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OSC2017 Kyoto
IoTアプリ開発をリアルタイムOSで
レベルアップしませんか?
~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
高瀬 英希
1
TOPPERS公式マスコット
「とぱめ」
2017年8月5日
目次
2
1. 組込みシステムとは?
2. TOPPERSプロジェクトとは?
3. とりあえず触ってみませんか?
 GR-PEACHでお手軽RTOSプログラミング
4. こんなことができます!
 展示ブースのご紹介
5. まとめ:TOPPERS入会のススメ
1. 組込みシステムとは?
3
身の回りにある組込みシステム
4OSC2016@Nagoya
FA機器
その他 自動車
航空機
マルチメディア
通信機器
家電製品
OA機器
組込みシステムのオープンソース(1/2)
ハードウェア設計
HW:IP(HDLソースコード)
プログラミング言語
プログラム開発環境
5
プログラム実行環境
リアルタイムOS
OS
6
組込みシステムのオープンソース(2/2)
2. TOPPERSプロジェクトとは?
7
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
8
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
9
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)
10
重点的に取り組んでいるテーマ
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)
技術者育成のための教材開発
• ETロボコン向けプラットフォームと教材の提供
• TOPPERS/EV3RT & mruby+TECS
11
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組込みソフトウェアの
設計力・実装力を競う
開発コンテスト!
組込み技術教育の機会を
提供しています。
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• ECHONET Lite仕様準拠のミドルウェア、支援ツールの作成
12
重点的に取り組んでいるテーマ
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ECHONET
Lite
ECHONET
Lite
Internet
インターネット
無線LAN
専用回線
家庭内LAN
電力会社
スマート
メーター
創エネ
畜エネ省エネ
見える化
機器が対象
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
さらに詳しく知りたい方は
https://dev.toppers.jp/trac_user/contrib/wiki/rtos_arduino
Qiitaにも多数の記事を公開しています
http://qiita.com/tags/R2CA
13
ArduinoでもTOPPERS!
3. とりあえず使ってみませんか??
14
15
とりあえず凄そうだけど
どう使うの??
この世は
金と時間が全てや!
組込みボードで
Hello, World!!
してみたい!!
色んな処理を1つの
ボードでまとめちゃいたい
アプリのloopが
長くなってきた,,,
どこになに書いて
あったっけ,,,
組込みは
環境整えるのが
メンドいやん!?
※このスライドは個人の見解です.所属ともプロジェクトとも講演者とも一切関係ありません.
きっちりかっちり
時間制御したい
16
そんなあなたにGR-PEACH!!
Renesas Cortex-A9 RZ/A1H (400MHz)
http://www.core.co.jp/product/m2m/gr-peach/#full_pin-assign
特徴
• Arduino用ライブラリをGR-PEACHに移植
• Arduinoプログラミングスタイル(setup()とloop())で開発
• マルチタスク(複数loop())を使用できるよう拡張
• リアルタイムOSのアプリからもAPIを呼出し可能
• mbedライブラリに依存(HALやEthernetInterafaceが必要)
主な機能
• デジタル/アナログ入出力,外部割込み管理
• SDカード制御
• Ethernetクライアント機能
• LCD制御SPI通信
• リアルタイムクロック
• ×EEPROM読書き,ソフトウェアシリアル通信,
モータ制御(Servo, Stepper),Ethernetサーバ機能,
USBホスト, Firmata, I2C
17
使えるArduinoライブラリ
特徴
• mbed対応ボード用のライブラリ
• アプリケーションのソースコード互換性を維持
• ARM社のRTOSであるRTXを使用(デフォルト)
• 本環境では,RTXをTOPPRES/ASPに変更
主な機能
• HAL(Hardware Abstruction Layer) (mbed-src)
• EthernetInterface (EthernetInterface)
※LwIP[GPLv2]も含む
• FAT File System (FATFileSystem)
※FatFs[BSD-style License]を含む
• HTTP Server (HttpServer_snapshot)
• RPC(Remote Procedure Call) (mbed-rpc)
• I2C (i2c)
• Softwere PWM (SoftPRM)
18
使えるmbedライブラリ
リファレンス:https://developer.mbed.org/handbook/Homepage
19
いろいろ選べる開発環境
種類 環境 主な対象 特徴
コマンドライン
GNU Compiler
+ OpenOCD
熟練者
従来の開発方法
ウェブコンパイラ
ルネサス
ウェブコンパイラ
入門者
中級者
○お手軽
○TOPPERSテンプレート
×デバッガなし
mbed コンパイラ 入門者
○お手軽
×デバッガなし
統合開発環境
Eclipse
中級者
熟練者
×設定が面倒(現状)
TrueSTUDIO
入門者
中級者
熟練者
○ビルド〜デバッグまで無償で
利用可能(WindowsとLinux)
×Macは来年以降
IDE for GR 入門者 ×TOPPERS未対応
その他 Blockly 入門者
○ブロックプログラミング可能
×ビルドは別環境を使用
20
がじぇるねWebコンパイラを使おう!
