組み込みシステムとは?具体例でわかりやすく解説!

今井

こんにちは!
今井(@ima_maru)です。

皆さんは組み込みシステムや組み込み機器と聞くと、何を想像しますか?

私は「電子レンジ」がすぐに思い浮かびます。

今の時代、身の回りにある電化製品はほぼすべて組み込みシステムといっても過言ではなくなってきました

今回はIoTと深くつながりのある、「組み込みシステム」というワードについて解説していきたいと思います。

この記事では以下のことについて解説しています。

この記事の内容
  • 組み込み機器とはなにか?
  • 組み込みシステムとはなにか?
  • 組み込みシステムの具体例
  • 組み込みシステムと組み込みソフトウェアの違い

目次もありますので是非ご活用ください。

組み込み機器とは「特定の機能」を備えた電子機器

組み込み機器の定義は非常にあいまいです。

本記事では、「特定の機能」を備えた電子機器のことを指すことにします。

特定の機能とは、温度計であれば、「温度を測る機能」「温度を表示する機能」。

タイマーであれば、「スタート・ストップの機能」「時間をはかる機能」「アラーム機能」などです。

ほかにもこんなものも組み込み機器と言われますね。

組み込み機器主な機能
電子レンジ食品を温める/文字を表示する
冷蔵庫食品を冷やす/温度調節機能
エアコン冷房・暖房機能
自動ドア距離計測機能/開閉機能

冒頭でも書きましたが、ほとんどすべての電子機器は組み込み機器だといえます。

逆に組み込み危機ではない電子機器とはなんでしょうか ?

一番簡単な例は、パソコンでしょう。

組み込み機器と対照的なパソコン

組み込み機器と対照的存在とよく言われるのが、皆さんお使いのパソコンです。

パソコンは様々な機能を備えています。

様々な機能ってなんのことにゃ?

ぷーにゃん

今井

例えば、「文字を入力する機能」「画面を表示する機能」「音を出す機能」「インターネットにつながる機能」「外部機器とつながる機能」「データを保存する機能」

と数えていたら日が暮れてしまいます。

なぜこのように多くの機能が必要かというと、パソコン一つでいろんなことができる必要があるからです。

今井

パソコンは、いろんな人がいろんな用途で使うことを想定しているわけですから当然ですね。

一方、組み込み機器は先ほど書いたように「特定の機能」のみを備えていればよいのです。

にゃるほど。組み込み機器には、パソコンのようにいろんな機能がなくてもいいのか!

ぷーにゃん

このように、パソコンは多目的用に作られた汎用的な機器であり、組み込み機器はある特定の機能を持った特化型の機器なのです。

組み込み機器のメリット

組み込み機器というのは、いろんなことができるのではなく、ある特定の機能を持った機器です。

いろんな機能があったほうが便利ニャのに・・・。

ぷーにゃん

と思うかもしれません。

ですが、組み込み機器は、いろんな機能を持たせなくていい分、生産コストが抑えられたり、その機能の質をより高めたりすることができたりする、という強みを持っています。

例えば、家庭用ゲーム機は、ゲームをプレイすることに特化しているので、グラフィックがきれいであったり、動作が軽かったりします。

値段は2万円~5万円あたりが相場でしょうか?

これと同等の性能をパソコンで引き出そうとすると、もっと高価なものであったり、サイズが大きくなってしまったりするはずです。

組み込み機器の定義はあいまい

組み込み機器の定義があいまいというのは、

どこまでが特化型の機器(組み込み機器)でどこからが汎用的な機器なの?

ってことです。

先ほど挙げた家庭用ゲーム機も、組み込み機器といえますが、最近では動画サービスが見れたりと、パソコンのように使える面もあり、どこからどこまでを組み込み機器と呼んでいいのかはわかりません。

なので、覚えておくべきことは、組み込み機器というワードには、汎用的な用途ではなく、ある特定の用途に使うという意味が込められているということでしょう。

組み込みシステムとは組み込み機器の仕組み全般

組み込みシステムというのは、組み込み機器の仕組み全般を言います。

なので、組み込み機器が内部でどうなっているのかを知ることこそ、組込みシステムを学ぶことになります。

組込みシステムの構成要素

組み込みシステムは入力装置、制御部(マイコン)、出力装置、それらをつなぐ電子回路で構成されます。

  • 入力装置
  • 制御装置
  • 出力装置
  • それらをつなぐ電子回路

そして、実際に稼働するには、制御装置を動かすプログラムや電源などが必要になります。

後に紹介しますが、制御装置を動かすプログラムのことを組み込みソフトウェアと呼びます。

入力装置

入力装置には、例として以下のものがあげられます。

入力装置受け取れる入力
超音波/赤外線距離センサ物体との距離
温度センサ温度
湿度センサ湿度
光センサ明るさ
加速度センサ加速度

これらはそれぞれ、自然界におけるアナログ値を入力として受け取ることができます。

制御装置(マイコン)

制御装置はマイクロコンピュータ(マイコン)と呼ばれるものです。

有名どころでいえば、Raspberry Pi(ラズベリーパイ)Arduino(アルデュイーノ)などがあげられます。

このマイコンは、あらかじめ組み込まれたプログラムをただひたすら繰り返します。

例えば、温度センサで受け取った温度値と目標温度値の差から出力電圧を変える、といった処理などが書かれます。

簡単に言えば、エアコンとかがこれです。

とても寒い時に暖房をつければ本気を出し、ある程度あったかくなってきたら緩める。

これを実現してるのは制御装置のおかげなのですね。

出力装置

出力装置には、例として以下のものがあげられます。

出力装置機能
LED光る
モータ回る・動く
スピーカ音が出る

これ以外にもいろんなものがあります。

特に、エネルギーを物理運動に変換する装置のことを総称して、アクチュエータと言ったりもします。

組み込みシステムと組み込みソフトウェアの違い

組込みシステムとは、組み込み機器にかかわる仕組み全般のことをいいます。

そして組み込みソフトウェアとは、組込みシステムの構成部分の一つである、制御装置(マイコン)の中に組み込むプログラムのことを指します。

つまりは、

  • 組み込みシステムとは、組み込み機器の仕組み全般
  • 組み込みソフトウェアとは、制御装置に組み込むプログラム

こういうことです。

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