044-328-9098
JP CN EN

組込み開発:IoTにおける組込み技術の応用

以下の記事はETCウェブサイトのブログの翻訳です。

IT 技術の急速な発展に伴い、インターネットはIoT時代に突入しました。 インターネット上に存在する多数のデバイスが主にユニバーサルコンピュータ (メインフレーム小型機、パソコンなど)の形 に基づいている場合、「モノのインターネット」の目的は、すべての項目がユニバーサルコンピュータの形ではない限り、コンピュータの知能を持っているとともに、これらの 「スマート」の項目をネットワークに接続するというわけです。そのために、組込み技術のサポートが必要になります。 組込み技術は、コンピューター技術のアプリケーションの一種として、主にコンピュータシステムの特定のアプリケーション特性のために専用のコンピューターシステム(即ち、組込みシステム)を設計します。 組込みシステムでは、アプリケーションを中心とし、コンピュータ技術に基づき、ハードとソフトウェアがテーラーメイドでき、そして機能、信頼性、コスト、ボリューム、消費電力に厳しい要件を持っている専用コンピューターに適用されます。 組込みシステムは、多くの場合、知覚されることなく、より大きな物理デバイスに埋め込まれます。携帯電話、PDA、さらには空調、電子レンジ、冷蔵庫内部の制御コンポーネント等は組み込みシステムに属し、例えば、インターネットに接続されたデバイス上に組込みコンピュータシステムがありますが、通常にこれらのコンピュータシステムの存在に気づいていない可能性があります。

組込み技術とユニバーサルコンピュータ技術は異なっています。PCが頻繁に人々と対話するために使用され、人によって与えられた指示に従って動作することをよく知っている,が、組込みシステムは、一般的に、独自の "知覚" に応じて自律的にイベントを処理するため、タイミング、信頼性により高い要件を持っています。一般的に、組込みシステムは特異性、カプセル化、リアルタイム、信頼性といった特徴を備える必要があります。 特異性とは、様々なタスクが実行できるユニバーサルコンピュータシステムとは異なり、特定のタスクを達成するために、特定のデバイスのための組込みシステムの使用を指します。カプセル化とは、組込みシステムがターゲットシステム内で一般に非表示になっており、オペレータによって認識されないことを意味します。リアルタイムとは、組込みシステムが、外部の実際のイベントの頻度と比較して、予測可能な時間内にイベントまたはユーザーの介入に応答できることを意味します。 信頼性とは、組込みシステムがシステムまたはデバイスに隠されたことを指し、一旦作業を行うと、オペレータの監視とメンテナンスがなくても長くなることがあるので、確実に動作することが求められます。

ユニバーサルコンピュータシステムと同様に、組込みシステムにはハードウェアとソフトウェアの両方が含まれます。 ハードウェアには、プロセッサ/マイクロプロセッサ (通常は CPUを呼び出すもの)、メモリと周辺機器、入出力ポート、グラフィックスコントローラなどが含まれます。 ソフトウェアセクションには、オペレーティングシステムソフトウェアと、特定の種類の問題の解決のためのアプリケーションソフトウェアが含まれており、たまに設計者がこの二つを組み合わせる場合、アプリケーションがシステムの動作と振舞いを制御するとともに、オペレーティングシステムがアプリケーションプログラミングとハードウェアの相互作用を制御することになります。


組込みコンピュータシステムは、ユニバーサルコンピューターシステムと比較し、以下の特徴を持っています。

1、組込みシステムは、通常、特定のアプリケーションに指向され、組み込みのCPUとユニバーサルなタイプの最大の違いは、組込みCPUがほとんど、特定のユーザーグループのために設計されたシステムで作業し、それは通常、低消費電力、小型、高集積等の特性を持ち、共通CPU内にボードによって行われるタスクをチップ内部に統合することができ、そのため組込みシステム設計の小型化が助長され、モビリティが大幅に強化され、ネットワークとつながれることがまたますます密接になります。

2、組込みシステムは、高度なコンピュータ技術、半導体技術と電子技術を、様々な産業の特定のアプリケーションと組み合わせる産物です。これは、技術集中、資金集中、高度分散化、継続革新的な知識統合システムでなければならないと判断します。

3、組込みシステムのハードウェアとソフトウェアは、高効率的に設計され、テーラーメイドで不要冗長機能を削除する必要があり、特定のアプリケーションでより競争力のあるように、より小さいウエハ領域で同じ性能を達成するために努力します。

4、組込みシステムは、具体的なアプリケーションと組み合わせられ、そのアップグレードが特定の製品とも同期にされているので、組み込みシステム製品は、一度市場に参入すると、長いライフサイクルを持つようになります。

5、実装速度とシステムの信頼性を向上させるために、組込みシステムのソフトウェアは、一般的にディスク等のキャリアではなく、メモリチップまたはMCU自体に硬化されます。