一番お手軽!ネットがあれば開発可能!!
• 解説ページ:
http://gadget.renesas.com/ja/product/peach_sp5.html
「がじぇるね」で検索!
ひとまずお試しもできます
MyRenesas登録でプロジェクトや
ファイルのクラウド保存が可能になります
21
がじぇるねWebコンパイラを使おう!
ブラウザでお手軽プログラミング
(コンパイル環境の構築不要)
すぐにRTOSを使える
TOPPERSのテンプレート
22
すぐに使えるサンプルアプリ
blinky
• mbedライブラリでRGB LEDを華麗に光らせる
blinky_arduino
• arduinoライブラリでRGB LEDを周期的に光らせる
• リセット時にUser-SWを押しているとUSR LEDが点滅する
httpsample
• IoTシステム構築向けのhttpサーバ
• mbedライブラリのlwIPプロトコル
multitask_arduino
• arduinoプログラミング風のマルチタスクアプリ
• loop(), loop1(), loop2() がTOPPERSのタスクとして動く
sample1
• TOPPERS伝統のサンプルアプリ
• 各サービスコールの振る舞いを確認できる
23
いろいろ試してみよう!
アプリを自作したい
• エクスプローラーの examples のどれかを
編集するか同レベルにコピペ&名前変更
• 階層構造はけっこう大事なのです
ビルドしたい
• build_target でビルド対象のアプリを指定する
• 右側メニューで「ビルド実行」
ボード上で実行したい
• GR-PEACHのPG側をmicroUSBで接続
• USBマスストレージとして認識されます
• [アプリ名].bin をMBEDにコピー
• RSTボタンを押す
• TeraTerm等でメッセージ出力も
見られます
最初のビルドはちょっと
時間掛かります,,,
ね?めっちゃ
簡単でしょ!??
24
統合開発環境を使おう!
TrueSTUDIO for GR-PEACH
The debugger is now started. The IDE automatically switch from C/C++ Editing perspective to
Debug perspective. This is seen in the picture below.
Figure 17 Target is waiting for "Resume" button to be pressed
The debugger automatically stops at the temporary breakpoint configured in the startup script.
The user can click Execution Resume from this break point.
https://github.com/ncesnagoya/asp-gr_peach_gcc-mbed
A.I.Corporation による
サポート&マニュアル提供
IDE上でのプログラミング
&強力なデバッグ機能
ローカル環境で
開発できる
25
統合開発環境を使おう!
詳細なマニュアル
• https://goo.gl/qgtm7h
開発環境の準備(マニュアルP.5)
• Atollic TrueSTUDIO v6.0.0以降をDL&インストール
• https://atollic.com/resources/download/
• git clone or download zip from:
• https://github.com/ncesnagoya/asp-gr_peach_gcc-mbed
• Open OCDをインストール
• https://github.com/gnu-mcu-eclipse/openocd/releases/tag/gae-0.10.0-20160110
• $ cp ${ASP_DIR}/examples/truestudio/renesas_rza1h_swd.cfg ¥
${OpenOCD_DIR}/scripts/target/
• TOPPERSコンフィギュレータをダウンロード&コピー
• http://toppers.jp/cfg-download.html
• $ cp ${CFG_DIR}/cfg.exe ${ASP_DIR}/asp-1.9.2-utf8/cfg/cfg/
• お好みのターミナルソフト(puTTY, TeraTerm等)を
インストール
• サンプルアプリをワークスペースに
インポート
ちょっと大変
そうかな,,,
でもこれだけで強力な
開発環境が手に入る!!
26
せっかくならRTOSプログラミング!!
multitask_arduinoを使う
• arduino_app.h の ADDITIONAL_LOOP_NUM を増やす
• loopX() を記述する
• loop5() まで記述できます
• loopX に対応するタスクは10ms毎に周期的に切り替わります
TOPPERSの静的APIとサービスコールを使う
• app.cfg にタスクや周期ハンドラ生成の静的APIを記述する
• httpsample や sample1 が参考になると思います
• 詳しくは,users@toppers.jp か がじぇるねフォーラムで!
• https://japan.renesasrulz.com/gr_user_forum_japanese/f/toppers
いそ〇ー!
