Transcript 組み込みソフトウェア向けHichart処理系の開発

組み込みソフトウェア向け
Hichart処理系の開発
◎大徳雄太（東洋大）
後藤隆彰（東洋大）
切島忠昭（東洋大）
夜久竹夫（日大）
土田賢省（東洋大）
2008/3/21
電子情報通信学会2008年総合大会
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発表内容
1.
はじめに
1.1. 背景
1.2. 目的
2.
本システム
2.1. システム概要
2.2. 振舞い表
3.
4.
実行例
まとめ
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1. はじめに
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1.1. 背景(1/３)

組み込みソフトウェア開発は，日本の基幹産業にな
るものとして注目を集めている

組み込みソフトウェアの市場規模は急速に拡大し，
開発の大規模化・複雑化が著しい

我々は，Ｈｉｃｈａｒｔに基づく様々な処理系や開発支援
ツールの研究開発を行ってきた

その中で蓄積された形式的手法や技術を，組み込
みソフトウェアにも役立てられると思われる
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1.1. 背景(２/３)

組み込みソフトウェアの振舞いに関し、様々
な試みがなされている

玉井哲雄，青山幹雄，柴山悦哉，五十嵐淳，“
信頼性の高いコンポーネント技術の研究”

紫合治，“組込みソフト設計のための物理実体（
間接オブジェクト）の分析”

赤木匡博，“オブジェクト指向方法論のための通
信モデルに関する研究”
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1.1. 背景(３/３)

ＵＭＬやＭＡＴＬＡＢ等，システム上でシミュレ
ーションを行うものは存在

物理実体を制御する組み込みソフトウェア
開発では，シミュレーションだけでは不十分
な場合がある

実機での動作実験を行う際のパラメータの
設定が重要
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1.2. 目的

実機の物理的なパラメータに着目した振舞
い仕様を扱う，Ｈｉｃｈａｒｔに基づく組み込みソ
フトウェア開発環境の構築
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2. 本システム
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2.1. システム概要(1/2)

本研究では，レゴ社の「教育用レゴ
マインドストームＲＣＸ」を使用する

NtoHでは，NQCソースコードから
Hichart内部データへの変換を行
う

HtoNでは，Hichart内部データか
らNQCソースコードへの変換を行う

生成されたNQCソースコードは，
BricxCCを用いることで，コンパイ
ル及びRCXへの転送が可能
図1 システム構成図
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2.1. システム概要(2/2)

本システムを用いて，Hichartエディタと振舞
い表を照らし合わせながらプログラムを開発
することにより，プログラムに振舞い仕様を反
映することが容易になると期待できる
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2.2. 振舞い表(1/4)

記述レベルの高い振舞いの仕様をまとめた表

例えば，「ＲＣＸが机から落下せずに走行す
る」などの内容が記述される

特定の振舞いに対する各入出力装置のパラ
メータのセットを，振舞い仕様とする
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2.2. 振舞い表(2/4)

過去の実験で取得したデータなどを基に作成
する

プログラムとは独立に用意する
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2.2. 振舞い表(3/4)
表1 「机から落下せずに走行する」振舞い表
センサーの感度：ｓ
0-32
33-49
50-100
机の端を認識
×
○
○
その場で回転しない
○
○
×

表中の○，×は，RCXのある振舞いが，その
パラメータの範囲内で，期待通りのものである
か否かを示す
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2.2. 振舞い表(4/4)

振舞い表画面の主な機能として，以下の二つ
がある
 選択したセルの振舞いに必要なパラメータを，
Hichart図に自動的に反映する
 パラメータの範囲の最大値と最小値の平均値を
反映する
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3. 実行例
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3. 実行例(1/3)

RCXが，「机から落下せずに走行するプログ
ラム」を例として説明する

光センサーが机の端を認識すると，RCXが後
退，方向転換することで，落下しないようにし
ている
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3. 実行例(2/3)
図2 実行時のHichart図と振舞い表画面
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デモ
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3. 実行例(3/3)

振舞い表を用いてプログラムを開発すること
で，行わせたい振舞いに必要なパラメータの
設定が容易になる

パラメータの自動反映機能を用いて編集した
プログラムからも，正常にNQCソースコードを
生成できる
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4. まとめ
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4. まとめ(1/3)

以下の機能を備えたHichartエディタを開発
した
 NQCソースコードとHichartの双方向変換
機能
 振舞い表の表示機能
 パラメータの自動反映機能
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4. まとめ(2/3)

