目第 1 分冊

次学習のねらい ............................................................................ 1

第 1 週 組込みシステム ............................................................................ 3
1.1 組込みシステムとは ..................................................................................... 4

1.2

1.1.1

組込みシステムを知ろう ...........................................................................................41.1.2

組込みシステムの要件 ...............................................................................................6

1.1.3

組込みシステムの例 ..................................................................................................61.1.4

組込みシステムの要素技術 ........................................................................................81.1.5

組込みシステムの役割 ...............................................................................................9組込み機器の現状と将来は......................................................................... 131.2.11.31.4

組込みシステム産業 ............................................................................................... 13組込みシステム産業の歴史と課題 .............................................................. 16
1.3.1

組込みシステム産業の歴史 ..................................................................................... 16

1.3.2

組込みシステム産業の課題 ..................................................................................... 18

1.3.3

組込みシステムに求められる課題 .......................................................................... 18

組込みシステムの特徴を知ろう.................................................................. 201.4.1

組込みシステムの特徴 ............................................................................................ 20

1.4.2

組込みシステムのハードウェアの特徴 ................................................................... 21『まとめと練習問題』................................................................................. 24
第 2 週 組込みシステムの基礎.................................................................. 27
2.1 組込みシステムのハードウェアを知ろう ................................................... 28

2.22.3

2.1.1

ハードウェアの基本構成 ........................................................................................ 28

2.1.2

組込みシステムの入出力ハードウェア ................................................................... 29

2.1.3

組込みシステムのハードウェア基本構成................................................................ 30

2.1.4パソコンのハードウェア構成との違い ................................................................... 31

組込みシステムのソフトウェアを知ろう ................................................... 32
2.2.1

組込みシステムに欠かせないソフトウェア技術 ..................................................... 322.2.2

プログラムができあがるまで ................................................................................. 33

2.2.3

組込みソフトウェアの構成 ..................................................................................... 352.2.4

組込みソフトウェアの種類 ..................................................................................... 36

ソフトウェアの基礎を知ろう ..................................................................... 37
2.3.1

組込みシステムで使われる OS とは ....................................................................... 37

2.3.2

システム資源とは ................................................................................................... 38

2.3.3

組込みシステム OS が持つ役割 .............................................................................. 40〜i〜2.3.4OS の構造 .............................................................................................................. 45

2.3.5

リアルタイムシステム ............................................................................................ 45

2.3.6

組込みシステムで使われる OS ............................................................................... 47

2.3.7

RTOS とは ............................................................................................................. 48

2.3.8

アプリケーションソフトウェア .............................................................................. 49

2.3.9

アプリケーションソフトウェアとタスク管理......................................................... 49『まとめと練習問題』................................................................................. 51
第 3 週 要素技術の基礎知識（1）.............................................................. 53
3.1 電気・電子の基礎を知ろう......................................................................... 54

3.23.33.1.1

電流と電圧 ............................................................................................................. 553.1.2直流と交流 ............................................................................................................. 60

半導体の基礎を知ろう ................................................................................ 62
3.2.1

ダイオード ............................................................................................................. 64

3.2.2

トランジスタ .......................................................................................................... 65

3.2.3

FET とは ................................................................................................................ 66

3.2.4

IC とは.................................................................................................................... 67

ロジック回路の基礎を知ろう ..................................................................... 71
3.3.1

情報の表現 ............................................................................................................. 71

3.3.2

基数と数の表現 ...................................................................................................... 72『まとめと練習問題』................................................................................. 78
第 4 週 要素技術の基礎知識（2）.............................................................. 81
4.1 ロジック回路 .............................................................................................. 82
4.2 アセンブリ言語の基礎を知ろう.................................................................. 86
4.2.1

算術演算命令 .......................................................................................................... 88

4.2.2

論理演算命令 .......................................................................................................... 89

4.2.3

転送命令 ................................................................................................................. 89

4.2.4

分岐命令 ................................................................................................................. 90

4.2.5

シフト演算命令 ...................................................................................................... 91

4.2.6

制御命令 ................................................................................................................. 91『まとめと練習問題』................................................................................. 93
付 録................................................................................................... 94
STEP UP .............................................................................................. 95
参考文献................................................................................................ 96
練習問題の解答 ....................................................................................... 97
索 引................................................................................................... 99〜 ii 〜

