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TOPPERSプロジェクト紹介 OSC2016京都
- 1. OSC2016 京都 Arduinoから自動車/ロケットまで！ 高品質な組込み向けオープンソースを 開発するTOPPERSプロジェクトのご紹介 NPO法人 TOPPERSプロジェクト 安積 卓也、長谷川 涼、山本 拓朗（大阪大学） 仲川 真世 (立命館大学)、小川 清（名古屋市工業研究所） 谷 祐輔、森 智也、 高瀬 英希（京都大学） 1 TOPPERS公式マスコット 「とぱめ」 2016年7月30日
- 2. 大阪大学大学院基礎工学研究科 助教 TOPPERSプロジェクト 運営委員 安積 卓也(あづみ たくや) 2010 MINDSTORMS NXT用TOPPERS/ASP+TECSプラットフォームと教育コンテンツ ETロボコン認定プラットフォームのひとつhttps://www.toppers.jp/etrobo-asp.html 2015 mruby on ev3rt+tecs：http://www.toppers.jp/tecs.html#mruby_ev3rt 組込みソフトウェア・プラットフォームの研究・開発を行っています。 システムソフトウェア、モデルベース開発、自動運転等 TOPPERS/ASPカーネル（リアルタイムOS）の開発メンバ： https://www.toppers.jp/asp-kernel.html TOPPERSカーネル向けシミュレーション環境の開発メンバ： https://www.toppers.jp/sim.html TECS（TOPPERS Embedded Component System）の開発メンバ： https://www.toppers.jp/tecs.html 発表者紹介
- 3. 目次 3 1. 組込みシステムとは？ 2. TOPPERSプロジェクトとは？ 3. 主な開発成果物と適用事例 4. TOPPERS開発者会議と 活用アイディア・アプリケーション開 発コンテストのご案内 5. 展示ブース・デモのご紹介 6. まとめ：TOPPERS入会のススメ
- 5. 組込みシステムとは？ 5 • 各種の機器に組み込まれて，特定の機能を実現する ためにその制御を行うコンピュータシステム − 昔は，「機器に組み込む（Embedded）」＋ 「専用コンピュータ」→組込みシステム − 今は，「機器に組み込む」+「汎用コンピュータ」が増加 • アプリケーション特有の要求に対して特化して 設計されるため，必然的に多様な専用システムになる • 利用可能な資源が限られる − プロセッサ周波数，メモリ量，バス幅，．．． − 回路面積，製品サイズ，．．． − 信頼性，連続駆動時間，消費電力，．．． • 乱暴な定義をすれば， 「汎用システム以外のコンピュータシステム」
- 9. ２. TOPPERSプロジェクトとは？ 9 • TOPPERSプロジェクトのご紹介 • 狙いと重点テーマ • TOPPERS新世代カーネル仕様 • TOPPERSライセンス
- 10. TOPPERSプロジェクトとは? TOPPERS = Toyohashi OPen Platform for Embedded and Real-time Systems プロジェクトの活動内容 • ITRON仕様の技術開発成果を出発点としたプロジェクト • 組込システム構築の基盤となる各種の高品質なオープンソース ソフトウェアを開発するとともに，その利用技術を提供 組込システム分野において，Linuxのように広く使われる オープンソースOSの構築を目指す! プロジェクトの推進主体 • 産学官の団体と個人が参加する産学官民連携プロジェクト • 2003年9月にNPO法人として組織化 • 以前は，名古屋大学（2002年度までは豊橋技術科学大学）高田研究室を 中心とする任意団体として活動 10
- 11. TOPPERSプロジェクトの狙い 決定版のITRON仕様OSの開発 • ITRON仕様が抱える過剰な重複投資と 過剰な多様性の問題を解決（または軽減） 次世代のリアルタイムOS技術の開発 • 組込みシステムの要求に合致し，ITRONの良さを 継承する次世代のリアルタイムOS技術を開発 Linuxと類似のOSをもう１つ作っても意味がない! • オープンソースソフトウェア化により産学官の力を結集 組込みシステム開発技術と開発支援ツールの開発 • 高品質な組込みシステムの効率的な開発を支援 組込みシステム技術者の育成への貢献 • オープンソースソフトウェアを用いた教育コースや 教材を開発し，それを用いた教育の場を提供 ほぼ完了 11