6、組込みシステム自体が独自に開発する能力を持っていないため、設計終了でも、ユーザーが通常、プログラムの機能を変更することができなく、ユニバーサルコンピューターシステムに接続する開発ツールと環境を持っている必要があります。

情報化時代とデジタル時代において、組込み製品に優れた開発機会を獲得し、組込み市場に明るい展望を提示し、同時に組込みメーカーに新たな挑戦を進めるということから、組込みシステムの将来の開発動向を見ることができます。

1、組込み開発がシステム工学であるので、組込みシステムの製造業者が組込みハードとソフトウェアシステム自体を提供するだけでなく、ユーザーが最低コストと最短時間で自分の製品を起動することを容易にするために、強力なハードウェア開発ツールとソフトウェアパッケージのサポートを提供する必要があります。

現時点では、多くのメーカーが完全にこの点を考慮していって、システムを主とする同時に開発環境のプロモーションにも焦点を当てます。例えば、arm7 arm9 チップを推進するサムスンはまた、開発ボードとボードレベルのサポートパッケージ(BSP)も提供しますが、WindowCEはシステムのプロモーションにフォーカスするとともに、Embedded VC++を開発ツールと提供します。Vxworksの Tonado 開発環境、Deltaos のLimdaコンパイラ環境などはこの傾向の典型的な例です。もちろん、これも市場競争の結果です。

2、ネットワーキング、情報化の需要は、インターネット技術の成熟と帯域幅の増加とともに高くなるため、電話、携帯電話、冷蔵庫、電子レンジなどの以前の単一機能の機器により複雑な構造を持たせるようになりました。

これは、チップ設計のメーカーは、チップ上のより多くの機能を統合する必要があり、設計者はアプリケーションの機能のアップグレードを満たすために、32ビット、64ビットチップや信号プロセッサDSPなどのより強力な組み込みプロセッサにより処理能力を高める片手に、USB などの機能的なインターフェイスを増やすと同時に、CANバスのようなバスタイプを拡張し、マルチメディア、グラフィックスの処理を強化し、徐々にオンチップシステム (即ちSOC、必要な機能をチップに集中している)の概念を実装します。 ソフトウェアには、リアルタイムのマルチタスクプログラミングとクロス開発ツールを使用して、機能の複雑さを制御し、アプリケーションの設計を簡素化し、ソフトウェアの品質を確保し、開発サイクルを短縮します。

3、ネットワークの相互接続は避けられない傾向になっています。

ネットワークの相互接続の要件に適応するためには、今後の組込み機器に対して、ハードウェア側では、様々なネットワーク通信インタフェースを提供する必要があります。 従来の SCMは少数のネットワークをサポートする一方で、新世代の組み込みプロセッサは、ネットワークインターフェイスを埋め込み始めていって、 TCP/IPプロトコルをサポートするだけでなく、IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth、RFIDまたは IrDA 通信インタフェース中の1つまたは複数を支持する種類もあり、同時に対応する通信ネットワークプロトコルソフトウェアと物理層ドライバソフトウェアを提供する必要もあります。 ソフトウェア側では、システムカーネルは、ネットワークモジュールをサポートし、いつでもどこでも、さまざまな方法で組込みデバイスがインターネットにリンクされるのを実現します。

4、システムコア、アルゴリズムを簡略化し、消費電力とハード·ソフトウェアのコストを削減します。

将来の組み込み製品は、ハードウェアとソフトウェアを緊密に統合した機器であり、消費電力とコストを削減するために、設計者は、システムのコアを最小限に抑え、システムの機能に密接に関連するハードウェアとソフトウェアを保留し、最も低いリソースの使用で最も適切な機能を達成します。これに対応して、設計者は最高のプログラミングモデルを選択し、継続的にアルゴリズムを改善し、コンパイラのパフォーマンスを最適化する必要があります。ソフトウェア担当者に対してハードウェア知識を習得し、Java、Web、Wap などの高度な組込みソフトウェア技術を開発する必要があります。

5. 友好的なマルチメディアのマンマシンインターフェイスを提供します。

組込みデバイスがユーザーと緊密に対話できるようにするための最も重要な要素は、非常にユーザーフレンドリなインターフェイスを提供することです。 グラフィカルインターフェイスと柔軟な制御モードでは、組み込みデバイスが使い慣れた古い友人のように感じられます。 この要件により、組込みソフトウェア設計者は、グラフィカルインタフェース、音声インタラクション、およびその他のマルチメディア技術において入念な努力を行う必要があります。 手書き入力、ボイスダイヤル、電子メールの送受信、およびカラーグラフィックスとイメージはすべて、ユーザーが自由に感じられるようにします。


要するに、知覚、計算、通信など、インターネットの特定の側面に他の技術が関連している場合、組込み技術は、インターネットにおける様々な項目の現れであり、これらの組込みデバイスでは、他の技術を統合して使用します。

回到顶部