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組み込みシステム(くみこみシステム)あるいはエンベデッドシステム (Embedded system) とは、特定の機能を実現するために家電製品や機械等に組み込まれるコンピュータシステムのこと。

◆概説

定義はいくつかあるが、おおむね、特定の機能を実現するために家電製品や機械に組み込まれるコンピュータシステムのことを指す。(→)

組み込みシステムは、洗濯機、炊飯器、テレビ、自動車、カーナビ、自動販売機、ATM、産業用ロボット等々、家庭用・産業用を問わず、電子制御を必要とするほとんどの製品で用いられている。現代の日本人にとって身の回りにあるほとんどの機械には組み込みシステムが内蔵されていると言ってもよい。電化製品だけでなく、工場などでの作業を自動化する産業用ロボットや工作機械などの産業機器も、コンピュータを内蔵した組み込みシステムである。(→)

組み込みシステムの中でも携帯電話やデジタル家電、自動車など、必要とする機能が多岐にわたるシステムは、複数のハードウェア、複数のソフトウェアを組み合わせたものとなり、数百人単位の開発人数・数年規模の開発期間を必要とする。このため特に、大規模組み込みシステムと呼ばれることがある。

PC等の汎用的なシステムと対比されつつ解説されることが多い。(→)

組み込みシステムが登場する以前は製品の機能は回路の設計によって実現していた。組み込みシステムの登場により、ソフトウェア部分を書き換えることで新しい機能を実現できるようになった。マイクロプロセッサ等の製造技術の進歩や生産効率の向上などともに、組み込みシステムのハード部分にかかるコストが低減し、導入へのしきいが低くなったこと、また同システムを導入すれば組み込みソフトを書き換えるだけで回路は変更せずに済み全体的なコストは低減できることから、次第に広範囲の製品に組み込みシステムが搭載されるようになった。(→)

ハードウェアの構成は汎用のもの、独自のもの、両方を組み合わせたものがある。(→)

ソフトウェアも同様に、汎用のもの、独自のもの、両方を組み合わせたものがある。言語としてはC言語が用いられることが多い。近年のものでメモリ容量等の資源が十分に確保できるシステムではOSも搭載されているものも多い(→)

◆定義

コンピュータ用語辞典などでは、組み込みシステムは「特定の機能を実現するために機械や機器に組み込まれるコンピュータシステム」などといった説明がされている『よくわかる組み込みシステムの基本と仕組み』p.22。

「特定の機能を実現するための必要十分条件を満たす、選択や交換の不可能なハードウェアとプログラムで構成されるコンピュータシステム」『よくわかる組み込みシステムの基本と仕組み』と定義されることもある。

◆具体例

家庭用、産業用問わず電子制御を必要とする製品において一般的に用いられている。以下に例を挙げる。

・家庭用電気機械器具(一般家電製品、デジタル家電)

  ・炊飯器、洗濯機、エアコンディショナー(業務用空調設備含む)

  ・デジタルカメラ

  ・テレビ、ビデオデッキなどAV機器

  ・ゲーム機、携帯電話などのデジタル家電

・輸送機器

  ・自動車(燃料噴射装置、自動変速機などの制御)

  ・カーナビゲーションシステム

  ・航空機(飛行機)、船舶

・産業用機器、機械設備

  ・POSレジ

  ・エレベーター

  ・信号機

  ・複写機

  ・自動販売機

  ・産業用ロボット

  ・工作機械

  ・パチンコ機、パチスロ機、スロットマシン

  ・現金自動預け払い機

他多数

◆ 汎用システムとの比較

・ 組み込みシステムは、最終製品が多岐に亘るため、汎用コンピュータに比べて組み込みシステムは非常に数と種類が多い。

・ ソフトウェアだけでなくハードウェアも専用のものを開発することが多い。また、そのハードウェアに対応したデバイスドライバを作る必要もある。

・ 機械の制御を行う場合には特に、汎用システムとは異なり、リアルタイム制御が重要になる。

・ 大量生産される製品の場合にはコストが非常に重要となるので、必要最低限のメモリと、安価なCPUで動作する必要がある。小規模なシステムでは1チップマイコンを利用することが多い。

・ 専用のハードウェアに専用のソフトウェアが搭載されて製品となるものが多いので、そのテスト工程は、ハードウェア、ソフトウェアの両方にまたがる検証が重要になる。

◆歴史

組み込みシステムが発達する以前は、電子制御を行う仕組みをアナログ回路やデジタル回路といったハードウェアによる回路(電子回路)により構成していたが、各種機器に新たな機能を追加する場合、いちいち回路を変更する必要があり、コストがかかるという問題があった。

1980年代以降のマイクロプロセッサの発達により、コンピュータを用いた制御方式を導入することで、電子機器の回路は変更せず、ソフトウェアの部分のみを変更することで機能の追加が可能になり、機能追加に必要なコストが削減された。

このため、ほとんどの電化製品に組み込みシステムを搭載するようになり、それにより、製品の付加価値となる新機能が比較的容易に追加されるようになり、高機能化・多機能化が進んだ。

◆ハードウェア

組み込みシステムを搭載した機器のハードウェアの構成パターンとしては以下のようなものがある『よく分る組み込みシステムの基本と仕組み』p.23。

・独自のハードウェアのみで機器を構成する。

・汎用のマイコンボードと独自のハードウェアを組み合わせて機器を構成する。

・汎用のハードウェアのみで構成する。

製品の目的や、製品が販売されるマーケットの性質に応じて、上記からパターンが選択される『よく分る組み込みシステムの基本と仕組み』p.24。

より具体的には以下のような要素を考慮してハードウェアの構成が検討される。

・形状、サイズ

・量産品か否か

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