JP5726106B2 - 組み込みシステムの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、組み込みシステムの制御装置に関する。

現在、多くの産業機器や民生機器に組み込みシステムが使用されている。組み込みシステムは特定の機能を実現するためのコンピュータシステムの総称であり、特に特定の機能を実現するための必要十分条件を満たす、選択および交換不可能なハードウエアとプログラムで構成されるコンピュータシステムであると言ってもよい。

組み込みシステムのソフトウエア開発の流れの一例は大まかには以下の通りである。（１）プログラム構成の作成（２）プログラムのモジュール化と詳細仕様の作成（３）モジュールごとの設計（４）試作機による各モジュールの検証（５）モジュールごとの変更・修正（６）試作機によるプログラム全体の検証（７）プログラム全体の最終的な変更・修正。

組み込みシステムのソフトウエアの開発は、通常、ＰＣ（Personal Computer）などを使用して行われ、開発されたソフトウエアはＰＣとは異なるターゲットハードウエアに導入され実行される。ソフトウエアの開発環境は一般に、Ｃ言語などの高級言語やアセンブリ言語によりソースプログラムを記述するためのエディタと、ソースプログラムをターゲットハードウエアのＣＰＵ（Central Processing Unit）に対応した機械語プログラムに変換するためのコンパイラと、を有する。

本出願人は、プログラム開発効率の向上を目指して、特許文献１に記載される図的プログラム開発環境を提案している。この環境では、制御内容の図式化を伴う図的プログラミング言語が使用されている。

特開２００９−２７１７６８号公報

三菱汎用シーケンサ Ｃ言語コントローラユニット クイックスタートガイド、［online］、三菱電機株式会社、インターネット＜URL：http://wwwf2.mitsubishielectric.co.jp/melfansweb/document/catalog/plc/l08206/l08206a.pdf＞

このように組み込みシステムのソフトウエア開発では多くの種類のプログラミング言語が利用可能であり、それらが混在する状況も発生しうる。多数のプログラミング言語により記述された多数のプログラムから、ターゲットにダウンロードすべきプログラムを生成するためのひとつの手法は、リンケージエディタを使用してそれらのプログラムを静的にリンクさせることである。すなわち、多数のプログラムのそれぞれを対応するコンパイラまたはアセンブラにより処理し、得られるオブジェクトファイル（中間ファイル）全てをひとつのファイル（実行ファイル）に結合する。

例えば、Ｃ言語とアセンブリ言語とが混在する場合、汎用のエディタを使用して、Ｃ言語により記述されたＣソースプログラムとアセンブリ言語により記述されたアセンブラソースプログラムとを作成する。ＣソースプログラムをＣ言語のコンパイラで処理することにより第１中間ファイルを生成する。また、アセンブラソースプログラムをアセンブラで処理することにより、第２中間ファイルを生成する。そしてリンケージエディタを使用して第１中間ファイルと第２中間ファイルとを結合し、ひとつの実行ファイルを生成する。

しかしながらこの場合、生成される実行ファイルは一括となり各モジュールの差し替えは難しい。したがって、オプション等のモジュール化は困難である。

また例えば、特許文献１に記載されるような図的プログラミング言語を主として使用する開発環境において、Ｃ言語により開発された実績のあるプログラムを再利用しようとする場合、ユーザはそのプログラムを図的プログラミング言語により書き直す必要がある。しかしながら、このような書き直しは手間であり、また書き直す過程でミスが発生しうる。したがって、ユーザは、図的プログラミング言語以外のＣ言語等により記述されたプログラムを資産として保有していても、それを有効に活用しにくい。

このような課題に対して、例えば非特許文献１に記載されるように組み込みシステムに多数のＣＰＵを設けること（マルチＣＰＵシステム）で対応することも考えられる。しかしながらこの場合、各言語を実行するユニットは分離されており、それらを密に結合させる構成をとることは困難である。したがって、複数の言語間での高速な相互アクセスを実現しにくい。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、組み込みシステムのソフトウエアの開発環境において図的プログラミング言語とＣ言語等のテキスト形式のプログラミング言語とを併用可能とする実行環境の提供にある。

