System-on-Modules als Schlüssel zur Embedded-Entwicklung der nächsten Generation

Die Anforderungen an moderne Embedded-Systeme wachsen kontinuierlich. Anwendungen in der Industrieautomation, Robotik, Medizintechnik oder im Industrial Internet of Things (IIoT) benötigen immer mehr Rechenleistung, intelligente Datenverarbeitung am Edge, zuverlässige Konnektivität und umfassende Cybersecurity – bei gleichzeitig kürzeren Entwicklungszyklen und langen Produktlebensdauern. 

Für Entwickler stellt sich daher zunehmend die Frage, wie sich leistungsfähige Hardwareplattformen schnell, wirtschaftlich und zukunftssicher in neue Produkte integrieren lassen. System-on-Modules (SoMs) haben sich hierfür als bewährter Lösungsansatz etabliert. Sie bündeln die komplexe Prozessorplattform auf einem kompakten Modul und ermöglichen es, sich auf die eigentliche Applikationsentwicklung zu konzentrieren. 

Am Beispiel der neuen Digi ConnectCore® 91 und ConnectCore® 95 SoMs zeigt dieser Beitrag, welche Vorteile moderne SoM-Plattformen bieten, welche Kriterien bei der Auswahl entscheidend sind und warum ein ganzheitliches Hard- und Software-Ökosystem heute ein wesentlicher Erfolgsfaktor für Embedded-Entwicklungen ist.

Die Entwicklung moderner Embedded-Systeme steht heute vor einer doppelten Herausforderung: Produkte müssen immer leistungsfähiger, vernetzter und sicherer werden, gleichzeitig verkürzen sich die Entwicklungszyklen und der Kostendruck steigt. Besonders in der deutschen Industrie, in der hohe Qualitätsanforderungen, lange Produktlebenszyklen und umfangreiche Zertifizierungen zum Alltag gehören, suchen Entwickler nach Möglichkeiten, komplexe Hardwareprojekte schneller und mit geringerem Risiko umzusetzen. System-on-Modules (SoMs) haben sich hierfür als eine der effizientesten Lösungen etabliert.

Ein System-on-Module vereint alle wesentlichen Kernkomponenten eines Embedded-Computers auf einer kompakten Baugruppe. Prozessor oder Mikroprozessor, Arbeitsspeicher, Flash-Speicher, Power-Management sowie häufig auch Sicherheitsfunktionen und Hochgeschwindigkeitsschnittstellen sind bereits integriert und optimal aufeinander abgestimmt. Über standardisierte Steckverbinder oder Board-to-Board-Verbindungen wird das SoM mit einer applikationsspezifischen Trägerplatine verbunden, die lediglich die individuellen Schnittstellen, Sensoren, Aktoren oder Kommunikationsanschlüsse der jeweiligen Anwendung enthält. Diese klare Trennung zwischen Rechenplattform und kundenspezifischer Hardware vereinfacht die Entwicklung erheblich.

Für viele Unternehmen ist insbesondere die Verkürzung der Entwicklungszeit ein entscheidender Vorteil. Die Entwicklung einer eigenen Prozessorplattform mit DDR-Speicherlayout, High-Speed-Signalführung und komplexem Power-Management erfordert erhebliche Erfahrung und bindet wertvolle Engineering-Ressourcen. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an EMV, Signalintegrität und thermisches Design kontinuierlich. Ein industriell qualifiziertes SoM übernimmt diese anspruchsvollen Aufgaben bereits ab Werk. Entwickler können sich dadurch auf die eigentliche Applikation konzentrieren und deutlich schneller einen funktionsfähigen Prototypen oder ein marktreifes Produkt realisieren.

Gerade im deutschen Maschinen- und Anlagenbau bietet dieser Ansatz erhebliche Vorteile. Hersteller von Automatisierungstechnik, Robotik, Bildverarbeitung oder industriellen Steuerungen müssen häufig individuelle Lösungen entwickeln, verfügen jedoch nicht immer über große Hardwareteams für komplexe Prozessorentwicklungen. Mit einem SoM lassen sich moderne ARM- oder x86-Plattformen schnell in bestehende Produkte integrieren, ohne sämtliche Designrisiken selbst tragen zu müssen. Gleichzeitig bleibt die notwendige Flexibilität erhalten, um kundenspezifische Ein- und Ausgänge, Feldbusschnittstellen oder Erweiterungen auf der Carrier-Platine umzusetzen.

