2014 年 11 月 20 日 ET2014 スペシャルセッション C-2 mruby プログラム言語 Ruby による組込みソト開発九州工業大学田中和明軽量 Ruby フォーラム Ruby アソシエーション

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せいあんさい
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1 2014 年 11 月 20 日 ET2014 スペシャルセッション C-2 mruby プログラム言語 Ruby による組込みソト開発九州工業大学田中和明軽量 Ruby フォーラム Ruby アソシエーション

2 講演の内容 mruby 概要紹介九州工業大学, 田中和明 mruby デバッガ紹介福岡 CSK, 三牧弘司 NPO 法人軽量 Ruby フォーラムの紹介 NPO 法人軽量 Ruby フォーラム, 石井宏昌事例紹介 : mruby を使った Web サーバの機能拡張京都大学, 松本亮介

3 自己紹介田中和明 ( たなかかずあき ) 九州工業大学情報工学部機械情報工学科情報で機械を動かす教育研究

4 研究室運営の悩み組込みソフトウェアの開発環境の習得に相当の時間がかかる研究対象のデバイスごとに環境が異なる新しいデバイスが登場して, 昨年までの開発環境をうまく動かせない本当にやりたいのは, アルゴリズムの実装デバイスに対する要求はそれほど高くない

5 こんな事ができると嬉しいハードを作ったので, 動かしたい I/O を簡単に制御したい (Arduino もあるけどもう少し複雑なことをしたい ) ロボットを動かしたいモータ制御が目的ではなく, センサ取得アクチュエータ駆動の仕組みを作りたい試行錯誤しながらシステムを開発したいシステムを設計したいアルゴリズムを書きたい

6 組込みシステムの課題組込みシステムはソフト + ハードで構成される近年の高機能化高付加価値化により, ソフトウェアは複雑大規模になっているコストの問題開発期間の問題

7 組み込みシステム開発のイメージ (1) ソフトウェア + ハードウェア開発者はソフト + ハードの両方を知っていること! ( 例 ) エンジンコントローラの実装エンジンのサイクルに同期した制御厳密なタイミングによる制御確かに, ソフト + ハードを熟知している必要がある

8 組み込みシステム開発のイメージ (2) ソフトウェアの領域が広がっている ( 例 ) NC 工作機械の UI を変更する複雑な変更ではないライン全体を考慮するものではない現状はこのようなソフトウェアでも相当なコストがかかる (C 言語で記述し, 他の部分と密に結合する ) 本当にやりたいのは一部分であるが, システム全体の変更を伴う多くは部分的な開発 ( 変更 ) で十分である

9 組込みシステムの開発の効率を高めたいエンジンコントローラの実装 NC 工作機械の UI 変更後者のソフトウェア開発の効率を高めたい

10 なぜ Ruby を使うのか? 可読性が高いプログラムが書きやすいプログラムが読みやすい抽象化により, アルゴリズムが明確になるプログラムの行数が少ない不具合の埋め込みが少なくなる

11 ちょっとだけ Ruby のコード (1) #include <stdio.h> int main(void) { int i; int n = 0; for( i=1 ; i<=100 ; i++ ){ n = n + i; } printf("sum = %d\n", n); return 0; } n = 0 for i in do n = n + i end puts "sum = #{n}" n = (1..100).inject(:+) puts "sum = #{n}"

12 ちょっとだけ Ruby のコード (2) 配列をソートして, 値が大きい順に 3 つ出力する def top3(ary) p ary.sort.reverse[0..2] end top3( [2,4,6,1,3,5] ) top3( [2.1, 4.2, 6.3, 1.4, 3.5, 5.6] ) top3( ["apple", "orange", "banana", "melon", "kiwi", "grape" ] )

13 参考 ISO/IEC の Introduction Ruby is an object-oriented scripting language designed to be developerfriendly, productive and intuitive. JIS X 3017 の序文 Ruby 言語は, 開発者の利便性を高めることを最大の目的として設計されており, 言語仕様自体の簡潔さ及び処理系実装の簡便さより, アプリケーション開発における開発効率及び直感的な動作記述が優先されている.

