プログラマブルデバイスとマイコンの協調制御による組込みシステム設計支援環境の構築

研究目的:プログラマブルデバイスやマイコンは、自動車をはじめとして組込みシステムに搭載されている基本的デバイスであるが、技術者の育成が社会的に要求されているにも関わらず技術的な知識を獲得する機会が少ない。そこで、本研究では学生が容易に組込みシステムに搭載されているデバイスの学習およびその応用システムを構築することができる実験環境を整備することを目的とした。研究実施計画:1.マイコン実習として、LEDを点灯させる、赤外線センサーを用いて距離を測定し液晶画面に結果を表示させる、ある条件でモータを正回転および逆回転させるような駆動回路を製作するなどのデモンストレーションを多数準備した。プログラマブルデバイスに関しては、LEDを点灯させる、加算回路を作りLEDに表示させる、電子掲示板で文字を表示させる、PCとの通信(有線、無線)を行うなど段階を踏んで複雑な回路設計までできるように実験プログラムを構築した。2.マイコンと周辺回路の設計および動作させるための統合環境の使用方法やプログラミング手法を習得するため、あるいは論理回路の設計手法、ハードウェア記述言語による設計法、FPGAで動作させるための基本操作など容易に理解させるための説明資料やマニュアルを作成した。3.プログラマブルデバイスとマイコンそれぞれの特徴を把握し、両者の利点を活かしつつ協調できる制御回路を検討しシステムを構築することができた。例として人間の動きに応じて自動追尾する車をアナログ入出力や数値演算が容易なマイコンおよび並列処理と論理演算が得意なプログラマブルデバイスとを融合しシステム設計・製作するとともに動作実験も行い、正常に動作することを確認した。研究成果:今回、最初にプログラマブルデバイスあるいはマイコンで制御することができるドットマトリクスLEDを用いた電子掲示板を製作し、どちらのデバイスがどのような特徴を有しているのかを明確に説明できることを目的にシステムを構成し、設計容易性、ハードウェア量、表示文字の変換など、いろいろな面での比較を行うことができた。これによりアナログ入出力や数値演算が得意なマイコン、並列計算が得意なFPGAの特徴を目で見える形で学習・理解することができるようなシステムを構成できた。また、上記したように超音波センサーを用いて人間を自動追尾するシステムを考え、マイコン単独での制御を行うとともに並列計算(並列制御)が可能な論理回路部分はFPGAに置き換え、其々のデバイスの特徴を活かして協調制御を可能とし、教育用のシステムとして活用できる見通しを得た。この協調制御システムでは、システムの効率化、処理の高速性などを学習するためにも極めて効果的であるとともに、様々な分野での応用ができると思われ通信システム、ロボットシステムあるいはハードウェアのアルゴリズム考案などの学習に役立つものと考えられる。さらに、異なったデバイスを用いて同じ制御を実行させることで過酷な環境で使用されるシステムの高信頼化ということも考えられ、協調制御システム以外にも発展できると考えている。

研究目的:プログラマブルデバイスやマイコンは、自動車をはじめとして組込みシステムに搭載されている基本的デバイスであるが、技術者の育成が社会的に要求されているにも関わらず技術的な知識を獲得する機会が少ない。そこで、本研究では学生が容易に組込みシステムに搭載されているデバイスの学習およびその応用システムを構築することができる実験環境を整備することを目的とした。研究実施計画:1.マイコン実習として、LEDを点灯させる、赤外線センサーを用いて距離を測定し液晶画面に結果を表示させる、ある条件でモータを正回転および逆回転させるような駆動回路を製作するなどのデモンストレーションを多数準備した。プログラマブルデバイスに関しては、LEDを点灯させる、加算回路を作りLEDに表示させる、電子掲示板で文字を表示させる、PCとの通信(有線、無線)を行うなど段階を踏んで複雑な回路設計までできるように実験プログラムを構築した。2.マイコンと周辺回路の設計および動作させるための統合環境の使用方法やプログラミング手法を習得するため、あるいは論理回路の設計手法、ハードウェア記述言語による設計法、FPGAで動作させるための基本操作など容易に理解させるための説明資料やマニュアルを作成した。3.プログラマブルデバイスとマイコンそれぞれの特徴を把握し、両者の利点を活かしつつ協調できる制御回路を検討しシステムを構築することができた。例として人間の動きに応じて自動追尾する車をアナログ入出力や数値演算が容易なマイコンおよび並列処理と論理演算が得意なプログラマブルデバイスとを融合しシステム設計・製作するとともに動作実験も行い、正常に動作することを確認した。研究成果:今回、最初にプログラマブルデバイスあるいはマイコンで制御することができるドットマトリクスLEDを用いた電子掲示板を製作し、どちらのデバイスがどのような特徴を有しているのかを明確に説明できることを目的にシステムを構成し、設計容易性、ハードウェア量、表示文字の変換など、いろいろな面での比較を行うことができた。これによりアナログ入出力や数値演算が得意なマイコン、並列計算が得意なFPGAの特徴を目で見える形で学習・理解することができるようなシステムを構成できた。また、上記したように超音波センサーを用いて人間を自動追尾するシステムを考え、マイコン単独での制御を行うとともに並列計算(並列制御)が可能な論理回路部分はFPGAに置き換え、其々のデバイスの特徴を活かして協調制御を可能とし、教育用のシステムとして活用できる見通しを得た。この協調制御システムでは、システムの効率化、処理の高速性などを学習するためにも極めて効果的であるとともに、様々な分野での応用ができると思われ通信システム、ロボットシステムあるいはハードウェアのアルゴリズム考案などの学習に役立つものと考えられる。さらに、異なったデバイスを用いて同じ制御を実行させることで過酷な環境で使用されるシステムの高信頼化ということも考えられ、協調制御システム以外にも発展できると考えている。