Auch hinsichtlich der Produktpflege überzeugen System-on-Modules. Industrielle Anwendungen werden häufig über zehn oder sogar fünfzehn Jahre betrieben. Während dieser Zeit ändern sich Prozessoren, Speicherbausteine oder regulatorische Anforderungen. Viele SoM-Hersteller garantieren deshalb eine langfristige Verfügbarkeit ihrer Module und bieten kompatible Nachfolgegenerationen an. Dadurch können bestehende Produkte mit überschaubarem Aufwand modernisiert werden, ohne die gesamte Hardwareplattform neu entwickeln zu müssen. Für Hersteller reduziert sich damit sowohl das Obsoleszenzrisiko als auch der Aufwand für zukünftige Redesigns.

Ein weiterer Vorteil liegt in der Softwareentwicklung. Da Betriebssysteme wie Embedded Linux, Android oder Echtzeitbetriebssysteme häufig bereits für das jeweilige Modul vorbereitet sind, können Softwareentwickler frühzeitig mit der Applikationsentwicklung beginnen – oftmals noch bevor die endgültige Hardware verfügbar ist. Parallelisierung von Hardware- und Softwareentwicklung verkürzt die gesamte Time-to-Market erheblich und reduziert Projektrisiken.

Mit zunehmender Digitalisierung gewinnen zudem Themen wie Cybersecurity, Edge Computing und Künstliche Intelligenz an Bedeutung. Moderne SoMs integrieren hierfür leistungsfähige Mehrkernprozessoren, Grafikbeschleuniger, NPUs (Neural Processing Units) oder Hardware-Sicherheitsmodule. Anwendungen wie Predictive Maintenance, Machine Vision, autonome Robotik oder industrielle KI-Auswertung lassen sich dadurch direkt am Netzwerkrand realisieren, ohne auf leistungsfähige Cloud-Infrastrukturen angewiesen zu sein. Das reduziert Latenzen, verbessert den Datenschutz und erhöht die Verfügbarkeit kritischer Systeme.

Besonders relevant ist dies für typische deutsche Industriezweige wie Fabrikautomation, Medizintechnik, Energietechnik, Messtechnik sowie den Schienen- und Fahrzeugbau. In diesen Bereichen stehen Zuverlässigkeit, langfristige Verfügbarkeit und normgerechte Entwicklung im Vordergrund. Industrietaugliche SoMs erfüllen häufig erweiterte Temperaturbereiche, bieten ECC-Speicher (Error-Correcting Code Memory), Secure Boot, TPM-Unterstützung (Trusted Platform Module) oder weitere Sicherheitsfunktionen und sind für den dauerhaften 24/7-Betrieb ausgelegt.

Für Entwickler eröffnen System-on-Modules darüber hinaus eine hohe Skalierbarkeit. Innerhalb einer Produktfamilie können unterschiedliche Leistungsstufen über kompatible Module realisiert werden, während das Carrier-Board weitgehend unverändert bleibt. Ein Einstiegsmodell mit energieeffizientem Dual-Core-Prozessor kann beispielsweise später durch ein leistungsfähigeres Quad-Core- oder AI-fähiges Modul ersetzt werden, ohne das gesamte System neu entwickeln zu müssen. Diese Modularität verkürzt nicht nur Entwicklungszeiten, sondern reduziert auch Lagerhaltung, Variantenvielfalt und Qualifizierungsaufwand.

Ein erfahrener Bauteildistributor wie die TOPAS electronic AG leistet dabei weit mehr als die reine Komponentenbeschaffung. Er unterstützt Entwickler bereits in der frühen Konzeptphase bei der Auswahl geeigneter SoMs, bewertet Prozessorarchitekturen, Speicherkonfigurationen, Schnittstellen und Temperaturbereiche und begleitet den Übergang vom Prototyp bis zur Serienfertigung. Ergänzend stehen Evaluierungskits, Software Development Kits (SDKs), Referenzdesigns sowie technischer Support der Hersteller zur Verfügung. Dadurch können Entwicklungsprojekte schneller gestartet und typische Integrationsrisiken deutlich reduziert werden.