本発明のある態様は制御装置に関する。この制御装置は、組み込みシステムの制御装置であって、制御内容の図式化を伴うプログラミング言語を使用して生成され、本制御装置によって実行可能な第１プログラムが配置される第１領域と、テキスト形式のプログラミング言語を使用して生成され、本制御装置によって実行可能な第２プログラムが配置される第２領域と、第１プログラムのリソースに関する第１リソース情報および第２プログラムのリソースに関する第２リソース情報を保持するミドルウエアが配置される第３領域と、を含むメモリと、第１プログラムおよび第２プログラムによって共用される演算装置と、を備える。第１プログラムまたは第２プログラムのいずれか一方のプログラムは他方のプログラムのリソースを使用する。ミドルウエアは、一方のプログラムからの他方のプログラムのリソースへのアクセスを仲介する。

この態様によると、制御装置において第１プログラムと第２プログラムとを共存させることができる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を装置、方法、システム、コンピュータプログラム、コンピュータプログラムを格納した記録媒体などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、組み込みシステムのソフトウエアの開発環境において図的プログラミング言語とＣ言語等のテキスト形式のプログラミング言語とを併用可能とする実行環境を提供できる。

実施の形態に係る組み込みシステムの制御装置に導入されるプログラムの開発から実装までの流れを示す模式図である。 本実施の形態に係る技術的思想が適用された無人搬送台車の制御部システム構成を示す模式図である。 本実施の形態に係る技術的思想が適用されない無人搬送台車の制御部システム構成を示す模式図である。 本実施の形態に係る技術的思想が適用された射出成形機のソフトウエア構成を示す模式図である。 本実施の形態に係る技術的思想が適用されない射出成形機のソフトウエア構成を示す模式図である。 製品運用時の実行形態を示す模式図である。

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。

実施の形態に係る組み込みシステムの制御装置には、図的プログラミング言語を使用して生成される実行プログラムとＣ言語等のテキスト形式のプログラミング言語を使用して生成される実行プログラムとの間の相互のリソース（例えば、変数や関数など）アクセスを提供するミドルウエアが導入される。このミドルウエアは、各実行プログラムのメモリ配置を実施することにより、両方の実行プログラムのリソース情報を管理する。

これにより、開発環境の側では、各プログラミング言語により記述されたソースプログラムを実行ファイルに変換し、そのまま制御装置にダウンロードすることが可能となる。その結果、Ｃ言語で記述されたソースプログラムを図的プログラミング言語で書き直す必要がなくなるので、ユーザは図的プログラミング言語を使用することによるプログラム開発の高効率化の恩恵を享受しつつ、既存のプログラム資産をより有効に活用できる。

図１は、実施の形態に係る組み込みシステムの制御装置１００に導入されるプログラムの開発から実装までの流れを示す模式図である。この流れはホストＰＣ上の開発環境２とターゲット上の実行環境４とにより実現される。

開発環境２は、図的エディタ６と、図的コンパイラ１０と、第１Ｃコンパイラ１４と、Ｃエディタ１８と、第２Ｃコンパイラ２２と、を含む。
図的エディタ６は制御内容の図式化を伴う図的プログラミング言語を使用するエディタである。ユーザは、図的エディタ６を使用して、所望の制御内容が記述された図的ソースプログラム８を生成する。この際、ユーザは、図的ソースプログラム８に第２Ｃソースプログラム２０のリソースへの参照を含めてもよい。図的コンパイラ１０は図的ソースプログラム８をＣ言語で記述された第１Ｃソースプログラム１２に変換する。図的エディタ６、図的ソースプログラム８、図的コンパイラ１０に係る処理は、例えば特許文献１に記載される技術に基づき実現されてもよい。

