Firmware: Was ist das? Definition, Funktionen & Beispiele
Firmware erklärt: Definition, Funktionen & Beispiele — wie eingebettete Software Hardware steuert, Updates ermöglicht und in Praxisanwendungen zuverlässig funktioniert.
In der Informatik ist Firmware ein Computerprogramm, das in ein Hardware-Gerät "eingebettet" ist und ein wesentlicher Bestandteil der Hardware ist. Sie wird manchmal als eingebettete Software bezeichnet. Ein Beispiel ist ein Mikrocontroller, ein Teil des Mikroprozessors, der dem Mikroprozessor mitteilt, welche Aktionen er ausführen soll. Es kann auch ein größeres Programm sein, das auf einem Flash-Speicher gespeichert oder von einem Benutzer auf eine bestehende Hardware hochgeladen wird.
Wie der Name schon sagt, ist die Firmware irgendwo zwischen Hardware und Software angesiedelt und verbindet die beiden Welten. Sie kann für verschiedene Menschen leicht unterschiedliche Bedeutungen haben, zumal eigenständige elektronische Geräte immer mehr zu Computern werden. Wie Software ist sie ein Computerprogramm, das von einem Mikroprozessor ausgeführt wird. Aber es ist auch mit einem Stück Hardware verbunden und hat ohne dieses Stück keine Bedeutung.
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Was Firmware auszeichnet
Firmware unterscheidet sich von normaler Anwendungssoftware durch mehrere Merkmale:
- Niederer Abstraktionsgrad: Sie läuft sehr nah an der Hardware und steuert grundlegende Funktionen wie Booten, Peripherie-Steuerung oder Kommunikationsschnittstellen.
- Persistenter Speicher: Firmware wird dauerhaft in nichtflüchtigen Speichern abgelegt, z. B. ROM, EEPROM oder Flash.
- Gerätebindung: Sie ist spezifisch für das jeweilige Gerät oder die verwendete Hardware-Plattform.
- Begrenzte Ressourcen: Firmware-Umgebungen arbeiten oft mit begrenztem Speicher und Rechenleistung und müssen entsprechend effizient programmiert sein.
Speicherorte und Typen
Firmware kann an verschiedenen Orten gespeichert sein und sich in der Art, wie sie geladen wird, unterscheiden:
- Fest im ROM eingebrannt (früher üblich für einfache Geräte).
- In EEPROM oder Flash-Speicher, der geflasht und somit aktualisiert werden kann.
- Teilweise in nichtflüchtigem Speicher gespeichert und beim Booten in den Arbeitsspeicher (RAM) geladen.
- Bei vernetzten Geräten häufig als Over‑The‑Air-(OTA)-Update vom Hersteller aktualisierbar.
Wichtige Funktionen der Firmware
Firmware übernimmt zentrale Aufgaben im Gerät:
- Boot-Prozess: Initialisiert Hardware-Komponenten und lädt ggf. ein Betriebssystem (z. B. BIOS/UEFI bei PCs).
- Geräte- und Peripherie-Steuerung: Treiber-ähnliche Funktionen für Sensoren, Aktoren, Speicher, Schnittstellen (USB, SATA, Netzwerke).
- Kommunikationsstapel: Protokolle für Netzwerk-, Mobilfunk- oder Bluetooth-Kommunikation (z. B. Baseband-Firmware in Smartphones).
- Leistungsmanagement: Energieverwaltung, Taktraten und thermische Steuerung.
- Sicherheitsfunktionen: Verschlüsselung, Authentifizierung, sichere Boot-Mechanismen.
Typische Beispiele
- BIOS/UEFI in Desktop-PCs: startet das System und übergibt Kontrolle an das Betriebssystem.
- Router-Firmware (Hersteller‑Firmware oder OpenWrt): steuert Netzwerkfunktionen, Firewall, WLAN.
- Smartphone‑Baseband (Funkmodul): regelt Mobilfunkverbindungen.
- SSD-/Festplatten‑Firmware: verwaltet Speicherzellen, Wear‑Leveling und Fehlerkorrektur.
- Drucker-, TV- oder IoT-Geräte‑Firmware: steuert spezifische Gerätefunktionen.
- Mikrocontroller‑Programme: in vielen Alltagsgeräten wie Staubsaugerrobotern, Haushaltsgeräten oder Industrieanlagen.
Firmware-Updates: Warum und wie
Hersteller veröffentlichen Firmware‑Updates, um Fehler zu beheben, neue Funktionen zu liefern oder Sicherheitslücken zu schließen. Updates erfolgen je nach Gerät:
- Manuell vom Anwender per USB‑Stick oder über eine Hersteller‑Software.
- Automatisch über das Internet (OTA‑Updates), besonders bei Smartphones, Routern und IoT‑Geräten.
Beim Aktualisieren ist Vorsicht geboten: Unterbrechungen während des Flash‑Vorgangs oder inkompatible Firmware kann Geräte unbrauchbar machen ("bricken"). Darum empfehlen sich vor dem Update:
- Sichern wichtiger Einstellungen oder Daten.
- Stromversorgung sicherstellen (Netzteil oder volle Batterie).
- Nur Firmware vom Gerätehersteller oder vertrauenswürdigen Quellen verwenden.
Sicherheitsaspekte
Firmware ist ein attraktives Ziel für Angreifer, weil sie tiefen Zugriff auf Hardware erlaubt. Relevante Sicherheitsmaßnahmen sind:
- Signed Firmware: Digitale Signaturen stellen sicher, dass nur autorisierte Firmware installiert wird.
- Secure Boot: Verhindert das Laden nicht autorisierter Boot‑Komponenten.
- Regelmäßige Updates: Schließen bekannte Schwachstellen.