Für rechenintensive Anwendungen positioniert Digi das ConnectCore 95 als High-End-Plattform auf Basis des NXP i.MX 95. Das SoM integriert bis zu sechs Arm Cortex®-A55-Kerne, zusätzliche Cortex-M7- und Cortex-M33-Echtzeitkerne sowie eine leistungsfähige NPU für KI- und Machine-Learning-Anwendungen direkt am Edge. Hinzu kommen vorzertifiziertes Tri-Band Wi-Fi 6E, Bluetooth®, umfangreiche Sicherheitsmechanismen mit Digi TrustFence®, Hardware Root of Trust (durch NXP EdgeLock® Secure Enclave) und Secure Boot sowie integrierte Cloud- und Device-Management-Services inklusive OTA-Updates über den gesamten Produktlebenszyklus. 

Damit eignet sich das ConnectCore 95 besonders für Machine Vision, Robotik, Medizintechnik, intelligente Fertigungssysteme und anspruchsvolle Industrie-4.0-Anwendungen, bei denen hohe Rechenleistung, Cybersecurity und langfristige Wartbarkeit gleichermaßen gefordert sind.

Die Development Kits ermöglichen es, Hardware- und Softwareentwicklung parallel voranzutreiben und die Markteinführungszeit deutlich zu verkürzen. Umfangreiche Schnittstellen, Debug- und Konsolenanschlüsse, vorkonfigurierte Wireless-Funktionen sowie sofort einsatzbereite Linux-Images erleichtern die Evaluierung der Plattform und reduzieren den Integrationsaufwand erheblich. Gleichzeitig bieten die Referenzhardware und die mitgelieferten Schaltpläne eine solide Grundlage für die Entwicklung eigener Carrier-Boards. Dadurch können Entwickler bereits in einer frühen Projektphase die Leistungsfähigkeit der SoMs validieren und ihre Applikation schnell bis zur Serienreife weiterentwickeln.

Bei der Auswahl eines System-on-Modules stehen für Entwickler längst nicht mehr ausschließlich Prozessorleistung oder Speicherausstattung im Vordergrund. Entscheidend sind vielmehr die langfristige Verfügbarkeit, die Qualität der Softwareunterstützung, integrierte Sicherheitsfunktionen sowie der Aufwand, der für Entwicklung und Wartung eines Produkts über seinen gesamten Lebenszyklus entsteht. Genau in diesen Bereichen positionieren sich die Digi ConnectCore® SoMs besonders stark.

Während viele SoMs leistungsfähige Hardware bereitstellen, unterscheiden sie sich häufig bei der Reife des Software-Ökosystems. Digi bietet eine vollständig gepflegte Embedded-Linux-Plattform, regelmäßig aktualisierte Board Support Packages, langfristigen Software-Support sowie umfangreiche Entwicklungswerkzeuge. Dadurch reduzieren sich Integrationsaufwand und Entwicklungsrisiken deutlich, insbesondere bei Industrieprojekten mit langen Produktlebenszyklen.

Ein weiterer Vorteil ist die konsequente Integration von Cybersecurity. Sicherheitsfunktionen wie Secure Boot, Hardware Root of Trust, verschlüsselte Kommunikation und sicheres Schlüsselmanagement sind bereits Bestandteil der Plattform und müssen nicht erst durch zusätzliche Software oder externe Komponenten ergänzt werden. Dies erleichtert die Entwicklung sicherer, vernetzter Geräte und unterstützt Unternehmen dabei, steigende regulatorische Anforderungen und branchenspezifische Sicherheitsstandards zu erfüllen.

Auch im Bereich Wireless-Konnektivität bieten die Digi ConnectCore® SoMs einen hohen Integrationsgrad. Vorzertifizierte Wi-Fi- und Bluetooth®-Funktionen vereinfachen die Produktentwicklung, verkürzen den Zertifizierungsaufwand und reduzieren das Projektrisiko. Gleichzeitig profitieren Entwickler von einer einheitlichen Hard- und Softwareplattform über verschiedene Leistungsklassen hinweg – vom energieeffizienten Edge-Gerät bis hin zu KI-gestützten Industrieanwendungen.