14 Trends

15 Trends, growth

16 Ruby を組込み機器で使いたいしかし, 従来の Ruby は多くのメモリが必要 Hello, world でも数メガ OS, ファイルシステムが必要 RTOS では動かすのも一苦労ソースコード丸見え

17 mruby( 軽量 Ruby) 経済産業省平成 22 年度地域イノベーション創出研究開発事業軽量 Ruby を用いた組込みプラットフォームの研究開発福岡 CSK, ネットワーク応用通信研究所, 九州工業大学東芝情報システム, 福岡県成果 mruby ( オープンソースとして公開 ) mrubyの適用領域についての調査 mrubyチップ化の検討 (FPGAによる試作)

18 軽量 Ruby 完成しました軽量 Ruby を用いた組込みプラットフォームの研究開発事業計画書では,16MB で動作するソフトウェアできたものは,400KB で動作した! 予想していたよりも, 幅広く使えそうオープンソースとして公開

19 mruby が目指すもの組込みソフトのうち, 簡単に変更できる ( 変更したい ) 部分に適用する試作カスタマイズユーザインターフェース通信関連限られた資源で動作するメモリさまざまな環境で動作する

20 Ruby/mruby の仕組み Ruby プログラム mruby プログラムすべて実行環境で処理されるプログラムの解析解釈プログラムの解析解釈開発環境多くの資源が必要プログラムの実行 mruby バイトコード実行環境プログラムの実行

21 mruby のツール mruby プログラムプログラムの解析解釈 mruby コンパイラ mruby バイトコードプログラムの実行 mruby VM( バーチャルマシン )

22 mrubyvm mrubyvm がコンパイル済みのバイトコードを逐次実行する mruby アプリケーション ( ソースコード ) mruby コンパイラ mruby アプリケーション ( バイトコード ) 開発環境 mruby アプリケーション ( バイトコード ) mrubyvm ドライバなどハードウェアターゲットデバイス

23 mruby VM の特徴さまざまな環境で動作する C コンパイラが動けば良い組込み環境のほとんどすべてで使える機能の拡張が容易ハードウェアに依存する機能を追加できる

24 mruby VM 拡張の例 mruby 学習キット,ILC 社 ( 広島 ) 開発する mruby アプリケーション mrubyvm ( オープンソース ) mrubyvm の拡張 GUI 部品液晶ドライバマイコン用ドライバ ILC 社が持っている技術ルネサス社 SAKURA ボード mruby によるマイコン開発が可能となる EAPL-Trainer mruby

25 研究成果の一部 (1) led_red = 0 while true do lum = 0 while lum <= 255 do pwm led_red, lum delay adc() lum += 1 end end lum = 0 while lum <= 255 do pwm led_red, 255-lum delay adc() lum += 1 end mruby アプリケーション ( バイトコード ) mrubyvm ドライバなどハードウェア pwm delay adc

26 研究成果の一部 (2) start loop do trace right trace left trace right end mruby アプリケーション ( バイトコード ) mrubyvm ドライバなどハードウェア start trace right left

27 ちょっと待て!? コンパイルできるのか? mruby アプリケーション ( ソースコード ) デバッグできるのか? mruby アプリケーション ( バイトコード ) mruby コンパイラ mruby アプリケーション ( バイトコード ) 開発環境 mrubyvm ドライバなどハードウェアターゲットデバイス start trace right left

28 答えコンパイルできるのか? コンパイル時は, 関数呼び出しの解決をしない実行時に関数名で解決するデバッグできるのか? 解 1 デバッガデバッグできるのか? 解 2 PC 用の VM を作っておく VM にデバイスと同じ関数を用意して, 実行する

29 GET mruby! NPO 法人軽量 Ruby フォーラムから GitHub から

軽量Rubyのご紹介と軽量Rubyフォーラムのご案内

軽量Rubyのご紹介と軽量Rubyフォーラムのご案内軽量 Ruby のご紹介と軽量 Ruby フォーラムのご案内 2013/1/23 特定非営利活動法人軽量 Ruby フォーラム目次 1. 組込みソフトウェア開発の現状 2. 軽量 Rubyの狙い 3. Rubyと軽量 Ruby 4. 軽量 Rubyの特徴 5. 軽量 Rubyの活用例 6. NPO 法人軽量 Rubyフォーラム 7. 軽量 Rubyの現状課題と今後の予定 8. 軽量 Rubyフォーラム加入のお願い

2014 年 11 月 20 日 ET2014 スペシャルセッション C-2 mruby プログラム言語 Ruby による組込みソト開発 九州工業大学田中和明 軽量 Ruby フォーラム Ruby アソシエーション

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