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 gek op producten voor een mooie prijs of die iets bijzonders te bieden heeft. Een paar keer per week gaan we daarom op zoek naar zulke producten. Niets is zo veranderlijk als het weer; het ene moment schijn de zon en een week later vriest het en ligt er sneeuw. Hoe fijn is het dan als jouw huia automatisch wordt verwarmd op het moment dat het nodig is? Een slimme thermostaat is dan wel handig. Wij zonden vijf slimme startersets met radiatorkraan.

Om je huis wat energiezuiniger te maken is het gebruik van de CV-ketel en de verwarming een goed begin om deze wat beter reguleren. En in plaats van dat je dat zelf helemaal handmatig moet bijhouden, kun je kiezen voor een slimme thermostaat die dat voor je doet. Wij vonden vijf handige startersets met slimme thermostaat en extra apparatuur zoals radiatorkranen waarmee je direct aan de slag kunt.

Netatmo Slimme Thermostaat

Met deze uitgebreide Netatmo-bundel haal je in één keer een complete zoneregeling in huis. De set combineert de iconische Netatmo Slimme Thermostaat met maar liefst drie extra slimme radiatorkranen. Dit is de perfecte oplossing als je niet alleen je woonkamer, maar ook drie andere vertrekken (zoals een werkkamer, badkamer of slaapkamer) individueel wilt verwarmen.

Het design, ontworpen door Philippe Starck, is minimalistisch en tijdloos. De thermostaat zelf is eenvoudig te bedienen en werkt met vrijwel alle CV-ketels (aan/uit). De kracht zit echter in de combinatie met de radiatorkranen: deze meten de temperatuur per kamer en kunnen de radiator dichtdraaien als de gewenste temperatuur bereikt is, zelfs als de thermostaat in de woonkamer nog om warmte vraagt.

Dankzij de slimme Auto-Adapt functie leert het systeem de isolatie van je huis en de buitentemperatuur kennen, zodat het precies weet wanneer de verwarming aan moet om op tijd warm te zijn. Alles is aan te sturen via de gebruiksvriendelijke app of via spraak (Apple HomeKit, Google Assistant en Alexa). Met functies als open-raamdetectie en maandelijkse besparingsoverzichten helpt deze set je actief om energie te besparen zonder in te leveren op comfort.

TP‑Link KE100 KIT

Met deze set van TP‑Link maak je je radiatoren afzonderlijk aanstuurbaar. De doos bevat twee thermostatische radiatorkranen en een hub. Die hub vormt het hart van het systeem: je verbindt hem met je wifi en plaatst de radiatorkranen op de bestaande ventielen. Vervolgens kun je via de Kasa Smart‑app voor iedere ruimte een eigen temperatuur instellen. Dankzij het ingebouwde schema stel je vaste tijdstippen in waarop de radiatoren opwarmen of juist lager worden gezet. De apparaten communiceren draadloos met de hub, waardoor je ook meerdere kamers kunt bedienen.

Je kunt tot wel 32 radiatoren op één hub aansluiten. De set werkt samen met stemassistenten zoals Google Assistant, Amazon Alexa en Siri, zodat je de temperatuur per kamer kunt aanpassen zonder je telefoon erbij te pakken. Er is een vorstbeschermingsmodus die de radiator inschakelt als de temperatuur te laag wordt, handig bij koude winters. Via meegeleverde adapters passen de radiatorkranen op de meeste ventielen. En omdat ze op batterijen werken hoef je geen stroompunt in de buurt te hebben.

Imou TRV1 Kit

Dit starterspakket van Imou is bedoeld voor wie één of meerdere radiatoren los wil regelen en via internet wil bedienen. In de doos zit een thermostatische radiatorkraan en een gateway; de gateway verbindt de kraan met je thuisnetwerk via Zigbee. De kraan meet de temperatuur en stuurt het ventiel nauwkeurig aan tussen 5 °C en 35 °C, met stappen van een halve graad. Je programmeert via de Imou Life‑app een tijdschema of stelt handmatig de gewenste temperatuur in. De gateway heeft een bereik van honderd meter, zodat je de set eventueel met extra kranen kunt uitbreiden tot een maximaal aantal van 32 radiatoren.

Handige functies zijn open‑raamdetectie, antivriesstand en een kinderslot. Wanneer er een raam openstaat schakelt de kraan automatisch lager om energie te besparen. Batterijen leveren de stroom; Imou levert AA‑batterijen en diverse adapters mee. De set werkt samen met Amazon Alexa en Google Assistant zodat je via spraakcommando’s de verwarming aanstuurt. Dankzij de heldere led‑ring op de knop zie je in één oogopslag welke modus actief is. Hierdoor is het systeem geschikt voor wie op een eenvoudige manier per kamer wil verwarmen zonder ingrijpende installatie.

