Een prettige eigenschap is dat je het scherm ook op zonovergoten plekken nog prima kunt lezen. Aan de hand van een lichtsensor kiest deze smartwatch automatisch de juiste helderheid. Ten slotte is de beschikbaarheid van meer dan tweehonderd wijzerplaten een leuk extraatje.

Garmin Instinct 2

Met deze relatief goedkope smartwatch van Garmin houd je nauwlettend jouw sportieve prestaties in de gaten. Je kunt de Instinct 2 zowel binnen als buiten dragen, want de robuuste behuizing is waterdicht tot een diepte van honderd meter. Op het ronde display van 176 × 176 pixels zie je onder meer de actuele hartslag, het aantal gezette stappen en de huidige snelheid. Er zijn ook een hoogtemeter en elektrisch kompas geïntegreerd. Onder leiding van diverse sport-apps doe je uiteenlopende trainingen. Je kunt bovendien na elke nacht de uitgebreide slaapmonitor bekijken.

Wanneer het sporthorloge met een smartphone is verbonden, zie je inkomende pushnotificaties voorbijkomen. De Instinct 2 bevat een energiezuinig zwart-witscherm. Dat komt de accuduur ten goede! De fabrikant claimt dan ook een batterijduur van zo'n 28 dagen in de smartwatchmodus. Het hier besproken model heeft een horlogekast van 45 millimeter. Als alternatief kun je een vergelijkbaar sporthorloge met een horlogekast van 40 millimeter kopen, de Garmin Instinct 2S.

Garmin Forerunner 255 Music

Ren, wandel of fiets je met een lekker muziekje nét wat steviger door? De Garmin Forerunner 255 Music is hiervoor bij uitstek geschikt. Je kunt namelijk nummers van Spotify, Deezer of YouTube Music downloaden en in het geheugen van deze smartwatch opslaan. Laat dus tijdens trainingen voortaan je smartphone thuisliggen en bedien de muziek vanaf je pols. Je hebt voor deze functie trouwens wel een betaald abonnement bij een van de genoemde muziekdiensten nodig. De Forerunner 255 Music heeft een horlogekast van 46 millimeter. Kies tussen een zwarte en witte uitvoering.

Op het ruime 1,3inch-kleurenscherm van 260 × 260 pixels zijn er een heleboel functies toegankelijk. Denk onder andere aan een calorieënteller, hartslagmeter, bloedzuurstofmeter, slaapmonitor, snelheidsmeter, stappenteller en stopwatch. De Forerunner 255 Music toont ook meldingen van een verbonden smartphone. Krijg je bijvoorbeeld een WhatsApp-bericht, dan gaat de weerbestendige behuizing kortstondig trillen. Tot slot gebruik je deze veelzijdige smartwatch ook om contactloos te betalen.

Lees ook: Dit zijn de 9 sporten waarmee je het makkelijkst afvalt

Polar Pacer Pro

Zoek je een licht sporthorloge met zéér veel functies? Kijk dan eens naar de Polar Pacer Pro. Wegens het gewicht van 41 gram voel je dit apparaatje amper zitten. In de horlogekast van 45 millimeter is er een 1,2inch-kleurenscherm van 240 × 240 pixels verwerkt. Het display is voorzien van Gorilla Glass en gaat dus niet zomaar stuk. Verder is de behuizing waterdicht tot een diepte van vijftig meter. In het menu staan er ruim 150 sportprofielen voor je klaar. Fijn is dat deze smartwatch ook allerlei 'exotische' sporten ondersteunt, zoals (kite)surfen, rolschaatsen en skiën. Zodra je een keuze hebt gemaakt, monitort de Pacer Pro diverse sportieve prestaties.

Onder de motorkap bevindt zich een gps-chip, zodat deze smartwatch overal ter wereld je locatie kan bepalen. Handig is dat je routes van de bekende app Komoot kunt synchroniseren. Kijk voor routeaanwijzingen voortaan op je pols. Verder werkt de Pacer Pro ook naadloos met de veelgebruikte sport-app Strava samen. Hoewel Polar in zijn eigen webwinkel een tarief van 349,90 euro hanteert, vragen diverse andere bekende webshops minder dan tweehonderd euro. Kies tussen de kleurstellingen zwart, wit en goud.

