組み込みソフトウェアとは
組み込みソフトウェアとは、我々の身の回りに存在するパソコンや携帯電話、電子レンジ、冷蔵庫、カメラなどの電子機器に組み込まれたソフトウェアのことを指します。
組み込みソフトウェアの定義は諸説ありますが、一般的にはコンピューターに命令を行い、電子機器の制御などを行うためのプログラムのことです。
例えば、冷蔵庫に組み込まれているソフトウェアは、扉の開閉に伴う内部温度の制御や外部温度の変化に伴う温度制御などを行なっています。これらの指示を装置に対して行うことで、必要な動作を実現しているのが組み込みソフトウェアです。
近年はIoT（Internet of Things）の普及により、ますます組み込みソフトウェアの重要性が高まっています。
組み込みソフトウェアの使用用途
組み込みソフトウェアは前述した通り、我々の身の回りに存在する電子機器に組み込まれているソフトウェアです。しかし、組み込みソフトウェアは、ユーザーが使用する機器だけではなく、工業用設備の機器やロボットの一部などにおいても利用されています。
1. 家電製品
電子レンジ、冷蔵庫、洗濯機など、家電製品のほとんどに組み込みソフトウェアが搭載されています。
2. 自動車
エンジン制御、ABS、カーナビなど、自動車の様々な機能を制御しています。
3. スマートフォン
電話機能、カメラ機能、アプリの動作など、スマートフォンの基本的な機能を実現しています。
4. 産業機器
工場などで使われるロボットや生産ラインの制御システムなど。
組み込みソフトウェアの原理
組み込みソフトウェアは、私たちの身の回りのあらゆる電子機器に組み込まれ、その機器の機能を制御する重要な役割を果たしています。その役割は多岐にわたりますが、大きく以下の4つに分類できます。
1. 機器の制御
温度センサー、湿度センサー、加速度センサーなど、様々なセンサーから得られるデータを収集し、そのデータに基づいて機器を制御ししたり、モーター、ディスプレイ、LEDなど、機器の動作に必要な部品を制御します。例えば、エアコンでは温度センサーで室温を検知し、その情報に基づいてエアコンの運転を制御します。また、ボタン、タッチパネル、音声認識など、ユーザーとのインタフェースを構築し、ユーザーの操作に応じて機器を動作させます。
2. データ処理
アナログ信号をデジタル信号に変換したり、ノイズを除去したりするなど、信号処理や、デジタルカメラや監視カメラなどの画像データのほか、音声認識や音声合成など、音声に関するデータの処理を行います。
3. 通信
他の機器やネットワークと通信を行い、データをやり取りします。IoTデバイスでは、インターネットを経由して遠隔地から機器を制御したり、データを収集したりします。また、通信するためのルール (プロトコル) に従って、データの送受信を行います。
4. システム管理
機器のメモリを効率的に利用するための管理を行い、複数のタスクを並行して処理するための管理を行います。同時に異常が発生した場合に、適切な処理を行うための管理を行います。
組み込みソフトウェアの特徴
組み込みソフトウェアは、特定の機器の機能を実現するために、ハードウェアと密接に連携して動作するソフトウェアです。一方、一般的なソフトウェアは、汎用的なコンピュータ上で動作し、多様なタスクをこなすためのソフトウェアです。 それぞれのソフトウェアには、目的、動作環境、求められる性能など、異なる特徴があります。
- リアルタイム性: 外部の入力に対して、即座に反応し処理を行う必要があります。例えば、自動車のブレーキ制御では、わずかな遅延が事故につながる可能性があります。
- 信頼性: 長期間安定して動作することが求められます。一度故障すると、機器全体が動かなくなる可能性があります。
- 省電力性: バッテリーで動作する機器も多いので、消費電力を抑えることが重要です。