マルチタスクしようぜ!!
コノツバメハナニヲ
イッテイルンダ,,,
27
ブロックプログラミング for GR-PEACH
Google社ビジュアルプログラミングライブラリ
Blocklyをベースに
GR-PEACH用マルチloopプログラミング環境を実現
現在開発中?
小学生からできる
ブロックプログラミング Arduino プログラム
への変換
28
開発環境の使い分け
Arduino ユーザ
ブロックプログラマー
(小/中学生など)
ウェブコンパイラ
TOPPERS/RTOS
ユーザ
Blockly
統合開発環境
Eclipse/TrueSTUDIO
コマンドライン
C言語
習得不要
インストール
作業不要
高度な
デバッグ
第7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
アプリケーション開発部門
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:国内に在住の方(グループ、法人の場合にはその代表者)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:2017年6月16日(金) ~ 2017年8月31日(木)
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> 金賞 5万円!! 銀賞 3万円!! 銅賞 1万円!
<がじぇるね IoT 部門> 金賞 3万円!! 銀賞 2万円!! 銅賞 1万円!
<学生賞> 学生の応募作品の中から優秀なものに学生賞を授与!
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
協賛社からの
特別賞も予定
しています
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!
がじぇるね IoT 部門
がじぇるね マイコンボードと
(GR-PEACH, GR-SAKURA,…)
TOPPERS開発成果物を利用した
アプリケーションは、
こちらの部門へ!
応募者向けの技術講習会の開催
& GR-PEACH ボードの
無償提供・貸出しもあります!
利用するマイコン、OSの
選択は自由!
Arduino on TOPPERS(TOPPERS/R2CA)や
TOPPERS/EV3RT を利用したアプリも
こちらの開発部門へ!
4. こんなことができます!
30
ZUMO on GR-PEACH
31
今日は無いですm(_ _)m
mROS:ロボット向け軽量実行環境
32
Linuxの載らない組込みマイコンでもROSが実行可能!
ROSの通信ライブラリとプロトコルをサポート!!
 PCのROSノードから出版された
Lチカ命令を,mROSノードが購読して
GR-PEACH上のLEDを光らせる
 超音波センサで測定した値を
GR-PEACHのmROSノードから出版し,
ROSノードが購読して標準出力する
ROS
ノード
ROS
ノード
オープンソースで公開されている
ROSパッケージが簡単に使える!
センサが変わっても対応する
ノードパッケージに変えるだけ!
ROS
mROS
RaspberryPiでもTOPPERSが動く!!
33
ECHONET Lite通信ミドルウェア
34
一般照明
照度センサ
扇風機
SWORDS framework for Zynq
35
ARM+FPGA SoCを
ソフトウェア志向で協調設計!
リアルタイムOSから
ハードウェアを管理制御する!
mruby on ev3rt/tecs
36
loop{
distance = $ultrasonic_sensor.distance
LCD.draw("distance = #{distance} ", 0, 6)
if distance < 15 then
$left_motor.stop
$right_motor.stop
else
$left_motor.power=30
$right_motor.power=30
end
}
rescue => e
LCD.error_puts e
end
5. まとめ:TOPPERS入会のススメ
37
成果物利用とプロジェクト参加のお誘い
• 開発成果物をぜひご活用ください
• TOPPERSはレポートウェアです
自由にどなたでもダウンロードして利用できます
• 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
38
TOPPERSプロジェクト: Facebookページ
39
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 2017年8月 現在「いいね!588件」
ぜひ「いいね!」を押してください!
http://facebook.com/toppersproject
第7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
アプリケーション開発部門
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:国内に在住の方(グループ、法人の場合にはその代表者)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:2017年6月16日(金) ~ 2017年8月31日(木)
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> 金賞 5万円!! 銀賞 3万円!! 銅賞 1万円!
<がじぇるね IoT 部門> 金賞 3万円!! 銀賞 2万円!! 銅賞 1万円!
<学生賞> 学生の応募作品の中から優秀なものに学生賞を授与!
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
協賛社からの
特別賞も予定
しています
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!
がじぇるね IoT 部門
がじぇるね マイコンボードと
(GR-PEACH, GR-SAKURA,…)
TOPPERS開発成果物を利用した
アプリケーションは、
こちらの部門へ!
応募者向けの技術講習会の開催
& GR-PEACH ボードの
無償提供・貸出しもあります!
利用するマイコン、OSの
選択は自由!
Arduino on TOPPERS(TOPPERS/R2CA)や
TOPPERS/EV3RT を利用したアプリも
こちらの開発部門へ!
大事なことなので
もう1回!!

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