- 12. 次世代のリアルタイムカーネル技術 ! 高信頼性・安全性・リアルタイム性を追求 • TOPPERS新世代カーネル（ITRON仕様からの発展） • 次世代車載システム向けRTOS（AUTOSAR仕様をベース） • 宇宙機向けソフトウェアプラットフォーム（SpaceWire OS） ソフトウェア部品化技術，セキュリティ向上技術 • TECS（TOPPERS組込みコンポーネントシステム） • SafeG（高信頼組込みシステム向けデュアルOSモニタ） 組込みシステム向けプラットフォームと開発支援ツール • 開発支援ツール（シミュレータ，可視化ツール） 技術者育成のための教材開発 • プラットフォーム技術者育成のための教材 • ETロボコン向けプラットフォームと教材の提供 12 重点的に取り組んでいるテーマ
- 15. 15 <ソフトウェアの名称> Copyright (C) <開発年> by <著作権者1> Copyright (C) <開発年> by <著作権者2> ... 上記著作権者は，以下の (1)〜(4) の条件を満たす場合に限り，本ソフトウェ ア（本ソフトウェアを改変したもの を含む．以下同じ）を使用・複製・改変・ 再配布（以下，利用と呼ぶ）することを無償で許諾する． (1)本ソフトウェアをソースコードの形で利用する場合には，上記の著作権 表示，この利用条件および下記の 無保証規定が，そのままの形でソース コード中に含まれていること． (2) 本ソフトウェアを，ライブラリ形式など，他のソフトウェア開発に使用 できる形で再配布する場合には，再配布 に伴うドキュメント（利用者マニュアルなど）に，上記の著作権表示，この利用条件および下記の無保証規 定を掲載すること． (3) 本ソフトウェアを，機器に組み込むなど，他のソフトウェア開発に使用 できない形で再配布する場合には， 次のいずれかの条件を満たすこと． (a) 再配布に伴うドキュメント（利用者マニュアルなど）に，上記の著作 権表示，この利用条件および下記の無 保証規定を掲載すること． (b) 再配布の形態を，別に定める方法によって，TOPPERSプロジェクトに報告すること． (4) 本ソフトウェアの利用により直接的または間接的に生じるいかなる損害からも，上記著作権者および TOPPERSプロジェクトを免責すること．また， 本ソフトウェアのユーザまたはエンドユーザからのいかなる理 由に基づ く請求からも，上記著作権者およびTOPPERSプロジェクトを免責すること． TOPPERSライセンスの文面
- 16. ３. 主な開発成果物と適用事例 • TOPPERS新世代カーネルと開発ロードマップ • TOPPERS/ECNL：家電機器向け通信ミドルウェア • TECS：組込み向けコンポーネントシステム • ETロボコン向け公式開発プラットフォーム • 次世代車載システム向けソフトウェアプラットフォーム • 宇宙ロケットへの適用事例 • ArduinoでもTOPPERS! 16
- 18. PM-A970 (エプソン) GT-541 (ブラザー工業) IPSiO GX e3300 (リコー) UA-101 (Roland) 945SH （シャープ） DO!KARAOKE （松下電器産業） 18 主な利用事例 (1/2) コンシューマ機器等への事例
- 19. キザシ (スズキ) ASTRO-H (JAXA) ＜開発中＞ マイクロプレート 分析装置 AP-X (協和メデックス) アーク溶接機 DP-350 (ダイヘン) NC装置 OSP-P200 (オークマ)H-IIB （JAXA) 産業機器等への事例 19 主な利用事例 (2/2)
- 21. 21 組込み向けコンポーネントシステム TECS（TOPPERS組込みコンポーネントシステム）とは？ • 各種のソフトウェアモジュールを部品化し， 必要な部品を組み合わせることによって大規模な 組込みソフトウェアを効率的に構築するための技術 • マルチコアプロセッサシステム/分散システムにおける 遠隔呼出し（RPC; Remote Procedure Call）にも対応 コンポーネント技術を用いる利点 • 大規模な組込みソフトウェアの見える化 •ソフトウェア構造の見える化により，システムの理解が 容易になり，ソフトウェアの体系的な再利用が促進 •部品間の呼び出しの見える化により，検証が容易に • ソフトウェア部品の流通性の向上 • 分散フレームワークによる分散システムの開発効率化 • 他言語連携のためのコードの自動生成
- 22. 22 TECSの適用イメージ① アプリケーション モジュール（１） アプリケーション モジュール（２） APIラッパ（オプション） TCP/IP プロトコル スタック （TINET, …） ファイル システム 各種 ドライバ カーネル （TOPPERS/ASP, ASP3, FMP, HRP2, ATK, …） その他の ミドルウェア （オープン／商品） プラットフォーム TECSコンポーネント API アプリケーションは、 既存と同様の実装（Ｃ言語） TECSをライブラリとして利用 プラットフォームへの適用 TOPPERS/ASP3からは標準採用
