Firmware

Unter Firmware (von engl. „firm“ = fest) versteht man Software, die in elektronische Geräte eingebettet ist. Sie ist zumeist in einem Flash-Speicher, einem EPROM, EEPROM oder ROM gespeichert und durch den Anwender nicht oder nur mit speziellen Mitteln bzw. Funktionen austauschbar. Der Begriff leitet sich davon ab, dass Firmware funktional fest mit der Hardware verbunden ist, was bedeutet, dass das eine ohne das andere nicht nutzbar ist. Sie nimmt eine Zwischenstellung zwischen Hardware (also den physikalischen Anteilen eines Gerätes) und der Anwendungssoftware (den ggf. austauschbaren Programmen eines Gerätes) ein.

Als Firmware bezeichnet man sowohl die Betriebssoftware diverser Geräte oder Komponenten (z. B. Mobiltelefon, Fernsteuersender, Festplatte, Drucker) als auch die grundlegende Software eines Computers (z. B. das BIOS), die auf der Hauptplatine notwendig ist, um das eigentliche Betriebssystem laden und betreiben zu können.

Verwendung

Firmware wird beispielsweise verwendet in Festplattenrekordern, DVD-Brennern, DVD-Playern, neueren Fernsehgeräten, Haushaltsgeräten, Digitalkameras, Empfängern für Digital Radio, Computerteilen (Grafikkarten, Laufwerken, usw.) und vielen anderen elektronischen Geräten. Sie befindet sich auch in eingebetteten Systemen wie ADSL-Modems oder Mobiltelefonen. Im modernen Automobil befinden sich typischerweise 15 bis 50 Steuergeräte (z. B. ABS, ESP, ACC, Airbags, Motorsteuerung, Tacho, Radio, Klimaanlage, Einparkhilfe oder Fensterheber), von denen jedes seine eigene Firmware beinhaltet.

Unscharfe Definition

Je nach Art des Geräts erfüllt Firmware unterschiedliche Aufgaben:

• Die komplette Software eines Gerätes ist in der Firmware abgebildet: Drucker, Haushaltsgeräte, Kraftfahrzeuge und andere.
• Die Firmware erfüllt Aufgaben eines proprietären Betriebssystems, zusätzliche Software kann installiert werden: Smartphones, Storage Server und andere.
• Die Firmware stellt in einem Computer hardwarenahe Funktionen zur Verfügung, welche das Laden und Starten eines gesonderten Betriebssystems von einem Datenträger erlauben. Das Betriebssystem kann Firmware-Funktionen nutzen, um auf die Hardware zuzugreifen. Bei PCs wird diese Firmware BIOS genannt.

In jedem Fall ist Firmware eng an die jeweilige Hardware angepasst und typischerweise auf anderer Hardware nicht verwendbar.

Aktualisierung von Firmware

Traditionell ist Firmware in einem Festwertspeicher (ROM) oder einmal (im Werk) programmierbaren Speicher gespeichert, was zur Aktualisierung den Austausch von Bauteilen nötig macht.

Bei aktuellen Geräten ist es aber immer häufiger möglich, die Firmware zu aktualisieren. Flash-Speicher oder EEPROMs können über spezielle Verfahren gelöscht und neu beschrieben werden. Diesen Vorgang nennt man umgangssprachlich Flashen. Die Neuprogrammierung eines Flash-Speichers ermöglicht die Fehlerbehebung sowie die Nachrüstung neuer Funktionen. Schlägt die Firmware-Aktualisierung zum Beispiel durch eine Unterbrechung der Stromzufuhr während des Schreibens fehl, so ist es möglich, dass das Gerät dabei unbrauchbar wird: Wenn die elementaren Funktionen zur Aktualisierung der Firmware selbst gelöscht und nicht erfolgreich erneuert werden, kann eine funktionsfähige Firmware möglicherweise nur noch mit speziellen Hilfsmitteln durch den Hersteller wieder hergestellt werden.

In seltenen Fällen ist die Firmware von Computer-Zubehörteilen nicht im Gerät selbst dauerhaft gespeichert, sondern wird während des Bootvorganges oder beim Einstecken des Gerätes in einen RAM-Baustein, der sich im Gerät befindet, geschrieben. Eine Aktualisierung ist hierbei meist extrem einfach, da die Firmware einfach als Datei im lokalen Dateisystem des Rechners abgelegt ist und durch Überschreiben der Datei aktualisiert werden kann. Diese Variante ist insbesondere bei WLAN-Karten (PCI oder PCMCIA), sowie WLAN-Adaptern (USB) häufig anzutreffen. Auch der Linux-Kernel nutzt diese Methode, u.a. auch bei Grafikkarten, um freie oder angepasste Firmware in Geräte laden zu können. Bei vielen Linux-Distributionen kann man Firmwares für Geräte (z.B. WLAN-Chips, Grafikkarten) über das Paketmanagementsystem installieren.

Ursprung des Wortes

Der Begriff „Firmware“ wurde von Ascher Opler 1967 in einem Artikel in Datamation geprägt.^[1] Ursprünglich wurde damit der Microcode im beschreibbaren Steuerspeicher eines Mikroprozessors in einem Computer bezeichnet, wo der Befehlssatz des Hauptprozessors (der CPU) abgelegt wird. Die Firmware konnte neu geladen werden, um den Befehlssatz zu ändern. Firmware war deshalb nicht im Maschinencode der CPU geschrieben, sondern in Mikrocode. Im ursprünglichen Sinn wurde Firmware klar von Hardware (der CPU selbst) und Software (die Programme, die auf dem Prozessor laufen) abgegrenzt.

Später wurde die Bezeichnung für Mikrocode benutzt, gleichgültig, ob er im RAM oder ROM lag.

Danach wurde der Begriff nochmals weiter gefasst, für alles, was im ROM gespeichert ist, wie Prozessormaschinenbefehle für das BIOS, Boot-Loader oder andere spezialisierte Programme.

Quellen

1. ↑ Opler, Ascher: Fourth-Generation Software. In: Datamation. 13, Nr. 1, Januar 1967, S. 22-24.