Am 6. Juli 2005 hat das Europäische Parlament die Richtlinie 2005/32/ EG oder Energy Using Products-Richtlinie erlassen. Betroffen davon sind alle Produkte, die zu ihrem Betrieb die Zufuhr von Elektrizität, fossilen Treibstoffen oder erneuerbaren Energiequellen benötigen. Ausgenommen sind Verkehrsmittel zur Personen- und Güterbeförderung. Die Richtlinie soll dazu beitragen, dass Umweltaspekte bereits in Entwicklung und Design von energiebetriebenen Produkten einbezogen werden. Ziel ist es, die Umweltauswirkungen dieser Produkte zu verbessern. Im Juli 2007 veröffentlicht die EU-Kommission ein Arbeitsprogramm aus dem hervorgeht, welche Maßnahmen vorrangig ergriffen werden müssen. Zum 11. August 2007 soll die Richtlinie in nationales Recht umgesetzt werden. Mit der CE-Konformitätskennzeichnung seiner Produkte bestätigt ein Unternehmen dann auch die EuP-Konformität. Hersteller oder Lieferanten von Bauteilen oder Baugruppen können verpflichtet werden, dem Gerätehersteller Angaben über Materialzusammensetzung, Energie- und Ressourcenverbrauch zu machen. Ab 6. Juli 2010 prüft eine EU-Kommission die Wirksamkeit der Richtlinie.
Anforderungen mobiler Anwendungen
Wenn die Richtlinie in Kraft tritt, müssen viele Hersteller von elektronischen Geräten über entsprechende Energiesparmaßnahmen nachdenken. Hierbei können Sie von den Erfahrungen von Herstellern mobiler Geräte lernen. Doch eins nach dem anderen. Was ist eigentlich ein mobiles Gerät? Zuerst denkt man dabei an typische Anwendungen wie Handys oder PDAs. Doch ein mobiles Gerät ist eigentlich alles, was über einen bestimmten Zeitraum ohne eine feste Stromquelle betrieben werden kann. Voraussetzung ist also ein sehr sparsamer Umgang mit Energie, gleichzeitig fordern PC-basierte mobile Geräte meist hohe Rechenleistungen und eine zuverlässige Datenhaltung. Man denke z.B. an die Vermessungsgeräte, die auf Baustellen eingesetzt werden. Oft sind sie einen ganzen Tag über im Einsatz, bevor sie an einer Ladestation wieder aufgeladen werden können. Nicht nur der zuverlässige Betrieb über einen längeren Zeitraum ist wichtig: Die Messdaten müssen so lange sicher vorgehalten werden, bis sie z.B. auf einen PC übertragen werden; der Verlust der Daten könnte die Tagesarbeit mehrerer Personen zunichte machen. Für die Datenübertragung bieten mobile Geräte heute in der Regel eine mobile Verbindung; beispielsweise über UMTS, GSM, Bluetooth oder W-LAN. Oft müssen sie ohne Wartung über lange Zeiträume zuverlässig arbeiten. Daher ist es von großem Vorteil, wenn Sie keine mechanische Kühlung benötigen, was die Abstände zwischen Wartungsintervallen wesentlich erhöht. Um nur mit einer passiven Kühlung auszukommen, müssen sie von vorneherein so konzipiert sein, dass keine hohen Verlustleistungen in Form von Wärme entstehen. Auch das spart natürlich Energie. Ein Letztes: Nicht alle mobilen Anwendungen lassen sich in die Hand nehmen. So bezeichnet ein britischer Hersteller von transportablen Autobahnanzeigen seine Produkte als mobile Anwendungen (Bild 2). Die Anzeigetafeln samt der zugehörigen Technik füllen dabei aber einen kompletten LKW und trotzdem stellen sie die typischen Anforderungen mobiler Anwendungen: langes, zuverlässiges Arbeiten ohne Wiederaufladen und möglichst geringer Wartungsaufwand, denn je nach dem, wo die Tafel gerade steht, hat der Wartungsingenieur eine sehr weite Anreise. Die Beispielpalette zeigt, dass es im mobilen Bereich bereits Anwendungen in verschiedenen Größen gibt, für die bereits sinnvolle Energiekonzepte erarbeitet wurden.