- 24. ETロボコン向け開発プラットフォーム •mruby on EV3RT+TECS • RubyプログラムでLEGOを操作 24 教育版EV3mruby プログラミングセット http://www.afrel.co.jp/archives/21493 mruby：組込みシステム向けにRuby軽量化したスクリプト言語 プログラマはプラットフォーム側（Ｃ言語）の知識がなくても利用可能 mrubyブリッジコード TCP/IP プロトコル スタック （TINET, …） ファイル システム 各種 ドライバ カーネル （TOPPERS/ASP, HRP2） その他の ミドルウェア （オープン／商品） プラットフォーム TECSコンポーネント アプリケーション mrubyプログラム アプリケーション mrubyプログラム
- 25. ev3way_sample.rb：黒色、白色の取得 # Calibration $black_value = color_calibration LCD.puts "black::#{$black_value}" $white_value = color_calibration LCD.puts "white::#{$white_value}" threshold = (($black_value + $white_value) / 2).round # wait start LCD.puts "Ready to start" def color_calibration(n=10) loop { break if $touch.pressed? RTOS.delay(10) } col = 0 n.times { col += $color.reflect} col = (col / n).round Speaker.tone(:a4, 200) RTOS.delay(500) col end カラーセンサn回取得し、 平均値を取得 ライントレースの 基準値を計算 タッチセンサが押されるまで待つ mrubyプログラムの例
- 26. 26 ETロボコン向け開発プラットフォーム ETロボコンとは？ • 組込みソフトウェアの設計・ 実装力を競うコンテスト • 組込み技術教育の機会を提供 TOPPERSプロジェクトの取り組み • 公式開発プラットフォーム TOPPERS/EV3RTの提供 http://dev.toppers.jp/trac_user/ev3 pf/wiki/WhatsEV3RT • ETロボコン向け活用セミナーの 実施と教材の公開
- 27. 日本における車載向けソフトウェア開発の課題 27 AUTOSAR仕様のソフトウェアプラットフォームは， 数社の欧州企業が独占的に提供しており， 近い将来海外ベンダに寡占される恐れがある 車載制御システム向けソフト ウェアプラットフォーム仕様として 国際的に導入が進む一方， 日本の対応は遅れている AUTOSAR仕様は 大規模・複雑であり， 曖昧な仕様，実装困難な 機能も含まれる この規模のソフトウェアを 単独で開発できる企業は少ない 解決しなくては… 日本の最重要産業の1つである自動車分野において 国産のOS／プラットフォームを維持・発展させることが重要 SO Application Software Application Layer Communication Services Runtime Environment(RTE) Communication Hardware Abstraction COM Drivers Other BSW Microcontroller 従来のソフトウェアレイヤ AUTOSAR による解決 Hardware
- 28. 28 AUTOSARプラットフォームへの取り組み AUTOSARとは？ • 欧州を中心に策定された車載向け 共通ソフトウェアプラットフォーム TOPPERSにおける取り組み • 名大NCESが中心となるコンソシアム共同研究で， AUTOSAR仕様をベースに，OSを始めとした各種ソフトウェアを開発し， ソースコードを一般公開 • AUTOSAR-Wiki：http://dev.toppers.jp/trac_user/ap/） 主な成果物 • TOPPERS/ATK1（Automotive Kernel Version 1） • TOPPERS/ATK2（Automotive Kernel Version 2） • TOPPERS/A-RTEGEN（Automotive Runtime Environment Generator） • TOPPERS/A-COMSTACK（Automotive COMSTACK） • TOPPERS/A-WDGSTACK（Automotive WDGSTACK） • TOPPERS/A-OSBENCH（Automotive Operating System Benchmark）