Samsung Galaxy Fit3

De Samsung Galaxy Fit3 schaf je voor minder dan zes tientjes aan! Dit goedkope sporthorloge is te koop in de kleurstellingen zwart, zilver-wit en roze. Ondanks zijn lage prijskaartje toont het langwerpige 1,6inch-amoledscherm van 256 × 402 pixels diverse gegevens. Zo zie je hoeveel stappen je hebt gezet. De achterzijde van de horlogekast heeft ook nog sensoren om je bloedzuurstof en hartslag te meten. Druk aan de zijkant op de homeknop en kies uit ruim honderd sportoefeningen. De Galaxy Fit3 analyseert desgewenst ook je slaapgedrag. Maak je onverhoopt een lelijke uitglijder? Dankzij valdetectie schakelt de polsassistent jouw SOS-contactpersonen in.

Dit lichtgewicht sporthorloge van 18,5 gram neem je overal mee naartoe. De IP68-gecertificeerde behuizing is namelijk volledig waterdicht. Verbind de Galaxy Fit3 via bluetooth met een smartphone voor nog meer functies. Je kunt dan bijvoorbeeld de muziekweergave bedienen en zien wie er belt. De smartwatch toont ook inkomende berichten. De oplaadbare batterij van 208 mAh gaat op een enkele acculading volgens Samsung tot dertien dagen mee.

Dat een wasmachine zonder moeite vuile was schoon krijgt, spreekt voor zich. Toch kan een kleine natuurlijke hulp extra verschil maken. Geen chemisch middel, maar iets wat je waarschijnlijk al in huis hebt: citroensap. Dat zorgt voor een frissere was, een schonere trommel en een beter onderhouden machine.

Hoewel de meeste wasmachines hun werk prima doen, kun je ze met een beetje citroensap een handje helpen. Dit natuurlijke zuur werkt verrassend effectief tegen vuil, kalk en bacteriën. Hieronder lees je vijf manieren waarop citroen je was én je machine schoner, frisser en duurzamer maakt.

1. Verwijdert zeepresten

Na het wassen blijft er vaak wat wasmiddel of wasverzachter achter in de trommel of in je kleding. Het gevolg? Je wasmachine kan muf gaan stinken, net zoals de was die uit zo'n machine komt. Een scheutje citroensap in het bakje voor de wasverzachter helpt om die resten los te weken. Zo blijft je wasmachine schoon en ruikt je was écht fris.

2. Neutraliseert nare geuren

Citroensap werkt licht antibacterieel en neutraliseert geuren. Dat is vooral handig bij sportkleding, handdoeken of keukenlinnen dat snel minder fris ruikt. Citroen maakt je was dus niet alleen schoner, maar ook frisser.

©africa-studio.com (Olga Yastremska and Leonid Yastremskiy)

3. Werkt tegen hard water

Woon je in een gebied met hard water, dan merk je dat wasmiddel minder goed schuimt en kleding stugger aanvoelt. Citroenzuur bindt kalkdeeltjes, waardoor het water zachter wordt en het wasmiddel beter zijn werk doet. Zo bescherm je zowel je kleding als de binnenkant van je machine tegen kalkaanslag.

🍋 Onderhoudstip: laat eens per maand een lege wasmachine draaien op 60 graden met een scheut citroensap. Zo voorkom je kalkaanslag en blijft de binnenkant fris.

4. Houdt wit écht wit

Citroensap heeft een mild blekend effect dat witte kleding helderder maakt zonder het risico van verkleuring. Vooral fijn voor lakens, T-shirts en handdoeken. Anders dan chloor is citroensap veilig voor de meeste stoffen* en vriendelijker voor je huid én het milieu.

5. Zorgt voor zachtere kleding

Heb je snel last van wasverzachter of vind je de geur te sterk? Citroensap verzacht het water op een natuurlijke manier, zonder kunstmatige toevoegingen. Zo blijft je kleding soepel en zacht, ook zonder de synthetische stoffen die in veel wasverzachters zitten. Dat is prettiger voor gevoelige huid én beter voor het milieu, omdat er minder chemische resten in het afvalwater terechtkomen.