リアルタイムシステム

組込みシステム

2019年 9 ⽉ 19⽇

組込みシステム（embedded System）とは

「機械や機器に組込まれて、その制御を⾏うコンピュータシステム」

「特定の機能を実現するために、ハードウェアとソフトウェアが緊密に統合されたコンピュータシステム」

「キーボード、マウス、ディスプレイのような汎⽤⼊出⼒装置を持たないコンピュータシステム」

昔は「コンピュータ制御」とか「マイコン制御」とか

呼ばれていた

コンピュータ制御クーラー ＋ センサ、マイコン ＝ エアコン

電話交換機 ＝ 通話路 ＋ スイッチ＋ 専⽤プロセッサ ＋ 専⽤ソフトウェア

ソフトウェアの書換えにより機能の追加改訂が可能

きめ細かな制御が可能（快適かつ経済的）

機器の機能、性能、経済性を⾶躍的に向上させることが可能

⽬次1. 組込みソフトウェア産業の位置づけ

2. 組込みシステムの適⽤分野、適⽤例

3. 組込みシステムの構成

4. 「リアルタイムシステム」の講義内容

組込み関連製造業• 製造業の⼤半が組込み関連に分類される• 情報サービス業の5倍の市場規模

応⽤情報技術者試験（午後）

⽬次1. 組込みソフトウェア産業の動向

2. 組込みシステムの適⽤分野、適⽤例

3. 組込みシステムの構成

4. 「リアルタイムシステム」の講義内容

組込みシステムの代表的適⽤分野適⽤分野 利⽤例

家電機器 電⼦レンジ，炊飯器，冷蔵庫，洗濯機，エアコンAV機器 テレビ，ビデオ，ディジタルカメラ，オーディオ機器娯楽/教育機器 ゲーム機，電⼦楽器，カラオケ，パチンコ個⼈⽤情報機器 PDA，電⼦⼿帳，カーナビパソコン周辺機器 プリンタ，スキャナ，ディスクドライブ，DVDドライブOA機器 コピー，FAX通信機器 携帯電話，ルーター，ハブ，携帯電話基地局，交換機運輸機器 ⾃動⾞，信号機，鉄道⾞両，鉄道制御，航空機⼯業機器/FA機器 プラント制御，NC⼯作機械，⼯業⽤ロボット設備機器 ビル⽤照明/空調/電⼒システム，エレベータ医⽤機器/福祉機器 ⾎圧計，⼼電計，レントゲン，CTスキャナ宇宙/軍事 ロケット，⼈⼯衛星，ミサイル業務機器 POS端末，⾃動販売機計測機器 テスタ，オシロスコープ

家庭内

オフィス

⼯場

公共施設

適⽤例• 携帯電話

• ディジタルセットトップボックス（DST）ケーブルテレビの受信機

• ⾃動⾞

携帯電話（スマートフォン）・制御系（ファームウェア）

⾳声処理（A/D、D/A変換、雑⾳除去）、移動体通信機能

・アプリ⼤規模、システム系開発に類似

ハードウエア、OSに関する知識が不可⽋

OS X iPhone, Android(既存OSのカーネルを利⽤)

⾃動⾞・ボディ系

シート制御、ドア制御、ライト制御、シートベルト制御、ミラー制御、エアコン etc.

・制御系ブレーキ制御、ステアリング制御、⾞両姿勢制御、トランスミッション制御、ABS、エアバッグ制御

・情報系カーナビ、GPS、バックモニタ、カーオーディオ

⾃動⾞の例（ソフトウェア）プログラム

サイズ

信頼性要求

ボディ系

32bitOS上で動作（ITRON, OSEK/VDX準拠）情報系

制御系

応⽤情報の近年の出題内容• 2019年春：家庭⽤浴室給湯システム• 2019年秋：カードを使⽤した電⼦扉システム• 2018年春：児童⾒守り機能つき防犯ブザー• 2017年秋：ドライブレコーダー• 2017年春：スマートウォッチ• 2016年秋：腕時計型脈拍計• 2016年春：飲⾷店向けタッチ式注⽂端末• 2015年秋：通信機能内蔵ディジタル電⼒量計• 2015年春：⾃動⾞⽤衝突被害軽減ブレーキ• 2014年秋：DVD/BRDレコーダー⽤リモコン• 2014年春：園芸⽤⾃動給⽔器• 2013年秋：ネットワーク接続式インターホン• 2013年春：ワイヤレス充電ステーション• 2012年秋：スマートフォンの歩数計アプリ• 2012年春：携帯オーディオプレイヤー

組込みシステムの特性• 専⽤システム

最適なシステム設計が可能• 厳しいリソース制約

コストダウン、低消費電⼒化、⼩型化、軽量化• ⾼い信頼性

運輸/⼯業機器など誤動作が⼈命にかかわる• リアルタイム性

制御対象によって定まる時間要件• マルチタスク

多数の⼊⼒装置、出⼒装置

⽬次1. 組込みソフトウェア産業の動向

2. 組込みシステムの適⽤分野、適⽤例

3. 組込みシステムの構成

4. 「リアルタイムシステム」の講義内容

組込みシステム（embedded System）とは

「機械や機器に組込まれて、その制御を⾏うコンピュータシステム」

「特定の機能を実現するために、ハードウェアとソフトウェアが緊密に統合されたコンピュータシステム」

「キーボード、マウス、ディスプレイのような汎⽤⼊出⼒装置を持たないコンピュータシステム」

単独では機能しない

⼀般のパーソナルコンピュータとは別物

ソフトウェアの構成、作り⽅も⾃ずと．．．

リアルタイム・マルチタスクシステムの構成

外部イベントにタイムリーに応答するシステム

制御コンポーネント

被制御コンポーネント

被制御コンポーネント

被制御コンポーネント

①イベント発⽣

②処理

③応答

①イベント発⽣③応答

②処理

組込みシステムの特殊性• プロセッサ

特殊な計算を⾼速に実⾏する必要性消費電⼒（発熱）は極⼒抑えて

• オペレーティングシステムマルチタスク、リアルタイム性の実現必要な機能は予め分かっている

• アプリケーション被制御コンポーネントに関する知識

組込みシステム設計の実際• 開発規模• 使⽤しているプロセッサ（種類・数）• オペレーティングシステム

開発規模

開発規模（新規開発分）

プロセッサ

オペレーティングシステム

⽬次1. 組込みソフトウェア産業の動向

2. 組込みシステムの適⽤分野、適⽤例

3. 組込みシステムの構成

4. 「リアルタイムシステム」の講義内容

リアルタイムシステムリアルタイム処理実現の基礎理論リアルタイムオペレーティングシステム（RTOS）

リアルタイムタスクのモデル化周期性、デッドライン

タスクスケジューリング全てのタスクのデッドラインを守る

デッドロックの検出、回避、予防複数のタスクがお互いに相⼿を待つこと

RTOSの諸機能タイマ、割込み処理、メモリ管理

リアルタイムシステムのスケジューリング・外部イベントとそれを処理するタスクを対応付け

・複数のタスクが動作しているとき、どのタスクにCPUを与えるかはスケジューラが判断し、必要に応じてプロセススイッチ

機能要求の充⾜

時間要求の充⾜

・タスクのモデル化・スケジューリングアルゴリズムが必要

「リアルタイムシステム」のホームページ

http://www.info.kindai.ac.jp/RTS