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.

Het is bijna kerst en tussen het regelen van de laatste boodschappen door kijk je om je heen. De post ligt nog op tafel, er slingert speelgoed rond en een grote schoonmaak gaat niet meer lukken. Toch wil je dat je gasten in een net huis binnenkomen. Met een strak plan kun je in precies zestig minuten de perfecte illusie van een schoon huis creëren. Zet de timer, doe je favoriete muziek aan en ga aan de slag.

Je begint waar je gasten binnenkomen. De hal is vaak een rommelige plek, zeker in de winter. Pak een grote mand of krat en gooi daar alles in wat er niet hoort: sjaals die niemand draagt, post, sleutels en rondslingerende tassen. Zet die mand tijdelijk weg in de berging, schuur of desnoods in je eigen kledingkast. Zorg dat er ruimte is aan de kapstok voor de jassen van je bezoek. Klop de deurmat even krachtig buiten uit en haal de stofzuiger snel door de gang. Als je hierna nog dertig seconden over hebt, veeg je met een doekje over de spiegel. Een schone spiegel en een lege vloer geven direct bij binnenkomst al het gevoel van een opgeruimd huis.

De woonkamer: sfeer boven perfectie

Door naar de plek waar jullie de meeste tijd zullen doorbrengen. In de woonkamer geldt nu de regel: opruimen is belangrijker dan boenen. Loop een rondje met een vuilniszak voor alles wat weg kan en een wasmand voor spullen die naar een andere kamer moeten. Maak de salontafel en bijzettafels helemaal leeg. Een leeg oppervlak oogt namelijk direct schoon, zelfs als je niet nat afneemt. Schud daarna de kussens op de bank flink op en vouw plaids netjes op. Haal de stofzuiger alleen door het midden van de kamer en langs de bank; vergeet de hoekjes en plinten, want daar kijkt vanavond niemand naar.

©Евгения Рубцова

Het toilet: kort maar krachtig

Dit is de enige plek waar je gasten echt even alleen zijn en stilzitten, dus hier moet het wel fris zijn. Gelukkig is de ruimte klein. Spuit wc-reiniger in de pot en laat dit even inwerken terwijl je de rest doet. Gebruik een wegwerpdoekje of een sopje voor de bril, de spoelknop, de deurklink en de kraan. Hang een schone handdoek op en controleer of er voldoende toiletpapier ligt. Heb je nog een geurkaarsje of geurstokjes? Zet die dan hier neer. Als het lekker ruikt, voelt je toilet al snel schoner aan.

Puntjes op de i in de keuken

Je hebt nu nog een kwartier over. Snel door naar de keuken. Zorg allereerst dat het aanrecht helemaal leeg is. Als het niet meer lukt om alles af te wassen, zet je de vuile vaat snel in de vaatwasser, ook als deze eigenlijk al vol is. Een andere slimme noodoplossing is om de vaat tijdelijk in een keukenkastje te verstoppen. Het gaat erom dat alles uit het zicht is. Haal tot slot nog even een doekje over het aanrecht en de kookplaat zodat alles weer fris oogt.

©APALKOV | MestoSveta - stock.adobe.com

Sfeer maken

Nu is het tijd voor de belangrijkste truc: het aanpassen van de verlichting. Dim de grote lampen en steek overal kaarsen en sfeerverlichting aan. Dat ziet er niet alleen heel gezellig uit, maar dat zachte licht zorgt er ook voor dat achtergebleven stof of verdwaalde kruimels niet meer opvallen. Tot slot doe je nog één ding voor de sfeer. Zet een raam op een kier voor frisse lucht of zet een pannetje op het vuur met wat water, kaneel en sinaasappelschil voor een heerlijke kerstgeur.

Klaar voor de bel

Kijk nu eens om je heen. Je huis is opgeruimd, het ruikt lekker en het is gezellig verlicht. Niemand die ziet dat je de bovenkant van de kasten hebt overgeslagen. Schenk wat te drinken voor jezelf in en adem uit. Laat die bel maar gaan!

Na een uitgebreid diner is de koffie vaak de afsluiter van de avond. In plaats van een standaard zwarte bak zet je met een paar simpele ingrediënten iets bijzonders op tafel. Je hoeft geen volleerd barista te zijn om indruk te maken; met wat kruiden of een restje chocolade geef je de koffie direct een feestelijke twist. Speciaal voor jou: vijf heerlijke koffierecepten.

Espresso met witte chocolade en kardemom

Witte chocolade is een goede match voor de sterke smaak van een espresso. Leg een paar blokjes witte chocolade onderin het glas en laat deze langzaam smelten door de hete koffie eroverheen te gieten. Als je een snufje kardemom door de melk mengt voordat je deze opschuimt, krijg je een heerlijke warme en kruidige geur. De kardemom zorgt ervoor dat de zoete chocolade niet de overhand krijgt, waardoor de koffiesmaak goed overeind blijft.

