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組込みソフトウェアの特徴


 

組込みシステムの特徴

組込みソフトウェアの特徴

一般の事務処理での情報システムと比較して、組込みソフトウェアは次の特徴があります。

マイクロコンピュータ(マイクロプロセッサ)

スマートフォンなどの情報機器、炊飯器などの情報家電に内蔵している小型のコンピュータです。コンピュータですからCPU・メモリ・周辺機器から構成されていますが小さなチップの形状です(1チップマイコンといいます)。組込み機器の制御に必要な複数の電子部品を用途に応じて1つのチップに詰め込んだものです。
 ファームウェアとは、ROMに組み込まれて、内部のハードウェアと密接に結びついており、通常の使用や操作では原則として内容の変更を行わないソフトウェアです。マイクロコンピュータはファームウェアで設計されることが多いのです。

以前は、組込みシステムの特徴を実現するために、それぞれの用途に特化したファームウェアを主にしてマイクロコンピュータが作られていました。しかし近年では、チップの高速化が進んだこと、組込みシステム用OSが発展したことから、コストダウンや短期開発のために、標準化が進んでいます。

ASIC(application specific integrated circuit、特定用途向け集積回路)

IoCの分野では、機器の制御や信号処理等、多様な用途があり、それぞれ求める機能・性能が異なります。マイクロプロセッサは汎用を前提に設計されていますが、ASICは特定の用途に特化して設計、製造される集積回路の総称です。用途に合わせてカスタマイズされることから、カスタムチップ、カスタムICとも呼ばれます。

FPGA(Field Programmable Gate Array)

現場で書換え可能な集積回路です。論理ブロック(プログラム可能な論理コンポーネント。フリップフロップやメモリブロックなど)間を相互接続する再構成可能な配線階層で構成されています。それを、出荷後や稼働段階で、ハードウェア記述言語(Hardware Description Language、HDL)を用いて、用途に合致した論理回路を設計できます。それを再構成可能コンピューティングといいます。
最近では、FPGAにCPUや周辺回路を組み込んだ製品も登場してます。

組込みシステム用OS

単純な湯沸しポットならば、センサーで湯温を感知するして電源のON/OFFをするだけでよいので、あえてソフトウェアを重視する必要はありません。それに対して、近年の炊飯器や電子レンジでは多様な機能をもっているので、ソフトウェアが複雑になり、それを管理するOSが必要になってきます。
   このように、組込みシステムにおけるOS(ミドルウェアも)が重視されるようになりました。この分野では常時監視、即応性が求められるので、リアルタイムOSともいいます。

当初は、CPUやメモリなどハードウェアのコストを下げるために、独自のOSを開発していましたが、新製品開発競争の激化、機能の高度化、他機器との情報交換(例えば、情報家電のパソコンやスマートフォンでの操作、自動車のナビゲータや自動ブレーキなど)の必要性増大などにより、むしろ標準化や汎用化のほうが重要になってきました。
 WindowsやLinuxなどの市販OS(これらを組込みソフトウェア用にカスタマイズしたもの)を採用するほうが、
   ・経験技術者数が多い。
   ・豊富なソフトウェアがあり、再利用できる。
   ・他機器との通信・情報交換が容易にできる。
   ・開発環境が整備されている。
  などで有利です。
   現在では、組込み用OSとして、WindowsやLinuxが広く利用されています(日本では日本製のITRONが大きなシェアをもっていたのですが、最近は低下しています)。

エネルギーハーベスティング

harvestとは「収穫」の意味です。エネルギーハーベスティングとは環境発電技術であり、身の回りにある熱や振動などさまざまな形態の密度の低いエネルギーを「収穫」して電気エネルギーに変換する技術です。太陽熱発電や風力発電のような大掛かりなものではなく、太陽光で充電する腕時計や電卓など小規模、微弱電力を得ることを指します。

センサネットワークでは、微弱な電力での通信が注目されていますが、電力を自給自足できれば運用コストを節約することができます。特に遠隔地や作業のしにくい場所に設置されたセンサでの電力管理に役立ちます。
 しかし、エネルギーハーベスティングは電力供給が不安定です。それで二次電池と組み合わせた仕組みが必要になります。