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Vom Konzept bis zum Prototyp — eigenständige Produktentwicklung

Komplettentwicklung elektronischer Geräte: Schaltung, Layout, Firmware, FPGA-Design, Simulation und Verifikation. Spezifikation, Code, Test, Übergabe — alles aus einer Hand.

Embedded-Geräte entstehen selten in einer Disziplin allein. Eine neue Idee braucht eine Schaltung, die Schaltung braucht ein Layout, das Layout braucht Firmware oder ein FPGA-Design, und am Ende braucht alles Verifikation und Dokumentation. Wer dieses Zusammenspiel auf mehrere Lieferanten aufteilt, erkauft sich Schnittstellen — und Schnittstellen sind die häufigste Fehlerquelle.

Eigenständige Komplettentwicklung bedeutet: ein Ansprechpartner, eine durchgängige Verantwortung, ein konsistenter Stand der Dokumentation. Sie sparen sich Koordination, ich kann Entscheidungen treffen, ohne durch eine Lieferanten-Kette nachfragen zu müssen.

Wie ein typisches Komplettprojekt abläuft

Auch wenn jedes Projekt anders ist, folgt der Ablauf einem wiedererkennbaren Muster:

  1. Aufgabenstellung verstehen. Im Erstgespräch wird geklärt, was das Gerät leisten soll, welche Restriktionen gelten (Stückzahl, Kosten, Größe, Energie, Norm-Anforderungen) und welche Schnittstellen zu vorhandenen Systemen bestehen.
  2. Konzept und Spezifikation. Auf Basis der Aufgabenstellung entsteht ein technisches Konzept: welche Mikrocontroller- oder FPGA-Plattform passt, welche Bus-Systeme, welche analogen und digitalen Signale, welche Software-Architektur. Ergebnis ist ein Spezifikationsdokument, das die Grundlage für alles Weitere bildet.
  3. Schaltungsentwurf. Schaltplan-Erstellung mit den ausgewählten Bauteilen, Berechnung kritischer Komponenten, Simulation in den entscheidenden Punkten.
  4. Leiterplattenlayout. Mehrlagiges PCB-Design mit Beachtung von High-Speed-Signalen, EMV, Wärmeverteilung und Fertigbarkeit. Auswahl eines Leiterplatten-Herstellers und Begleitung der Fertigung.
  5. Firmware oder FPGA-Design. Implementierung der Steuerungs- oder Signalverarbeitungslogik in C/C++ für Mikrocontroller, in VHDL/SystemVerilog für FPGAs — oder als Kombination aus beidem. Bei knappen Mikrocontrollern bare-metal, bei größeren Systemen mit FreeRTOS oder ähnlichen Echtzeit-Betriebssystemen.
  6. Verifikation und Test. Schaltungs-Simulation für die kritischen Punkte, Testbenches für FPGA-Designs, Hardware-Tests am Prototyp, gegebenenfalls HIL-Test-Setup für die Software.
  7. Übergabe und Dokumentation. Vollständiger Quellcode, Schaltplan, Layout-Daten, Stückliste, Dokumentation der Vorgehensweise und der Designentscheidungen. Auf Wunsch Wissenstransfer an das Auftraggeber-Team.

Bei Bedarf übernehme ich auch die Koordination mit einem Hardware-Serienfertiger, der Ihnen die gewünschte Qualität liefert — wie im Audi-Projekt (siehe Referenzen), bei dem aus dem freiverdrahteten Prototyp eine maschinell gefertigte Industrie-Platine wurde.

Drei Disziplinen — eine Hand

Die folgenden drei Disziplinen werden im Komplettprojekt zusammengeführt:

Hardware

Hardware-Entwicklung

Konzeption und Realisierung der elektronischen Hardware — vom Schaltplan über das Leiterplattenlayout bis zur Koordination der Serienfertigung. Schwerpunkte sind Mikrocontroller-basierte Systeme, FPGA-Boards und gemischte analoge/digitale Schaltungen.

  • Mikrocontroller-basierte Systeme (ARM Cortex-M, ESP32, Atmel/Microchip)
  • FPGA-Design und -Integration (Xilinx Artix-7, Zynq)
  • Analoge und digitale Schaltungen
  • Leiterplattendesign (Pulsonix, Multi-Layer, High-Speed, EMV)
  • Schaltungsdimensionierung und Bauteilauswahl
  • Begleitung der Leiterplatten-Fertigung und Koordination mit Industrie-Partnern
  • Inbetriebnahme und Hardware-Bring-up
Software

Software-Entwicklung

Implementierung der eingebetteten Software auf der entwickelten Hardware — von hardware-naher Bare-Metal-Programmierung bis zu Echtzeit-Betriebssystemen mit Multi-Core-Architektur. Sprachen, Plattformen und Protokolle werden nach den Anforderungen des Projekts ausgewählt, nicht nach Vorliebe.

  • Embedded Software (C, C++, Assembler)
  • FPGA-Programmierung (VHDL, Verilog, SystemVerilog)
  • Echtzeitsysteme (FreeRTOS, Bare-Metal, Multi-Core)
  • Kommunikationsprotokolle (CAN, CAN FD, Ethernet, EtherCAT, I²C, SPI, MOST)
  • Treiberentwicklung für hardware-nahe Schnittstellen
  • Bootloader, Watchdog, Firmware-Update-Mechanismen
  • Algorithmen für Signalverarbeitung und Regelung
Verifikation

Simulation und Verifikation

Systematische Absicherung der entwickelten Lösung — auf Schaltungs-Ebene, auf FPGA-Ebene und auf System-Ebene. Verifikation ist nicht nachgelagerte Tätigkeit, sondern integraler Bestandteil der Entwicklung.

  • Schaltungssimulation im Zeit- und Frequenzbereich
  • Monte-Carlo-Analyse und Worst-Case-Betrachtungen
  • FPGA-Verifikation mit SystemVerilog Testbenches
  • HDL-Simulation (Vivado, Icarus Verilog, Verilator)
  • Bode-Diagramm, Nyquist-Analyse, Stabilitätsuntersuchungen
  • Hardware-in-the-Loop-Tests für integrierte Systeme

Was eigenständige Komplettentwicklung von „Software-Coding“ unterscheidet

Wenn ein Auftraggeber heute „einen Embedded-Entwickler“ sucht, meint er meist jemanden, der einen Teil-Auftrag ausführt: ein Modul in C, eine FPGA-Komponente, ein Treiber. Dafür gibt es viele Anbieter.

Komplettentwicklung ist anders. Sie verlangt jemanden, der entscheiden kann — über Architektur, über Bauteilauswahl, über Schnittstellen, über Kompromisse zwischen Kosten und Funktionalität. Diese Entscheidungs-Kompetenz ist nicht in jedem Lebenslauf vorhanden, und sie lässt sich nicht durch zusätzliche Spezialisten ersetzen.

Ich übernehme Komplettentwicklung dort, wo der Auftraggeber selbst keine vollständige Embedded-Entwicklungsabteilung unterhalten will — und wo gleichzeitig der entstehende Aufwand und die Verantwortung wirtschaftlich tragbar bei einer Person liegen können.

Zusammenarbeit

Komplettprojekte werden in der Regel als Werkvertrag mit fester Lieferzusage abgewickelt. Der Aufwand wird vor Projektbeginn geschätzt, der Preis ist garantiert. Bei explorativen Vorhaben mit unklarem Endpunkt ist alternativ ein Stundenkontingent möglich. Details auf der Seite Beauftragung.

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