Besonders hervorzuheben ist der ganzheitliche Plattformansatz. Neben den eigentlichen SoMs stehen Development Kits, Referenzdesigns, Software Development Kits, Cloud-Services und professioneller technischer Support zur Verfügung. Dadurch erhalten Entwickler nicht nur ein Embedded-Modul, sondern eine vollständig abgestimmte Entwicklungsplattform, die den gesamten Weg von der ersten Evaluierung bis zum langfristigen Betrieb im Feld unterstützt. Dieser umfassende Lösungsansatz macht die Digi ConnectCore® Familie zu einer zukunftssicheren Wahl für anspruchsvolle Industrie- und IoT-Anwendungen.

Während sich viele System-on-Modules hinsichtlich Prozessorleistung, Speicher oder Schnittstellen nur gering unterscheiden, liegt der eigentliche Mehrwert der Digi ConnectCore® Plattform im ganzheitlichen Lösungsansatz. Digi kombiniert leistungsfähige Hardware mit einer umfassenden Software-, Sicherheits- und Serviceplattform, die den gesamten Produktlebenszyklus begleitet – von der Evaluierung über die Entwicklung bis hin zum sicheren Betrieb und der Wartung im Feld. Für Entwickler bedeutet dies weniger Integrationsaufwand, geringere Projektrisiken und eine deutlich schnellere Markteinführung.

Eine zentrale Rolle spielt dabei Digi Embedded Yocto®. Die vollständig unterstützte Linux-Plattform basiert auf dem etablierten Yocto Project und wird von Digi kontinuierlich gepflegt. Neben regelmäßig bereitgestellten Sicherheitsupdates und Bugfixes umfasst sie Board Support Packages (BSPs), Gerätetreiber, Middleware sowie umfangreiche Dokumentation. Dadurch können Entwickler unmittelbar mit der Applikationsentwicklung beginnen, anstatt Zeit in die Portierung und Pflege eines eigenen Linux-Systems zu investieren. Gleichzeitig sorgt der langfristige Software-Support dafür, dass auch Industrieprodukte mit langen Lebenszyklen zuverlässig aktualisiert und gewartet werden können.

Ein weiteres Alleinstellungsmerkmal ist Digi TrustFence®. Die integrierte Sicherheitsarchitektur schützt Embedded-Systeme bereits auf Hardwareebene und unterstützt Funktionen wie Secure Boot, Hardware Root of Trust, sichere Schlüsselspeicherung, verschlüsselte Datenübertragung und Authentifizierung. Damit lassen sich bereits in der Entwicklungsphase die Anforderungen aktueller Cybersecurity-Richtlinien und Industriestandards berücksichtigen – ein zunehmend wichtiger Faktor für vernetzte Maschinen, IoT-Geräte und Industrie-4.0-Anwendungen.

Ergänzt wird das Portfolio durch die Digi ConnectCore Cloud Services. Die cloudbasierte Plattform ermöglicht das zentrale Management verteilter Geräteflotten über ihren gesamten Lebenszyklus. Funktionen wie sichere Over-the-Air-Updates (OTA), Remote-Konfiguration, Gerätemonitoring, Diagnose sowie Software-Rollouts lassen sich ohne den Aufbau einer eigenen Backend-Infrastruktur realisieren. Gerade bei Anwendungen mit hunderten oder tausenden installierten Geräten reduziert dies den Wartungsaufwand erheblich und verbessert gleichzeitig die Betriebssicherheit.

Das Zusammenspiel aus industrietauglicher Hardware, langfristig gepflegter Software, integrierten Sicherheitsmechanismen und professionellem Device Management macht die Digi ConnectCore Plattform zu einer vollständigen Embedded-Lösung. Anstatt einzelne Hardwarekomponenten zu beschaffen und Software, Security sowie Cloud-Anbindung selbst zu integrieren, erhalten Entwickler eine aufeinander abgestimmte Plattform, die Entwicklungszeiten verkürzt, Risiken minimiert und die langfristige Wartbarkeit ihrer Produkte deutlich verbessert.