物理実体の振舞いを制御する組み込みソフト
ウェア開発において，テスト時のパラメータの
設定の手間を省けるなどの効果が期待できる
例：移動体（飛行船，掃除ロボット）など
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4. まとめ(3/3)

今後の課題
 すべての入出力装置への対応
 データベースから振舞い表を自動生成する
機能の開発
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終
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表2 RCX定数
SetOutput()のモードｚ
SetDirection()の方向
SetPower()の回転力
PlaySound()の音
OUT_ON,OUT_OFF,OUT_FLOAT
OUT_FWD,OUT_REV,OUT_TOGGLE
OUT_LOW,OUT_HALF,OUT_FULL
SOUND_CLICK,SOUND_DOUBLE_BEEP,SOUND_DOWN,
SOUND_UP,SOUND_LOW_BEEP,SOUND_FAST_UP
SelectDisplay()のモード
DISPLAY_WATCH,DISPLAY_SENSOR_1,DISPLAY_SENSO
R_2,DISPLAY_SENSOR_3,DISPLAY_OUT_A,DISPLAY_OU
T_B,DISPLAY_OUT_C
SetTxPowerのパワー
SetSensor()に使える設定
TX_POWER_LO,TX_POWER_HI
SENSOR_TOUCH,SENSOR_LIGHT,SENSOR_ROTATION,S
ENSOR_CELCIUS,SENSOR_FAHRENHEIT,SENSOR_PUL
SE,SENSOR_EDGE
SerSensorMode()のモード
SENSOR_MODE_RAW,SENSOR_MODE_BOOL,SENSOR_M
ODE_EDGE,SENSOR_MODE_PULSE,SENSOR_MODE_PE
RCENT,SENSOR_MODE_CELCIUS,SENSOR_MODE_FAH
RENHEIT,SENSOR_MODE_ROTATION
SetSensorType()のタイプ
SENSOR_TYPE_TOUCH,SENSOR_TYPE_TEMPERATURE,
SENSOR_TYPE_LIGHT,SENSOR_TYPE_ROTATION
On(),Off()などの出力
OUT_A, OUT_B, OUT_C
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振舞い仕様について

システムの動作を振舞いと呼ぶ

システムの振舞い及びその仕様に対しての研
究が行われている

シミュレーションでの研究が多いが，本研究で
は，実機を動かす際のパラメータに注目して
いる
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参考文献

紫合 治，組み込みソフト設計のための物理実態（
間接オブジェクト）の分析

玉井 哲雄，青山 幹雄，五十嵐 敦，柴山 悦哉，
信頼性の高いコンポーネント技術の研究

荒井 玲子，リアルタイムシステムと上流設計システ
ムツール
等
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変換の実現手法（1/7）

JavaCC と JJTree を使用して変換を実現
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変換の実現手法（2/7）

変換システムの全体像
JJTree
定義ファイル
NQCソース
構文木の
ノードクラス
変換プログラム
JJTree
NQCの字句･
構文解析クラス
JavaCC
Hichart
入力
生成
JavaCC
定義ファイル
参照
システムの全体像
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変換の実現手法（3/7）




JavaCC
構文解析と字句解析を実行するJavaプログラムを生成する
プログラムジェネレータ
Lex / yaccによく似ており，トークン定義・BNF記法に基づい
た記述からなる
構文にマッチした時の処理（アクション）が記述可能
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変換の実現手法（4/7）



JJTree
JavaCCのプリプロセッサで，構文解析の結果からツリー構
造を作るプログラムを，自動的に生成する
ツリー構造の生成規則をコントロールすることができる
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変換の実現手法（5/7）
トークンの定義

以下の例は型名である“int”および
加算演算子の“+”のトークンを定義している

IDENTは正規表現を用いて変数名などに使用する文字列を
定義している

|
|
<INT : “int”>
<ADDOP :
“+”>
<IDENT:[“a”-“z”, “A”-“Z”, “_”] (["a"-"z", "A"-"Z", "_", "0"-"9"])*>
トークンの定義
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変換の実現手法（6/7）

構文定義

“if ( 式 ) 文 [ else 文 ]”という並びを定義している

{ }内は構文木生成に関するアクションの記述
void ifS() : {}{
<IF> {jjtThis.tokenString = "if";}
<LP> E() <RP> S()
[ LOOKAHEAD(1) <ELSE> S() ]
}
構文定義の例
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変換の実現手法（7/7）

変換の手順
字句/構文解析(JavaCC)・
構文木生成(JJTree)
構文木を順次辿り，
Hichartノードを生成していく
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