組込みシステムとは コンピュータ制御システム?

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1 組込みシステムとは コンピュータ制御システム?
　「専用の機能を実行するために、ハードウェアとソフトウェアが緊密に統合されたコンピュータシステム」 e.g. クーラー　＋　センサ、マイコン　＝　エアコン 　　　電子交換機　＝　通話路　＋　スイッチ 　 ＋　専用プロセッサ　＋　専用ソフトウェア きめ細かな制御が可能（快適かつ経済的） ソフトウェアの書換えにより機能の追加改訂が可能

2 リアルタイムオペレーティングシステム入門
ＲＴＯＳの特性と機能要件 標準的なカーネルの構成 タスク操作 割込み処理 タイマ タスク間通信のためのカーネルオブジェクト アプリケーション初期化タスク

3 平成30年春応用情報試験問題（1/6）

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9 リアルタイムオペレーティングシステム入門
ＲＴＯＳの特性と機能要件 標準的なカーネルの構成 タスク操作 割込み処理 タイマ タスク間通信のためのカーネルオブジェクト アプリケーション初期化タスク

10 RTOSに求められる特性 信頼性 人間の介入無しに長時間動作 e.g. 年あたりのダウン時間1分以内 予測可能性
システムコールの応答時間のばらつきの最小化 コンパクトさ メモリ消費量の正確な把握が可能なことを利用 スケーラビリティ スケールアップ/ダウン容易性 e.g. 携帯電話の基地局と端末で共通のOS

11 RTOSの機能要件 マルチタスク 資源管理 ハードウェアの抽象化 ＡＰＩの提供 より高い信頼性 高速性 ゆるいメモリ要件
多様なスケジューリングポリシーのサポート ROM/RAMブート、ディスクレスのサポート 異なるハードウェアプラットフォームへの移植性

12 6.1 標準的なカーネルの構成 スケジューラ カーネルオブジェクト
タスク、割込みハンドラ、タイマ、各種セマフォ、メッセージキュー、パイプ etc. サービス 時間管理、割込み処理、メモリ管理、デバイス管理

13 6.2 タスク操作API 実行可能状態 （再）起動 再開 （遅延終了） 生成 中断 遅延 待ち状態 実行状態 中断 遅延 優先度の取得と設定
プリエンプション（横取り）のロックとアンロック 削除

14 6.3 例外処理 例外： プロセッサの通常の処理を中断させ、特権状態で特別な命令（ハンドラ）を実行させるイベント タスクのスタックを利用して実行 完了後スケジューラを呼出す 同期例外：　 プログラムの実行により発生するもの 非同期例外（外部割込み）： ハードウェア信号として通知される外部イベント

15 割込み処理の諸概念 割込みハンドラ：割込み要因ごとに定義された 処理ルーチン
割込みハンドラ：割込み要因ごとに定義された 処理ルーチン デフォルトハンドラ：汎用的な割込みハンドラ （最低限の処理のみ実行） 割込みベクタ：割込み要因を表す番号 割込みベクタテーブル：割込み要因ごとにその ハンドラの先頭アドレスを格納した表 割込み禁止・マスク：割込みの無効化

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17 割込み禁止と許可 割込み禁止・許可： すべての割り込みの無効化とその取消し 割込みマスク・マスク解除： 特定の割り込みを無効化とその取消し
　すべての割り込みの無効化とその取消し 割込みマスク・マスク解除： 　特定の割り込みを無効化とその取消し 割込みネストの抑制 特定のハードウェア信号の無効化 移動検出割込みの禁止・許可

18 割込みハンドラの処理 ・極力、短い処理とする（「通知」のみ） ・割り込みのネストを抑制するため必要に応じて割込み禁止・マスク

19 プログラマブル割込みコントローラの利用 コアＣＰＵ ＰＩＣ 最高優先度 エアバック センサ 高優先度 割込み ブレーキセンサ 中優先度
ハンドラ 割込み ベクタ 燃料レベル センサ 低優先度 実時間 クロック

20 6.4 タイマとタイマサービス タイマとは ・時間計測機能を持ち ・指定された時間が経過したとき、そのことを通知する
　ためのインタフェースを提供 e.g. キッチンタイマー 組込みリアルタイムシステムでは ・ポーリング ・タイムアウト監視 ・sleep などの目的で利用される

21 PITとRTC コアＣＰＵ Programmable Interval Timer 割込み PIT 割込み ハンドラ システム クロック
ダウン カウンタ PIT 割込み ハンドラ システム クロック （分周） 周期設定 Real-Time Clock 割込み 時刻 保持 RTC 割込み ハンドラ 独自 クロック 動作 通知時刻設定

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23 ハードタイマとソフトタイマ ＰＩＴ コアＣＰＵ （RTC） ソフトタイマ テーブル 割込み タイマ 割込み ハンドラ 周期設定 起動
カウント ダウン カウント 処理 ワーカ タスク カウント 処理 カウント 処理

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25 タイマテーブルのソート ソートされていないタイマテーブル 18 17 12 23 5 9 14 6 11 30 2 7 8
ソートされたタイマテーブル 2 5 6 7 8 9 11 12 14 17 18 23 30 2 3 1 1 1 1 2 1 2 3 1 5 7

26 タイミングホイール タイムスロット タイムスロット タイムスロット タイムスロット タイムスロット タイムスロット タイムスロット
クロック ダイアル タイムスロット タイムスロット タイムスロット 起動 タイムスロット 処理 処理 処理 タイムスロット タイムスロット 処理 タイムスロット 処理 処理 タイムスロット

27 階層的タイミングホイール クロック ダイアル 切替え クロック ダイアル 切替え 100m秒 1秒 1分 200m秒 2秒 2分 300m秒
クロック ダイアル 切替え クロック ダイアル 切替え 100m秒 1秒 1分 200m秒 2秒 2分 300m秒 ３分 400m秒 ４分 500m秒 分単位 タイムスロット 600m秒 700m秒 800m秒 58秒 900m秒 59秒 100m秒単位 タイムスロット 秒単位 タイムスロット