第１Ｃコンパイラ１４は公知のＣ言語コンパイラであり、第１Ｃソースプログラム１２を、制御装置１００で実行可能な形式のオブジェクトファイルである図的実行ファイル１６に変換する。図的コンパイラ１０および第１Ｃコンパイラ１４は協働して、図的実行ファイル１６のリソースに関する図的リソース情報を図的実行ファイル１６に組み込む。

Ｃエディタ１８は公知のテキストエディタである。ユーザはＣエディタ１８を使用して所望の制御内容をＣ言語で記述した第２Ｃソースプログラム２０を生成する。
第２Ｃコンパイラ２２は公知のＣ言語コンパイラであり、第２Ｃソースプログラム２０を、制御装置１００で実行可能な形式のオブジェクトファイルであるＣ実行ファイル２４に変換する。第２Ｃコンパイラ２２は、Ｃ実行ファイル２４のシンボルに関するシンボル情報（例えば、シンボルテーブル）をＣ実行ファイル２４に組み込む。

実行環境４は実施の形態に係る組み込みシステムの制御装置１００を含む。制御装置１００は、メモリ１０２と、ＣＰＵ１０４と、入出力インタフェース１０６と、それらを制御装置１００内で互いに接続する制御装置バス１０８と、を備える。

メモリ１０２は、図的実行ファイル１６に対応する図的実行プログラム１１０が配置される第１領域と、Ｃ実行ファイル２４に対応するＣ実行プログラム１１４が配置される第２領域と、図的実行プログラム１１０の図的リソース情報およびＣ実行プログラム１１４のシンボル情報を保持するミドルウエア１１２が配置される第３領域と、を含む。

ＣＰＵ１０４は図的実行プログラム１１０、Ｃ実行プログラム１１４およびミドルウエア１１２によって共用され、そのそれぞれに基づいて処理動作を行う。ＣＰＵ１０４は、図的実行プログラム１１０、Ｃ実行プログラム１１４およびミドルウエア１１２のそれぞれに含まれる命令の流れにしたがって所定の処理を行う。
入出力インタフェース１０６は、制御装置１００と制御装置１００の外部の装置との間のデータの入出力を制御する。

以下、（１）図的実行プログラム１１０がＣ実行プログラム１１４のリソースを使用する場合、（２）Ｃ実行プログラム１１４が図的実行プログラム１１０のリソースを使用する場合、のそれぞれについてミドルウエア１１２の機能を説明する。

（１）図的実行プログラム１１０がＣ実行プログラム１１４のリソースを使用する場合、ミドルウエア１１２は図的実行プログラム１１０からのＣ実行プログラム１１４のリソースへのアクセスを仲介する。

Ｃ実行ファイル２４が制御装置１００にダウンロードされてくると、ミドルウエア１１２は、Ｃ実行ファイル２４に対応するＣ実行プログラム１１４をメモリ１０２の第２領域に配置する。この際、ミドルウエア１１２は、Ｃ実行ファイル２４に組み込まれているＣ実行ファイル２４のシンボル情報を取得する。

図的実行ファイル１６が制御装置１００にダウンロードされてくると、ミドルウエア１１２は、図的実行ファイル１６に対応する図的実行プログラム１１０をメモリ１０２の第１領域に配置する。この際、ミドルウエア１１２は、図的実行プログラム１１０におけるＣ実行プログラム１１４のリソースへのアクセスを、対応するシンボル情報で置き換える。すなわち、ミドルウエア１１２は、図的実行プログラム１１０にＣ実行プログラム１１４のリソースへのアクセスが含まれている場合、取得されたシンボル情報のなかからそのリソースに対応するシンボル情報を抽出する。ミドルウエア１１２は、図的実行プログラム１１０に含まれる、Ｃ実行プログラム１１４のリソースへのアクセスを抽出されたシンボル情報で置き換える。