Von den Kleinen lernen
Nicht immer wissen es die \’Größten\‘ am besten. Oft findet ein Lernprozess auch von unten nach oben statt. Ein Beispiel: Handys sind in den letzten Jahren immer kleiner geworden, gleichzeitig leisten sie heute wesentlich mehr als noch vor einigen Jahren und haben viel längere Bereitschaftszeiten. Einen großen Beitrag leisten hierzu speziell angepasste Prozessoren, die Konzepte zum Energiesparen umsetzen. Das Know-how übertragen Prozessorhersteller mittlerweile schon auf \’größere\‘ Anwendungen. Prozessoren für Embedded-Computer lernen von ihren in Handys eingesetzten \’kleinen Brüdern\‘ oder energiesparende Handy-Prozessoren lassen sich direkt in Embedded-Systeme verwenden. Wann im nächsten Schritt andere Anwendungen von den Embedded-Compuntern lernen, ist nur eine Frage der Zeit. Generell sind Embedded-Computer Energiesparer, denn in den meisten ihrer Anwendungen, lässt sich eine aktive mechanische Kühlung nicht realisieren. Die Alternative heißt: Wärmebildung durch geringen Energieverbrauch von vorneherein vermeiden. Viele Embedded-Computer haben dabei aber noch lange nicht alle Energiesparmaßnahmen ausgereizt. Das wird vielleicht mit einem Bild aus dem Alltag deutlicher: Kein vernünftiger Hausbesitzer würde auf die Idee kommen, in seinem Haus nur einen Lichtschalter anzubringen mit dem sich alle Lampen im ganzen Haus auf einmal ein- oder ausschalten lassen. Vielmehr gibt es in den einzelnen Zimmern Lichtschalter, mit denen das Licht ganz nach Bedarf für einzelne Räume ein- oder ausgeschaltet wird. Was uns in diesem Bild als normal erscheint, ist bei vielen Embedded-Computern noch lange nicht üblich. Die Embedded-Experten von emtrion in Karlsruhe haben dieses Prinzip auf ihre Computer übertragen. Dort lassen sich einzelne Funktionen modulweise ein- bzw. ausschalten. Ganz einfach bedeutet das z.B., dass das Display nur dann angeschaltet ist, wenn es wirklich benötigt wird. Langfristig will man sogar so weit gehen, dass im Prozessor einzelne Funktionsblöcke ein- bzw. ausgeschaltet werden können. Dazu arbeiten die Embedded-Experten eng mit dem Prozessorhersteller Renesas zusammen. Die haben im Handy-Bereich mit ihren Prozessoren Energiespar-Erfahrung gesammelt, die auch in Embedded-Lösungen angewandt werden. Neben dem Prozessor muss aber auch das Betriebssystem ein solches Energiemanagement mitmachen. Microsoft Windows CE sieht dazu z.B. in seinem Powermanagement vier verschiedene Status vor, die der Systemdesigner entsprechend seiner Anforderungen definieren kann. Aber auch die Betriebssysteme Linux und QNX bieten verschiedene Möglichkeiten für ein sinnvolles Energiemanagement.
Der Letzte macht das Licht aus
Das Bild vom Haus lässt sich auch auf ein cleveres Zwei-Prozessor-Konzept übertragen, das für den HiCO.SH3 realisiert ist (Bild 3) und auf die weiteren Module HiCO.SH7760 oder HiCO.ARM9 übertragen werden kann. Wenn die Bewohner eines Hauses zu Bett gehen, schalten Sie nach und nach alle Lichter aus und diese am nächsten Morgen bei Bedarf wieder nach dem gleichen Muster an. Auf ähnliche Art und Weise geht auch das Board \’schlafen\‘, wenn es für längere Zeit nichts zu arbeiten hat. Das Funktionsprinzip ist einfach erläutert: Auf dem Board sind zwei Prozessoren angebracht ein 32Bit Prozessor, der die wesentlichen Rechenaufgaben übernimmt und ein sehr stromsparender 16Bit Prozessor, der mit wenigen Mikrowatt auskommt (Bild 4). Soll das Gerät in den Ruhezustand gefahren werden, schaltet der 32Bit-Prozessor ganz aus. Wird er wieder gebraucht, \’weckt\‘ der stromsparende Prozessor den großen wieder auf und das System fährt nach und nach hoch. Bei voller Belastung kann der 16Bit Prozessor zusätzliche Rechenfunktionen übernehmen. Die Beispiele zeigen, dass in vielen Bereichen schon clevere Konzepte für einen sinnvollen Umgang mit Energie umgesetzt sind. Mit etwas Fantasie lassen sich die Ideen auf viele andere Anwendungen übertragen. Und oft muss man eben im Kleinen anfangen zu sparen, wenn man im Großen etwas erreichen will.