- 29. 29 成果物の適用例 • スズキ(株)：ボディ制御コントローラにTOPPERS/ATK1と TOPPERS CAN/LIN通信ミドルウェアを利用 • スズキ(株)の有志メンバ： ソーラーボートレース用ボートWHITE HAWK S号に TOPPERS/ATK1を利用 • 富士ソフト株式会社：AUTOSAR開発体験キットに TOPPERS/ATK2カーネルとTOPPERS/A-RTEGENを利用 • 日産自動車株式会社：シーマ、フーガ、スカイラインの ハイブリッド車のハイブリッド制御モジュールに TOPPERS/ATK1を利用 TOPPERS/ATK 適用事例 検索 ATK2 検索 AUTOSARプラットフォームへの取り組み
- 30. 宇宙分野での適用事例(1/2) 30 高信頼性RTOS • 宇宙機向けの高い信頼性を 備えたRTOS • JAXAのページから公開中 http://rtos.jaxa.jp/ 科学衛星 • SDS-4 • ASTRO-H 超小型衛星 • ほどよしSDK，ほどよし３・４号機 http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/nsat/ (JAXA提供) (JAXA提供)
- 31. 宇宙分野での適用事例(2/2) 31 H-II A/Bロケット ，イプシロンロケット • ロケットの誘導制御部分（誘導制御計算機など）に， TOPPERS/HRPが採用されています 図 H-IIAロケットのアビオニクス系構成 （ロケット用誘導制御計算機の変遷と展望 NEC技報 Vol.64 P127より）
- 33. TOPPERS/R2CA (TOPPERS RTE/RTOS Compatible with Arduino) • Arduinoハードウェア上でTOPPERS/ASPカーネルを実行 • 組込みソフトウェア開発のエントリからのステップアップ用 33 ArduinoでもTOPPERS! GR-PEACHで動作可 能なTOPPERS/ASP カーネルもブースで デモ稼働中！！
- 34. 簡単に試せるTOPPERS •シミュレータ：ボード不要 • QEMU • Window, Linux, Macに対応 •様々な教材（無料公開も多数） • TOPPERS教育教材 • https://www.toppers.jp/edu-begin.html • LEGO Mindstorms EV3 • http://dev.toppers.jp/trac_user/ev3pf/wiki/WhatsEV3RT • NEP:名古屋大学組込みシステム人材育成プログラム • https://www.nces.is.nagoya-u.ac.jp/NEP/ • 教材一部無料公開 34
- 35. ４. TOPPERS開発者会議と 活用アイディア･アプリケーション 開発コンテストのご案内 35 • TOPPERS開発者会議の概要とこれまでの開催風景 • 第16回TOPPERS開発者会議 • 第5回TOPPERS活用アイディア・ アプリケーション開発コンテスト
- 36. TOPPERS開発者会議の概要 TOPPERS開発者会議とは？ • TOPPERSの開発成果物の開発者、利用者が集まり、合宿形式 で集中的に議論、開発する会議 • ２００５年から年１回程度のペースで開催 • ２０１５年から2泊3日としてハッカソンの時間を増加！ 主な目的 •TOPPERS新世代カーネル統合仕様の検討やレビュー •開発成果物の仕様、実装に関する、開発者間の意見交換 •開発テーマ、ロードマップなどプロジェクトの方向性の検討 •開発者と利用者との交流 企画・運営 •TOPPERSプロジェクト開発者会議実行委員会 • 2011年4月に組織化 • 実行委員は10名（2016年6月現在）+ OSCサポータ • ミーティングを毎月開催（ネット会議での参加可） 36
- 42. 42 第6回TOPPERS活用アイデア・アプリケーション開発コンテスト開催決定！ TOPPERS開発成果物を利用した 楽しい・独創的なアプリケーション 実用的なアプリケーション わかりやすいサンプルアプリケーション を募集します アプリケーション部門 活用アイデア部門 TOPPERS開発成果物の利用者にとって 有益な活用アイデアや TOPPERSプロジェクトを より良くするアイデア を募集します 応募資格：国内に在住している方なら誰でも ※TOPPERSプロジェクトの会員でない方もご応募頂けます 応募期間：2016年6月3日（金） ～ 2016年8月31日（水） 表彰：＜活用アイデア部門＞ 金賞 銀賞 銅賞 各1万円！ ＜アプリケーション部門＞ フリークラス： 金賞 5万円！！ 銀賞 3万円！！ 銅賞 １万円！ がじぇるねIoTクラス： 金賞 銀賞 銅賞 各1万円！ R2CAクラス： 金賞 銀賞 銅賞 各1万円！ 募集要項、応募規約、FAQ 、技術講習会の案内等は以下のページで公開していきます！ http://www.toppers.jp/contest.html CQ出版賞も ご用意して おります GR-PEACH+TOPPERS/ASPカーネル+mbed ライブラリを使って、アプリケーションを開発！ 技術講習会の開催＆GR-PEACHを 無償提供します！※提供数には限りがあります がじぇるねIoTクラス Arduino M0 Pro+ TOPPERS/ASPカーネル を使って、アプリケーションを開発！ 技術講習会の開催&機材無料貸し出しあり！ ※貸し出し数には限りがあります ボード、 OSなどの選択は自由 R2CAクラス フリークラス 新設 新設 3クラス制に なりました アプリケーション部門は お好きなクラスに応募可能！ 学生や組込み 初心者からベテラン エンジニアまで、 幅広い応募をお待ち しています！