このように、ミドルウエア１１２は図的実行ファイル１６のダウンロードの段階で、図的実行プログラム１１０からのＣ実行プログラム１１４のリソースへのアクセスを仲介する。なお、制御装置１００において図的実行プログラム１１０が実行される際は、図的実行プログラム１１０はミドルウエア１１２に依らずに直接Ｃ実行プログラム１１４のリソースにアクセスする。

（２）Ｃ実行プログラム１１４が図的実行プログラム１１０のリソースを使用する場合、ミドルウエア１１２はＣ実行プログラム１１４からの図的実行プログラム１１０のリソースへのアクセスを仲介する。

図的実行ファイル１６が制御装置１００にダウンロードされてくると、ミドルウエア１１２は、図的実行ファイル１６に対応する図的実行プログラム１１０をメモリ１０２の第１領域に配置する。この際、ミドルウエア１１２は、図的実行ファイル１６に組み込まれている図的実行ファイル１６の図的リソース情報を取得する。

ミドルウエア１１２は、取得された図的リソース情報に関連するアプリケーションプログラミングインタフェース（以下、ＡＰＩと称す）を含む。ＡＰＩは、取得された図的リソース情報に基づき、図的実行プログラム１１０以外のプログラムからの図的実行プログラム１１０のリソースへのアクセスを可能とする。

Ｃ実行ファイル２４が制御装置１００にダウンロードされてくると、ミドルウエア１１２は、Ｃ実行ファイル２４に対応するＣ実行プログラム１１４をメモリ１０２の第２領域に配置する。制御装置１００においてＣ実行プログラム１１４が実行される際、Ｃ実行プログラム１１４は、ＡＰＩを通して図的実行プログラム１１０のリソースにアクセスする。

本実施の形態に係る制御装置１００によると、図的プログラミング言語により開発された図的実行プログラム１１０とＣ言語により開発されたＣ実行プログラム１１４とを同一の実行環境４で動作させることができる。また、それらの実行プログラム１１０、１１４の間で情報を共有させることができる。また、それらの実行プログラム１１０、１１４の間での、実行単位の呼び出しが可能となる。

また、Ｃ言語をベースとした開発環境から図的プログラミング言語をベースとしたより高効率の開発環境へと移行する途中においては、開発環境に両言語が混在することが多い。そこで本実施の形態に係る制御装置１００を使用すると、そのような開発環境でもスムーズにプログラムの開発を進めることができる。

また、本実施の形態に係る制御装置１００では、図的実行プログラム１１０とＣ実行プログラム１１４とはＣＰＵ１０４を共用しており、密結合が実現されている。したがって、それぞれが別のＣＰＵを使用するような粗結合の場合と比較して、一方のプログラムから他方のプログラムのリソースにアクセスする際にＣＰＵやメモリを切り替えなくてもよいのでより高速な動作が可能となる。

（無人搬送台車への応用）
図２は、本実施の形態に係る技術的思想が適用された無人搬送台車の制御部システム構成を示す模式図である。第１コントローラ２０２および第２コントローラ２０４はシステムバス２０６に接続されている。第１コントローラ２０２には、Ｃ言語を使用して生成されたシーケンス制御プログラム２０８と、図的プログラミング言語を使用して生成された移載系サーボ制御プログラム２１０と、ミドルウエア２１４と、がインストールされている。

シーケンス制御プログラム２０８および移載系サーボ制御プログラム２１０は第１コントローラ２０２内の同じＣＰＵ（不図示）を使用する。ミドルウエア２１４は、シーケンス制御プログラム２０８と移載系サーボ制御プログラム２１０との間のリソースの相互アクセスを制御する。これにより、シーケンス制御プログラム２０８と移載系サーボ制御プログラム２１０とが同じ第１コントローラ２０２内に共存することが可能となっている。
第２コントローラ２０４には、図的プログラミング言語を使用して生成された走行系サーボ制御プログラム２１２がインストールされている。

