Firmware

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Was ist eine Firmware?

Firmware (FW) ist eine Klasse von Software, die grundlegende Voraussetzungen zur Nutzung eines Computers legt. Bei Kleincomputern kann sie darĂŒber hinaus auch die vollstĂ€ndige Steuerung des GerĂ€ts ĂŒbernehmen. Der Begriff (von engl. firm = “fest”) leitet sich dadurch her, dass die Firmware funktional fest mit der Hardware verbunden ist. Ohne Firmware ist die Hardware nicht nutzbar.

FĂŒr Personal Computer

Die Firmware kann bei vielfĂ€ltig nutzbaren Systemen (z.B. bei PCs, Tablets und Smartphones) eine standardisierte Grundlage bereitstellen, um das Betriebssystem (wie Windows, Linux, Android oder iOS) und Treiber auf dem Computer auszufĂŒhren. Die Firmware, wie das BIOS (Basis Input/Output System) im ROM (Read Only Memory) eines Personal Computers, stellt hardwarenahe Funktionen fĂŒr Treiber und das ĂŒbergeordnete Betriebssystem bereit.

FĂŒr eingebettete Systeme

Bei stĂ€rker spezialisierten GerĂ€ten (eingebettete Systeme) kann die Firmware die gesamte FunktionalitĂ€t des GerĂ€ts bereitstellen. Die Firmware ist dann das einzige Programm, das auf dem System ausgefĂŒhrt wird. Eingebettete Systeme treten im Alltag in technischen GerĂ€ten der BĂŒroelektronik (Computer-Peripherie), Unterhaltungselektronik, in Waschmaschinen, Kraftfahrzeugen und Mobiltelefonen auf, aber auch z.B. in Chipkarten (Geld-, Telefonkarten).

Info

Es handelt sich dabei hĂ€ufig um Ein-Chip-Computersysteme. Das sind Mikrocontroller, deren Software als Firmware bezeichnet wird. Mikrocontroller sind leistungsmĂ€ĂŸig auf die jeweilige spezifische Anwendung angepasst und nicht fĂŒr Allround-Systeme wie PCs gedacht. Daher haben Mikrocontroller-Systeme gegenĂŒber grĂ¶ĂŸeren Systemen Kosten- und Stromverbrauchsvorteile.

Zweck der Firmware

GrĂŒnde fĂŒr das Aktualisieren der Firmware umfassen das Beheben von Fehlern und das HinzufĂŒgen von Funktionen zum GerĂ€t.
Bei Smartphones können Updates z.B. verbessertes Energiemanagement und damit lÀngere Akkulaufzeit betreffen, oder auch eine bessere EmpfangsqualitÀt.

Tipp

Moderne Automobile verwenden heute einen Bordcomputer und zahlreiche Mikrocontroller. Dazu gehören Antiblockiersysteme (ABS) und GetriebesteuergerĂ€te (TCUs), Airbags, Klimaanlage, Einparkhilfe, Radio und Tachometer. Sensoren messen verschiedene Daten, um Werte wie Kraftstoffverbrauch, Außentemperatur und Reifendruck anzuzeigen und mechanische Probleme zu erkennen. Lokale HĂ€ndler können die meiste Fahrzeug-Firmware aktualisieren.

Technik der Firmware

Die Firmware wird meist auf nichtflĂŒchtigen Speichermedien wie ROM, EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) oder Flash-Speicher gespeichert. Im Falles eines ROM-Festspeichers kann eine Aktualisierung nur durch Austausch des Speicherbauteils erfolgen. Es können dann ohne Eingriff in die Hardware wĂ€hrend der Lebensdauer keine Updates am GerĂ€t durchgefĂŒhrt werden. Wiederbeschreibbare Festspeicher wie Flash und EEPROMs können mittels spezieller Verfahren (“Flashen”) gelöscht und neu beschrieben werden.

Typischerweise stammt die Firmware vom Hersteller des zugehörigen GerÀtes. Odin ist beispielsweise ein Programm, um die FW von Android-GerÀten von Samsung zu ersetzen und z.B. ein heruntergeladenes Update von Samsung zu installieren.
FĂŒr manche GerĂ€teklassen wie z.B. Tablets, Smartphones und Spielkonsolen gibt es auch alternative Varianten von Drittanbietern. Diese können BeschrĂ€nkungen der ursprĂŒnglichen FW umgehen, um verborgene Funktionen freizugeben und es z.B. zu ermöglichen, ein GerĂ€t mit freier Software auszustatten. Dies wird als benutzerdefinierte Firmware bezeichnet. Solche “Hacks” nutzen normalerweise die FW-Aktualisierungsfunktion der GerĂ€te, um sich selbst zu installieren und auszufĂŒhren.

Dies kann im Negativen auch dazu genutzt werden, Malware in GerÀte wie Smartphones zu injizieren.
Ein USB-GerĂ€te-Firmware-Hack namens BadUSB demonstrierte auf einer IT-Sicherheits-Konferenz in den USA 2014, wie der Mikrocontroller eines USB-Flash-Laufwerks neu programmiert werden kann, um die Kontrolle ĂŒber einen Computer zu ĂŒbernehmen, Daten zu filtern oder den Benutzer auszuspĂ€hen. Derartige Erkenntnisse helfen zur Verbesserung der Sicherheitsstandards.


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