- Integritätsprüfung: Mechanismen, die Firmware auf Manipulation prüfen.
Open‑Source‑Firmware
Es gibt auch freie Firmware‑Projekte wie OpenWrt (für Router) oder coreboot (für PCs). Vorteile sind:
- Transparenz des Quellcodes.
- Möglichkeit zur Anpassung und Verlängerung der Gerätefunktionalität.
- Community‑getriebene Fehlerbehebung und Sicherheitsoptimierungen.
Allerdings erfordern solche Projekte oft technisches Wissen und können Garantieansprüche beeinflussen.
Fazit – praktische Hinweise
- Firmware ist die Brücke zwischen Hardware und Software und steuert grundlegende Gerätefunktionen.
- Regelmäßige Updates sind wichtig, besonders aus Sicherheitsgründen — aber immer mit Vorsicht durchführen.
- Bei kritischen oder unternehmenswichtigen Geräten auf signierte Firmware und sichere Update‑Mechanismen achten.
Auf einem Computer
Ein Computer kann sowohl über Firmware als auch über Software verfügen. Die Firmware ist dauerhaft im Computer, wie z.B. im BIOS, gespeichert und kann nicht einfach geändert oder hinzugefügt werden. Software, sogar das Betriebssystem, kann durch Neuformatierung der Festplatte ersetzt werden. Software umfasst die Anwendungen, die eine Person, die einen Computer bedient, sieht, wie z.B. einen Web-Browser oder ein Textverarbeitungsprogramm. Manchmal wird ein Gerätetreiber als Firmware bezeichnet, da er für den Betrieb dieser Hardware, wie z.B. eines Druckers oder einer Grafikkarte, benötigt wird. Der Gerätetreiber befindet sich auf dem Hauptteil des Computers und kann leicht aktualisiert werden (falls eine Aktualisierung vorhanden ist).
Auf einem elektronischen Gerät
Andere elektronische Geräte sehen vielleicht nicht wie ein Computer aus, aber sie haben trotzdem ein eingebettetes System wie einen Mikrocontroller im Inneren, in dem ihnen ein Programm sagt, was sie tun sollen. Dies ist auch Firmware. Eine TV-Kabelbox, eine Aufzugssteuerung und ein Kartenleser in einem Hoteltürschloss laufen alle mit Firmware. In diesem Fall ist die Firmware die einzige Software auf dem Gerät, und auf ihr läuft alles, von der Handhabung von Tastendrücken bis zum Ein- oder Ausschalten von Motoren.
In der Vergangenheit wurde die Firmware in ROMs gespeichert, aber heute wird sie oft auf beschreibbaren Medien wie EEPROMs und Flash gespeichert. Die Firmware in vielen Maschinen, wie z.B. Routern, kann jetzt ohne spezielle Hardware, außer einem Computer und einem USB-Kabel, aktualisiert werden. Dies geschieht durch Herunterladen einer neuen Version aus dem World Wide Web, um das Gerät zu aktualisieren, wobei die Anweisungen des Geräteherstellers verwendet werden.
Ein elektronisches Gerät wird als "gemauert" bezeichnet, wenn es aufgrund von Firmware-Problemen nicht gestartet werden kann. Es ist dann so nützlich wie ein Brick. Das Laden der falschen Firmware in ein Gerät kann dies verursachen. Firmware wird als binäre Bilddatei gespeichert.
Beispiele
Beispiele für Firmware umfassen:
- Das BIOS in IBM-kompatiblen Personal Computern
- Code innerhalb eines Druckers (zusätzlich zu dem Druckertreiber, der sich auf dem Computer befindet)
- Software zur Steuerung eines Herzdefibrillators
- Software zur Steuerung der Beleuchtung in einem Bürogebäude
- Software, die die Elektronik in einem Auto steuert - das Radio, das ABS (Antiblockiersystem), die Motorsteuerung usw.
- Software zur Steuerung neuerer Haushaltsgeräte (Mikrowellenherde, Geschirrspüler usw.)
Verwandte Seiten
- BIOS
- Echtzeit-Betriebssystem
- Mikrocode
Fragen und Antworten
F: Was ist Firmware?
A: Firmware ist ein Computerprogramm, das in ein Hardware-Gerät "eingebettet" ist und ein wesentlicher Bestandteil der Hardware ist.
F: Was ist ein anderer Begriff für Firmware?
A: Firmware wird manchmal auch als eingebettete Software bezeichnet.
F: Was ist ein Beispiel für Firmware?
A: Ein Beispiel für Firmware ist ein Mikrocontroller, ein Teil des Mikroprozessors, der dem Mikroprozessor mitteilt, welche Aktionen er durchführen soll.
F: Kann Firmware ein größeres Programm sein, das im Flash-Speicher gespeichert ist?
A: Ja, Firmware kann ein größeres Programm sein, das im Flash-Speicher gespeichert wird.
F: Kann Firmware auch von einem Benutzer auf vorhandene Hardware hochgeladen werden?
A: Ja, Firmware kann auch von einem Benutzer auf vorhandene Hardware hochgeladen werden.
F: Wie verhält sich Firmware zu Hardware und Software?
A: Firmware steht zwischen Hardware und Software und verbindet diese beiden Welten.
F: Was bedeutet es, wenn man sagt, dass Firmware ohne Hardware keine Bedeutung hat?
A: Es bedeutet, dass Firmware an eine bestimmte Hardware gebunden ist und ohne diese nicht funktionieren kann.
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Autor
AlegsaOnline.com Firmware: Was ist das? Definition, Funktionen & Beispiele Leandro Alegsa
URL: https://de.alegsaonline.com/art/34504
Quellen
- pcsupport.about.com : "What is firmware"