図３は、本実施の形態に係る技術的思想が適用されない無人搬送台車の制御部システム構成を示す模式図である。第１コントローラ３０２、第２コントローラ３０４および第３コントローラ３０６はシステムバス３０８に接続されている。第１コントローラ３０２には、図的プログラミング言語を使用して生成された移載系サーボ制御プログラム３１０がインストールされている。第２コントローラ３０４には、図的プログラミング言語を使用して生成された走行系サーボ制御プログラム３１４がインストールされている。第３コントローラ３０６には、Ｃ言語を使用して生成されたシーケンス制御プログラム３１２がインストールされている。

図３に示される構成では図２に示されるようなミドルウエアが存在しないので、移載系サーボ制御プログラム３１０とシーケンス制御プログラム３１２とを同じコントローラ上で動作させることはできず、それぞれ別個のコントローラにインストールすることとなる。あるいはまた、シーケンス制御プログラム３１２を図的プログラミング言語により書き直す必要がある。

このように、本実施の形態に係る技術的思想が適用された場合、言語の異なるプログラムを同じコントローラ上で動作させることができるので、必要なコントローラの数を低減できる。その結果、無人搬送台車の原価を低減できる。また、Ｃ言語を使用して生成された他の実績のあるプログラムを導入する場合に新たにコントローラを用意する必要はない。

（射出成形機への応用）
図４は、本実施の形態に係る技術的思想が適用された射出成形機のソフトウエア構成を示す模式図である。このソフトウエア構成は、ＯＳ（Operating System）４０２と、ミドルウエア４０４と、共通制御プログラム４０６と、オプションＡプログラム４０８と、オプションＢプログラム４１０と、オプションＣプログラム４１２と、を有する。ミドルウエア４０４はＯＳ４０２上で動作する。共通制御プログラム４０６、オプションＡプログラム４０８、オプションＢプログラム４１０、オプションＣプログラム４１２はいずれもミドルウエア４０４上で動作する。共通制御プログラム４０６はＣ言語を使用して生成され、オプションＡプログラム４０８、オプションＢプログラム４１０、オプションＣプログラム４１２はいずれも図的プログラミング言語を使用して生成される。

図４に示されるソフトウエア構成に対して、例えばオプションＣプログラム４１２を交換する際には、オプションＣプログラム４１２を削除し、図的プログラミング言語を使用して生成されたオプションＣ’プログラム４１４を新たにインストールすればよい。図４に示されるソフトウエア構成に対して、例えばオプションを追加する際には、図的プログラミング言語を使用して生成されたオプションＤプログラム４１６を新たにインストールすればよい。

図５は、本実施の形態に係る技術的思想が適用されない射出成形機のソフトウエア構成を示す模式図である。このソフトウエア構成は、ＯＳ５０２と、共通制御プログラム５０４と、オプションＡプログラム５０６と、オプションＢプログラム５０８と、オプションＣプログラム５１０と、を有する。共通制御プログラム５０４はＯＳ５０２上で動作する。オプションＡプログラム５０６、オプションＢプログラム５０８、オプションＣプログラム５１０はいずれも共通制御プログラム５０４上で動作する。共通制御プログラム５０４、オプションＡプログラム５０６、オプションＢプログラム５０８、オプションＣプログラム５１０はいずれもＣ言語を使用して生成される。図５に示されるソフトウエア構成に対して、図的プログラミング言語を使用して生成された新たなオプションプログラムを追加することは困難である。

本実施の形態に係る技術的思想が適用された射出成形機のソフトウエア構成では、図的プログラミング言語とＣ言語との共存を可能とするミドルウエア４０４の存在により、オプション部分をプログラミングがより容易な図的プログラミング言語により作成することができる。これにより、例えば共通制御プログラムのアルゴリズムを隠蔽したままオプション部分を公開できる。また、海外などの前線のサービスパーソンによるオプション部分の追加や変更がより容易となる。これにより、より顧客に密着したサービスを提供することができる。

以上、実施の形態に係る組み込みシステムの制御装置１００について説明した。この実施の形態は例示であり、その各構成要素や各処理の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