Hombli Smart Radiator Thermostat Starterkit

Hombli biedt een set met twee radiatorthermostaten en een bridge om de knoppen via de Hombli‑app te bedienen. Je plaatst de knoppen op de bestaande ventielen, waarna je met de bridge de verbinding maakt tussen de knoppen en je wifi‑netwerk. Met de app stel je per kamer een weekprogramma in, zodat je bijvoorbeeld ’s avonds in de woonkamer verwarmt en overdag juist in de werkkamer. De thermostaten hebben een energieverbruiksmonitor waarmee je ziet hoeveel warmte elke radiator gebruikt. Er is ook een geofencing‑optie: als je het huis verlaat, gaat de verwarming automatisch lager.

Open‑raamdetectie voorkomt onnodig stoken als er geventileerd wordt. De knoppen communiceren via bluetooth low energy; daardoor gaan de AA‑batterijen volgens Hombli tot anderhalf jaar mee. Je bedient het systeem met de app of via spraakassistenten zoals Google Assistant, Amazon Alexa en Siri. Omdat de bridge meerdere knoppen kan koppelen, kun je later uitbreiden naar extra radiatoren. Via de app kun je ook alle gekoppelde knoppen gelijktijdig aanpassen, waardoor het systeem geschikt is voor blok‑ of stadsverwarming.

Tado Slimme Radiatorknop Starterskit V3+

Deze starterskit van tado° is bedoeld voor woningen waar elke radiator apart geregeld moet worden zonder centrale thermostaat. De verpakking bevat één slimme radiatorkraan en een internetbridge. Je vervangt de bestaande knop door de slimme kraan en koppelt de bridge aan je router. Via de tado°‑app regel je de temperatuur per kamer en stel je uitgebreide programma’s in, zoals een week- of weekendprogramma. De app gebruikt geolocatie, open‑raamdetectie en weersinformatie om de verwarming automatisch aan te passen.

De set werkt met spraakbesturing via Amazon Alexa, Apple HomeKit en Google Assistant. Dankzij de internetbridge kun je extra radiatorkranen toevoegen om meer kamers aan te sturen. tado° adviseert om per radiator een slimme knop te plaatsen voor optimale werking. Volgens de fabrikant kun je tot 31 % energie besparen doordat de app de verwarming afstemt op je aanwezigheid. Batterijen zorgen voor de stroomvoorziening. Voor geavanceerde functies zoals automatische geofencing heb je een optioneel abonnement nodig, maar de basisbediening via de app blijft beschikbaar zonder extra kosten.

Amazon werkt aan een realityshow rondom de Fallout-franchise waarin deelnemers moeten zien te overleven in een schuilkelder.

Er gingen onlangs al geruchten over de realityshow die naar Amazon Prime Video moet komen, maar nu is de show officieel goedgekeurd en wordt er zelfs naar deelnemers gezocht. In het spelprogramma moeten spelers in een schuilkelder leven en meedoen aan een reeks competitieve spellen die de zeven kerneigenschappen uit de Fallout-reeks uitlichten: kracht, perceptie, charisma, intelligentie, uithoudingsvermogen, geluk en wendbaarheid.

Volgens de beschrijving "is het een spel van machtspatronen, populariteit en sociale strategieën waarbij uiteindelijk een gigantische geldprijs gewonnen kan worden". Verdere concrete detail zijn er nog niet, en het is ook niet duidelijk vanaf wanneer de realityshow op Amazon Prime Video te zien zal zijn.

Gebaseerd op de games

Amazon heeft de smaak goed te pakken wat betreft Fallout: in 2024 begon de fictieve, gelijknamige serie al op de streamingdienst, gebaseerd op de games van Bethesda. Met acteurs als Ella Purnell, Walton Goggins en Kyle MacLachlan wordt een alternatieve geschiedenis (en toekomst) geschetst waarbij de Verenigde Staten door een nucleaire winter geteisterd worden. Diverse samenlevingen houden het jarenlang vol in schuilkelders, en wanneer ze daar weer uit durven te komen, maken ze kennis met een aardoppervlakte die voorgoed veranderd is.

De serie bleek een grote hit en het eerste seizoen behaalde meer dan honderd miljoen kijkers. Het tweede seizoen is eind vorig jaar begonnen – wekelijks wordt er een nieuwe aflevering op Amazon Prime Video getoond. Het ziet er naar uit dat Amazon nu wil inspelen op dit succes door ook aan een realityshow binnen deze franchise te werken.