Die hohe Skalierbarkeit der Digi ConnectCore® SoMs eröffnet Entwicklern vielfältige Einsatzmöglichkeiten in industriellen Embedded-Systemen. Dank unterschiedlicher Leistungsklassen – vom energieeffizienten ConnectCore® 91 bis zum KI-optimierten ConnectCore® 95 – lässt sich für nahezu jede Anwendung die passende Plattform auswählen. Gleichzeitig profitieren alle Systeme von einer gemeinsamen Softwarebasis, integrierten Sicherheitsfunktionen und einem durchgängigen Entwicklungs- und Servicekonzept.

In der Fabrikautomation übernehmen die Module Aufgaben wie Maschinensteuerung, Human Machine Interfaces (HMI), industrielle Gateways oder Edge Controller. Leistungsfähige Prozessoren, Echtzeitfähigkeit und zahlreiche Kommunikationsschnittstellen ermöglichen die Anbindung an Sensoren, Aktoren sowie industrielle Ethernet- und Feldbussysteme und schaffen die Grundlage für vernetzte Produktionsanlagen.

Auch im Bereich Edge AI und Machine Vision spielen moderne SoMs ihre Stärken aus. Die integrierte Neural Processing Unit (NPU) des ConnectCore® 95 ermöglicht die lokale Ausführung von KI-Modellen direkt im Endgerät. Anwendungen wie automatische Qualitätskontrolle, Objekterkennung, Predictive Maintenance oder autonome Robotik können dadurch ohne permanente Cloud-Anbindung realisiert werden. Die lokale Datenverarbeitung reduziert Latenzzeiten, entlastet Netzwerke und verbessert den Datenschutz.

Für IoT-Gateways und intelligente Edge-Systeme bieten die ConnectCore® Module die notwendige Rechenleistung, um Sensordaten zu erfassen, lokal zu analysieren und über Ethernet oder integrierte Wi-Fi- und Bluetooth®-Schnittstellen sicher an übergeordnete Systeme oder Cloud-Plattformen zu übertragen. Durch die Unterstützung sicherer OTA-Updates und Remote-Management lassen sich auch große Geräteflotten effizient verwalten und über viele Jahre aktuell halten.

Weitere typische Einsatzgebiete finden sich in der Medizintechnik, der Gebäudeautomation, der Energie- und Umwelttechnik sowie in Transport- und Logistikanwendungen. Hier profitieren Entwickler insbesondere von der hohen Langzeitverfügbarkeit, den erweiterten Temperaturbereichen, den integrierten Cybersecurity-Funktionen und der industriellen Zuverlässigkeit der Plattform. Ob intelligentes Bedienpanel, Diagnosesystem, Ladeinfrastruktur, Messgerät oder autonomes Transportsystem – die Digi ConnectCore® SoMs bilden eine leistungsfähige und zukunftssichere Basis für anspruchsvolle Embedded-Anwendungen.

Durch die Kombination aus skalierbarer Hardware, einer professionell gepflegten Softwareplattform und umfassenden Sicherheits- und Managementfunktionen eignen sich die Digi ConnectCore® SoMs sowohl für Neuentwicklungen als auch für die Modernisierung bestehender Produkte. Entwickler erhalten damit eine Plattform, die den gesamten Produktlebenszyklus unterstützt und gleichzeitig genügend Leistungsreserven für zukünftige Anforderungen bietet.

Die Entscheidung für ein System-on-Module wird häufig früh im Entwicklungsprozess getroffen – und beeinflusst den Erfolg eines Projekts weit über die eigentliche Hardwareentwicklung hinaus. Neben Rechenleistung und Schnittstellen spielen Faktoren wie Softwareunterstützung, Sicherheitsfunktionen, Langzeitverfügbarkeit, Zertifizierungen und Skalierbarkeit eine entscheidende Rolle. Werden diese Aspekte erst in einer späteren Projektphase berücksichtigt, können aufwendige Redesigns, Verzögerungen oder zusätzliche Entwicklungskosten die Folge sein.

Bereits in der Konzeptphase lohnt sich daher eine ganzheitliche Betrachtung der Anforderungen. Welche Rechenleistung wird heute benötigt – und welche Reserven sollten für zukünftige Softwarefunktionen oder KI-Anwendungen eingeplant werden? Welche Kommunikationsschnittstellen sind erforderlich? Soll das Produkt ausschließlich lokal arbeiten oder zukünftig über Cloud-Dienste verwaltet werden? Welche Cybersecurity-Anforderungen müssen erfüllt werden, und welche Produktlebensdauer ist geplant? Die Antworten auf diese Fragen bestimmen maßgeblich die Auswahl einer geeigneten Embedded-Plattform.