Tiramisu uit een glas

Je kunt de smaken van het bekende Italiaanse dessert ook gewoon drinken. Meng een sterke kop koffie met een drupje amandelsiroop voor de herkenbare smaak van amaretto, maar dan zonder de alcohol. In plaats van gewone melk kun je een mengsel van halfstijve slagroom en een beetje mascarpone bovenop de koffie leggen. Een flinke laag cacaopoeder over de room maakt het plaatje compleet. Dit koffierecept kan eigenlijk ook direct als vervanger van een dessert kan dienen, vooral het serveert met bijpassend koekje, zoals cantuccini of amaretti.

Mokka met sinaasappel en pure chocolade

De combinatie van pure chocolade en sinaasappel doet het altijd goed tijdens de feestdagen. Rasp de schil van een sinaasappel en roer dit samen met een blokje pure chocolade door je warme koffie totdat alles is opgelost. De olie uit de sinaasappelschil geeft een fris aroma dat heel goed samengaat met donker gebrande koffiebonen. Als je dit serveert met een klein stukje sinaasappelschil op de rand van het glas, ziet het er meteen feestelijk uit. De pure chocolade maakt de koffie wat dikker en voller, wat goed past bij een koude winteravond.

Karamel met een snufje zeezout

Gezouten karamel is al jaren populair en dat is niet zonder reden. Het zout versterkt namelijk de zoete tonen van de karamel en haalt tegelijkertijd de bittere randjes van de koffie af. Doe een scheutje karamelsiroop in je glas en voeg daar echt maar een heel klein beetje zeezout aan toe. Gebruik havermelk voor het schuim, omdat dit van zichzelf al een beetje romig en nootachtig smaakt. Het resultaat is een zachte koffie die het door de combinatie van zout en zoet bij bijna iedereen goed doet.

Koffie met honing en kaneel

Voor wie geen chocolade of room lust, is een combinatie van honing en kaneel een goed alternatief. Roer een goede lepel honing door de zwarte koffie en bestrooi de melkschuimlaag met wat kaneelpoeder. De honing geeft een andere soort zoetheid dan suiker en maakt de koffie zachter voor de keel. Het is een eenvoudige manier om een normale latte een feestelijke upgrade te geven met spullen die je waarschijnlijk al in je keukenkastje hebt staan. De geur van kaneel die van de warme melk afkomt, maakt meteen duidelijk dat het kerst is! 

©ID.nl

Zo maak je je koffie helemaal af

Je kunt de feestkoffie nog net wat mooier presenteren door aandacht te besteden aan de garnering. Een klein beetje kaneel, nootmuskaat of cacaopoeder op de melkschuimlaag doet bijvoorbeeld al wonderen. Gebruik een klein zeefje zodat de poeder gelijkmatig verdeeld wordt en er geen klontjes ontstaan. Voor een luxe effect kun je met een fijne rasp wat krullen van een blok pure of witte chocolade schaven. Dit smelt langzaam weg in het schuim en geeft bij elke slok een beetje extra textuur.

Ook met koekjes of fruit kun je creatief uit de hoek komen. Serveer de koffie met een typisch winters koekje op de schotel, zoals een speculaasje of een Italiaanse cantuccini. Een dunne reep sinaasappelschil die je even rond je vinger draait tot een krul staat erg chique aan de rand van het glas. Wil je echt uitpakken, dip de rand van het glas dan in wat water en daarna in suiker voor een bevroren effect. In plaats van een gewone lepel kun je tot slot een kaneelstokje in de koffie zetten, wat tijdens het drinken subtiel steeds meer smaak afgeeft.

Drie espressomachines voor je feestkoffie

De'Longhi PrimaDonna Soul

Dit apparaat van De'Longhi is een zeer uitgebreide volautomaat. Dankzij de 18 voorgeprogrammeerde recepten zet je met één druk op de knop een krachtige espresso of een zachte latte. Voor wie van variatie houdt, biedt dit toestel ook de mogelijkheid om de sterkte van de koffie nauwkeurig aan te passen, zodat je altijd die gewenste sterke kop koffie krijgt. De machine is bovendien via een smartphone-app te bedienen.

Siemens EQ.500

De Siemens EQ.500-serie staat bekend om het gebruiksvriendelijke display waarbij je de koffiespecialiteiten direct via sensorvelden selecteert. Naast de standaard espresso en latte beschikt dit apparaat over de zogenaamde 'aromaDouble Shot'-functie. Hiermee zet je een extra sterke koffie door middel van een dubbel maal- en zetproces, zonder dat de koffie een bittere nasmaak krijgt.

Melitta Barista Smart T

De Melitta Barista Smart TS blinkt uit in veelzijdigheid met maar liefst 21 voorgeprogrammeerde recepten. Een groot voordeel is de fluisterstille molen, waardoor je zonder veel lawaai geniet van versgemalen bonen. Dankzij het dubbele bonenreservoir kun je bovendien eenvoudig wisselen tussen een milde boon voor je latte en een krachtige variant voor de espresso. De machine is via een handige app op je smartphone te bedienen. Met de 'My Coffee Memory'-functie sla je de persoonlijke voorkeuren van acht verschillende personen op.