第1週

組込みシステム【学習のポイント】「組込みシステム」を学習するに当たり，まず，パソコンと「組込みシステム」の違いを理解します，その上で組込みシステムの要素技術を理解し，どのような構成になっているかイメージをつかんでください。
また，ハードウェアとソフトウェアの役割を明確にし，組込みシステムの特徴をしっかりと理解することが必要です。

〜3〜

第 1 分冊

1.1.2

ハードウェアとソフトウェアの役割

組込みシステムの要件

それでは，「組込みシステム」としての要件をあげてみましょう。
（1）専用に特化していること
使用目的が限定されることでハードウェアや OS などは，限られた機能のみを備えていればよく，汎用系のシステムに比べてシステムが簡素化されます。
（2）価格に制約があること「組込みシステム」には単品，大量生産，試作ものなど，さまざまな種類があります
が，一般消費者向けの製品となると，安価でなければなりません。そのためのコスト管理は重要な項目です。
要求項目を満たし，かつ安い製品が要求されるため，人件費や部品コストを少しでも下げることにより，全体では大きなコストダウンにつながります。
しかし，ユーザの要求は年々高まり，低消費電力化，小型・軽量化，環境対策（使用温度・EMC 対策）などが開発者の技術に委ねられています。
（3）高信頼性が要求されること当然ですが，機器の制御においては，高い信頼性が要求されます。場合によっては人命にかかわる事態も想定しなければなりません。
大量生産の場合は深刻で，出荷後に不具合が発生した場合の回収（これを「リコール」と呼んでいます）や部品の交換・修理など，膨大なコストがかかる場合もありますし，信頼も失われてしまうことにもなるのです。
（4）リアルタイム性が要求されること「組込みシステム」においては，時間的制約を満たすことが多く，これを「リアルタイム性」と呼んでいます。

1.1.3

組込みシステムの例

身近にあるもので「組込みシステム」を見てみましょう。よく引き合いに出されるのが携帯電話ですが，実はこれだけではありません。
・家電機器では炊飯器，電子レンジ，冷蔵庫，洗濯機，エアコン。
・情報家電ではテレビ，ビデオ，リモコン，デジタルカメラ。
・通信端末では携帯電話，銀行の ATM やコンビニの端末機，電話機。
・運輸機器では自動車，鉄道，航空機，船舶。
〜6〜

組込みシステム

第1週

・工業機械では工作機械，ロボット。
・宇宙機器では人工衛星，ロケット，惑星探査機。
そのほか，「医療機器」や「計測機器」，「設備機器」……挙げればキリがないくらいです。
表 1.1
利用分野
家電製品
AV 機器
娯楽
情報機器
通信端末
ネットワーク機器

組込みシステムの利用分野

主な組込みシステム製品（機器）
炊飯器
冷蔵庫
洗濯機

電子レンジ

テレビ
DVD
ゲーム機

デジタルカメラ
ステレオ
電子楽器

カラオケ

パチンコ

電子辞書

PDA

電子手帳
携帯電話
デジタル無線機
電話交換機

電話機
タクシー無線
ルータ

自動車

船舶

運輸

工業設備

家庭

利用環境
連続稼動に対する家庭
家庭
携帯利用
携帯利用，鉄道車両

プラント制御
ロボット

工作機械
ポンプ設備

操作性と高品質
操作性と高品質，拡張性
操作性，小型・軽量化
小型・軽量化，車載など
デザイン性
専用の設置設備 連続稼動性
耐久性，耐震・耐熱，屋外，悪環境

航空機

耐久性と高品質

連続稼動性，高信
頼性

悪環境耐久性，耐震・耐熱，連続稼動性

また，「組込みシステム」に使われているマイコンのビット数と主な用途は以下のようになります。
ビット数
4 ビット

小型の家電機器

主な用途

8 ビット
16・32 ビット

バッテリ駆動携帯機器
民生機器（テレビ，オーディオ機器，電話機）
OA 機器（プリンタ，FAX）
高性能民生機器（テレビ，DVD プレーヤなど）
携帯機器（携帯情報端末，カーナビゲーション，デジタルカメラ，64 ビット

PDA など）ゲーム機器・デジタル情報家電・レーザプリンタなど「組込みシステム」としての共通な基盤は「コンピュータ」であり，「コンピュータ」を組み込むことでハードウェアの負担を軽減でき，ソフトに重点をおくことができるのです。

〜7〜