Ein skalierbares SoM-Konzept bietet dabei erhebliche Vorteile. Können innerhalb einer Produktfamilie unterschiedliche Leistungsstufen genutzt werden, lassen sich mehrere Gerätevarianten auf einer gemeinsamen Hardware- und Softwarebasis entwickeln. Das reduziert den Entwicklungsaufwand, vereinfacht die Wartung und schafft Investitionssicherheit für zukünftige Produktgenerationen. Gleichzeitig erleichtert eine einheitliche Softwareplattform die Wiederverwendung von Anwendungen und verkürzt die Entwicklungszeit weiterer Produkte.

Ebenso wichtig ist die Verfügbarkeit eines leistungsfähigen Entwicklungsökosystems. Development Kits, Board Support Packages, Software Development Kits, Referenzdesigns und eine umfassende technische Dokumentation beschleunigen die Evaluierung und minimieren Integrationsrisiken. Ergänzt durch professionelles Design-in-Support können technische Fragestellungen bereits in einer frühen Projektphase geklärt werden, bevor sie zu kostspieligen Änderungen im späteren Entwicklungsverlauf führen.

Für Entwickler bedeutet dies, dass die Auswahl eines SoMs weit mehr ist als die Entscheidung für einen Prozessor oder ein Hardwaremodul. Sie legt den Grundstein für die gesamte Embedded-Plattform und beeinflusst Entwicklungszeit, Wartbarkeit, Cybersecurity und Zukunftsfähigkeit eines Produkts. Ein spezialisierter Bauteildistributor unterstützt dabei nicht nur bei der Auswahl des passenden Moduls, sondern begleitet Projekte mit technischem Know-how, Applikationsberatung und direktem Zugang zum Hersteller – von der ersten Idee bis zur Serienfertigung.

System-on-Modules haben sich als Schlüsseltechnologie für moderne Embedded-Systeme etabliert. Sie verkürzen Entwicklungszeiten, reduzieren Designrisiken und ermöglichen den schnellen Einsatz leistungsfähiger Prozessorplattformen in industriellen Anwendungen. Gleichzeitig schaffen sie die Flexibilität, Produkte über viele Jahre hinweg weiterzuentwickeln und an neue Anforderungen anzupassen – ein entscheidender Vorteil für den deutschen Maschinen- und Anlagenbau sowie für zahlreiche weitere Industriezweige.

Mit den neuen ConnectCore® 91 und ConnectCore® 95 bietet Digi zwei zukunftssichere SoMs, die sowohl energieeffiziente IoT-Geräte als auch anspruchsvolle Edge-AI-Anwendungen abdecken. Ergänzt durch leistungsfähige Development Kits, die Embedded-Linux-Plattform Digi Embedded Yocto®, die Sicherheitsarchitektur Digi TrustFence® sowie die Digi ConnectCore® Cloud Services entsteht eine durchgängige Embedded-Plattform, die den gesamten Produktlebenszyklus unterstützt – von der ersten Evaluierung bis zum langfristigen Betrieb im Feld.

Für Entwickler bedeutet dies weniger Integrationsaufwand, eine schnellere Markteinführung und eine hohe Investitionssicherheit. Gleichzeitig profitieren Unternehmen von einer Plattform, die Hardware, Software, Sicherheit und Device Management optimal miteinander verbindet und damit den steigenden Anforderungen moderner Industrie- und IoT-Anwendungen gerecht wird.

Die Auswahl des richtigen System-on-Modules entscheidet maßgeblich über den Erfolg eines Entwicklungsprojekts. Unsere Embedded-Spezialisten unterstützen Sie dabei, die passende Digi ConnectCore® Plattform für Ihre Anwendung zu finden – von der ersten Konzeptphase über die Auswahl des geeigneten Development Kits bis hin zum Design-in und der Serienfertigung. Profitieren Sie von technischer Beratung, direktem Hersteller-Know-how und einem umfassenden Portfolio an Embedded-Lösungen für anspruchsvolle Industrieanwendungen.