図的プログラミング言語は機械装置の制御プログラムに比較的適している。一方でコンピュータ間の通信ソフトウエアにはＣ言語などの従来言語の資産が多く存在する。したがって、実施の形態に係る技術的思想は、機械装置をネットワークに接続するようなアプリケーションにより好適に適用されうる。

実施の形態では、図１を参照してプログラム開発時の実行形態を説明したが、これに限られない。
図６は、製品運用時の実行形態を示す模式図である。制御装置１００はさらに２次記憶装置１２０を備える。２次記憶装置１２０はハードディスクドライブやｆｌａｓｈディスクなどのディスク装置であってもよい。２次記憶装置１２０は制御装置バス１０８と接続される。２次記憶装置１２０は図的実行ファイル１６とＣ実行ファイル２４とを含む。製品運用時にはホストＰＣは存在せず、図的実行プログラム１１０およびＣ実行プログラム１１４をそれぞれ、２次記憶装置１２０に記憶される図的実行ファイル１６およびＣ実行ファイル２４からメモリ１０２に配置する。なお、オブジェクトファイルの所在が変わるだけであり、処理の流れは実施の形態のものと同様である。

２ 開発環境、 ４ 実行環境、 ６ 図的エディタ、 ８ 図的ソースプログラム、 １０ 図的コンパイラ、 １２ 第１Ｃソースプログラム、 １４ 第１Ｃコンパイラ、 １６ 図的実行ファイル、 １８ Ｃエディタ、 ２０ 第２Ｃソースプログラム、 ２２ 第２Ｃコンパイラ、 ２４ Ｃ実行ファイル、 １００ 制御装置、 １０２ メモリ、 １０４ ＣＰＵ、 １０６ 入出力インタフェース、 １１０ 図的実行プログラム、 １１２ ミドルウエア、 １１４ Ｃ実行プログラム。

Claims (6)

1. 組み込みシステムの制御装置であって、
   制御内容の図式化を伴うプログラミング言語を使用して生成され、本制御装置によって実行可能な第１プログラムが配置される第１領域と、
   テキスト形式のプログラミング言語を使用して生成され、本制御装置によって実行可能な第２プログラムが配置される第２領域と、
   第１プログラムのリソースに関する第１リソース情報および第２プログラムのリソースに関する第２リソース情報を保持するミドルウエアが配置される第３領域と、を含むメモリと、
   第１プログラムおよび第２プログラムによって共用される演算装置と、を備え、
   第１プログラムまたは第２プログラムのいずれか一方のプログラムは他方のプログラムのリソースを使用し、
   ミドルウエアは、一方のプログラムからの他方のプログラムのリソースへのアクセスを仲介し、
   第１プログラムは、複数のサーボ制御プログラムであり、第２プログラムは、シーケンス制御プログラムであることを特徴とする制御装置。
2. 第２リソース情報は、第２プログラムのシンボルに関するシンボル情報であり、
   第１プログラムは第２プログラムのリソースを使用し、
   ミドルウエアは、第１プログラムを第１領域に配置する際、第２プログラムのリソースへのアクセスを、対応するシンボル情報で置き換えることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. ミドルウエアは、第２プログラムを第２領域に配置する際にシンボル情報を取得することを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
4. 第１リソース情報は、第１プログラムが本制御装置によって実行可能な形式に変換される際に第１プログラムに組み込まれ、
   第２プログラムは第１プログラムのリソースを使用し、
   ミドルウエアは、第１リソース情報に関連するアプリケーションプログラミングインタフェースを含み、
   第２プログラムは、アプリケーションプログラミングインタフェースを通して第１プログラムのリソースにアクセスすることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の制御装置。
5. ミドルウエアは、第１プログラムを第１領域に配置する際に第１リソース情報を取得することを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
6. ミドルウェアは、第１プログラムおよび第２プログラムの本制御装置へのダウンロードの段階で、一方のプログラムからの他方のプログラムのリソースへのアクセスを仲介することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の制御装置。

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