パシフィックテクノス株式会社

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組込みシステム (1/2)

 当社は、昭和40年代から電子計量技術に取り組み、「計量操作盤」を設計/製作してきました。計量制御は、各々の原料が投入される複数の秤に対して、指定された量の原材料を確実に投入するためのリアルタイム制御技術と、秤ごとの画面表示や演算、警告などを行うマルチタスクが要求されます。

つまり、精度の高い計量(アナログ技術)とリアルタイム性能、マルチタスク処理が計量操作盤の性能に直結することになります。
さらに、システムに必要な処理や機能を適所に分散させる事で、CPU能力を最小限に抑えながら性能を確保するなどの構成も重要な要素となります。
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これは、当社計量操作盤の基本構成(例)です。
 
制御部(ITRON)を中心に、司令部(Windows XP Embedded)、専用マイコン搭載のキーボード部と、当社の生コントータル管理システムに繋がるネットワークにより構成されています。

1. マルチタスクと排他制御

 マルチタスクとは、CPUの処理時間を短い単位に分割し、複数のタスクに順番にその時間を割当てる事によって、同時に複数のタスクの処理を実行させるためのOSの機能を言います。

また、タスクの切替え(ディスパッチ)の権限をOSに持たせた、OSがCPUを管理して、強制的にタスクを切替える方式を「プリエンティブマルチタスク」と言います。

WindowsやMAC OS、UNIX系OSなどが、プリエンティブマルチタスクのOSです。
マルチタスクOSでは、OSそのものも含めてプログラムが複数動作し、イベント(割込み)の重要度、緊急度によってタスクに優先順位を持たせるのが一般的です。

そのため、それぞれのタスクがリエントラントでない関数やデータファイルなどの共有資源に同時にアクセスすることがあり、これらの共有資源を壊してしまう事が起こります。この共有資源の部分(クリティカルセクション)を同時に利用できないように管理することを排他制御と言います。


組込みシステムでは、優先度割込み処理において、優先度が逆転してしまう現象が起こります。優先度の低いタスクが共有資源を占有していると優先度の高いタスクの処理時間が保証されなくなり、システム全体に大きな影響を及ぼす事になります。

この優先度逆転が引き起こした典型的な例として、火星探査船の話などが有名です。

優先度が逆転する現象を考慮するテクニックを用いて動的にタスクのスケジューリングを行うことで、決められた時間に処理を完結する(タスクの価値をマイナスにしない)ことが組込みシステムに求められるもっとも基本的でもっとも重要な事柄となります。

さらに当社では、単純に全ての機能をタスクに分散するだけではなく、機能別にモジュール化するなどして、コンパクトで自由度の高いシステムを実現させる為の分類と選択も重要であると考えています。

2. 組込みシステム(Embedded Systems)

 組込みシステム「Embedded Systems」とは、いろいろな機器に組込まれて、その制御を行うコンピュータシステムのことを言います。

「携帯電話」「ビデオレコーダー」「エアコンのリモコン」「炊飯器」など、パソコンに比べてあまり目立たない組込みシステムですが、普段からよく使っている機器の多くに組み込まれています。

パソコンのような汎用的な目的のための機器に比べて、組込みシステムは特定の目的のために設計されているので、専用のボタンを用意したりや専用の表示をすることができて使いやすくてわかりやすくなっています。

近年、機器の高性能化やきめ細かい制御のために、急激に組み込みシステムの台数が増えてきていますが、技術者の数がなかなか増えないと言う技術者不足も現状の課題としてあります。

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