- 43. 43 活用アイデア部門： 金賞 Ruby版 TOPPERSコンフィギュレータ 富士ソフト株式会社（代表：鴫原 一人） TOPPERS活用アイデア・アプリケーション開発コンテスト 主催：NPO法人TOPPERSプロジェクト 協賛：CQ出版 ウェブサイト：http://www.toppers.jp/ Facebookページ：http://www.facebook.com/toppersproject 第5回受賞作品 アプリケーション開発部門： 金賞 TK2 RCカー（Nios2版） 本田 晋也（名古屋大学） ベース基盤 マイコン基盤 Bluetooth モジュールCANで通信 UARTで通信 TOPPERS/ATK2の 研究・開発 プラットフォーム！ 現在TOPPERS カーネルで使用されているTOPPERS 新世代カーネ ル用コンフィギュレータは、新規マイコンへのポーティングの際、独自 言語であるマクロプロセッサ用言語(tf)を使用しなければならない 課題 ・Ruby でコンフィギュレータを開発し、tf もRuby で実装可能とするこ とで、これらの問題を解決できないか？ アイデア ・安価なRCカーと評価ボードを組み合わせることにより， 10万円以下の教育・研究プラットフォームを開発！ ・必要機材や，ソフトウェア・ハードウェアイメージを公開！ アプリケーション開発部門：銀賞 ネットワークカメラ サーバ＆クライアント システム 松浦光洋（個人） アプリケーション開発部門：銅賞 シュリンク版TOPPERS/SSP とそれを利用したタミヤラジコン改造RaspberryPiスマホリモコンカー 高橋和浩（アライブビジョンソフトウェア（株）） 活用アイデア部門：銀賞 Ruby 版 AUTOSAR 向けジェネレータ 富士ソフト株式会社（代表：鴫原一人） 活用アイデア部門；銅賞 組込みシステム中級者向け教材の開発 吉村斎 代表代理：山本椋太（苫小牧高専組込みシステムグループ） 活用アイデア部門：学生賞 SWORDS プラットフォームのTOPPERS 対応 畑山拓也（京都大学 高木研究室） 開発したアプリケーション 比較的安価なTOPPERS/ATK2の研究・教育プラットフォームを 作りたい 課題
- 44. ５. 展示ブース・デモのご紹介 44 • ECHONET LiteミドルウェアのTOPPERS/ECNL
- 45. 45 展示風景
- 47. 47 GR-PEACH
- 50. 総会 TOPPERSプロジェクトの組織と会員 運営委員会理事会 監事 事務局 教育WG カンファレンス実行委員会 中国普及WG 展示会運営委員会 TECS WG 英語化WG 必要なWGを機動的に設置 会長，副会長，理事 運営委員（21名） 事務局長 開発者会議実行委員会 韓国普及WG ▶ 団体正会員：93 （企業：92，その他：1） ▶ 個人正会員：8 ▶ 準会員（個人）：55 ▶ 特別会員：35 （団体：21，個人：14） 合計会員数：191 （2016年7月30日時点） 50
- 51. 成果物利用とプロジェクト参加のお誘い • 開発成果物はウェブサイトから自由にダウンロード できますので，ぜひご利用ください • プロジェクトの活動に参加したい方/活動を支援して 頂ける方は，ぜひプロジェクトにご入会ください TOPPERSプロジェクトは，組込みシステム開発に有用な 高品質なオープンソースソフトウェアと教材を開発し， 組込みシステム開発に新しい標準を提案しています http://www.toppers.jp/ インダストリアルコントロールの新しいスタンダードへ … High Quality Open Source 51
- 52. まとめ 組込みシステム向けのオープンソース • 「機器に組み込まれる」＋「専用」だけでなく， 「機器に組み込まれる」＋「汎用」が増加 TOPPERSプロジェクト • 組込みシステムを対象としたソフトウェアプラットフォームを開発 • RTOS，ミドルウェア（通信，USBスタック，ファイルシステム等）， 開発環境，教材等をオープンソースとして公開 展示しているデモ 是非、ブースに遊びに来てください！ 52
- 53. TOPPERSプロジェクト: Facebookページ 53 TOPPERS最新情 報・関連行事内 容・写真掲載 TOPPERS Facebookページ 利用者からの 情報掲載 2011年5月運用開始 2016年7月 現在「いいね！567件」 ぜひ「いいね！」を押してください！ http://facebook.com/toppersproject