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- 2. 2 名古屋⼤学 ⼤学院情報学研究科 附属組込みシステム研究センター 研究員(2011-) • ⾞載向けソフトウェアプラットフォーム（AUTOSAR） • 宇宙機（衛星）向けソフトウェアプラットフォーム • 前職は組込みソフトウェアベンダーで10年ほど従事 • 組込み向けRTOS・開発環境の開発・販売 • 組込みソフトウェアの受託・コンサルタント • 研究プロジェクト、学会活動・委員等 • 組み込みシステムセキュリティ共同研究(2021-) • AUTOSAR Adaptive Platformコンソーシアム型共同研究(2017-) • 宇宙機向けソフトウェアプラットフォームに関する共同研究(2012-) • JAXA 共通技術⽂章WG委員(2021-) • TOPPERSプロジェクト開発者会議実⾏委員、箱庭WG、エコシステムTF（2012-, 2019-, 2021-） 自己紹介 高田 光隆（たかだ みつたか） X: @mitsu48
- 3. Agenda 3 • 「箱庭」とは？ • TOPPERSプロジェクトと箱庭 • 箱庭のしくみ • 箱庭の適用事例 • ETロボコン、学生/社会人向け向け教育教材 • 搭載ソフトウェアへの適用 • SpaceWireOS • 箱庭環境での搭載ソフトウェア • まとめ
- 5. 5 箱庭WG • TOPPRESプロジェクトのワーキンググループ(WG)として活動 • オープンソース活動ではあるが、参加メンバーはそれぞれの所属におけるアウトカムを 意識して活動 • https://github.com/toppers/hakoniwa/ • ⾼⽥の場合︓組込みシステムのソフトウェアプラットフォームに関する研究 • 宇宙︓SpaceWireOS, cFS,C2A… • ⾞載︓AUTOSAR • 仮想シミュレーション環境の実現 箱庭を適⽤する想定対象 • 異なるドメイン間のエンジニアリング • 複雑・⼤規模なシステムのシミュレーション • 現実と仮想環境の融合 • デジタルツイン, SDx, AI copilot… TOPPERSプロジェクトと箱庭②
- 6. 6 • 箱の中に，様々なモノをみんなの好みで配置して，いろいろ試せる︕ ⇒ 各技術者が開発対象と興味(=アセット)を持ち寄って，机上で実証実験 『箱庭』とは？ コンセプトと狙い ECU制御系 エンジニア バックエンドサーバ 系エンジニア ネットワーク系 エンジニア ⾃動運転 制御系エンジニア 交通サービス系 エンジニア 機械学習 エンジニア
- 7. 7 • 箱庭は、単なるシミュレータではなくシミュレータを作るフレームワーク 箱庭のしくみ(IoT, ロボティックスを中心に) 箱庭Core RobotA 制御プログラム robotA API (ROS/mmap/udp) 仮想空間 robotB API (ROS/mmap/udp) robotA API (ROS/mmap/udp) RobotB 制御プログラム robotB API (ROS/mmap/udp) 可視化 制御 3Dモデル アセット 制御アプ リアセッ ト アセット間の通信 アセット管理 時間同期
- 9. 9 • ETロボコン（ https://www.etrobo.jp/ ） • ⼤学学部⽣向けのグループ演習 • 学⽣・社会⼈向けのPBL演習教材（開発中） • ⾞載ソフトウェア教育(GitHub Codespaces) (https://github.com/ncesnagoya/autosar_os_training) 箱庭の採用事例 成⻑分野における即戦⼒⼈材輩出に向けたリカレント教育推進事業にて開発中 社会⼈向け教育プログラムで利⽤中
- 10. 10 1. ミッション検証 • MBSEなどでまとめた情報をもとにミッションの予想をシミュレーション • ミッションの可視化を⾏うことで必要な物理モデルを検討 2. BBM、EM、FMの噛み合わせ試験のシミュレーション環境 • 各系の開発ではシミュレータを⽤いたソフト開発はすでに実施と想定 • 各系の全体を噛み合わせる試験であらかじめ箱庭で実施することで、実際の噛み合わせ 試験からのフィードバックを最⼩限に抑える → 全体を噛み合わせるのは時間的、物理的な制約がかなり⼤きいと聞いている → 複数のシミュレーションを同時に動かす（同期して動かす）ところから → 各系毎の開発時も可能か︖（SILS、HILS的な利⽤） 3. 地上系も含めた全体シミュレーション環境 • (打ち上げー)軌道投⼊ーテレメ受信ーミッション開始までのシミュレーション →軌道投⼊後の過渡状態を再現するのは難しいと思うが… 箱庭の宇宙ドメインへの適用を考える（開発プロセス）
- 11. 11 4. 開発環境としての展開 • シミュレータと実機で同じソフトウェア開発環境を実現 • 複数のメンバが同じ開発環境を共有 • シミュレーションしたい情報を開発メンバー間で共有 5. 教育向け • 実開発と同じソフトウェア環境を利⽤ • シミュレーションベースでミッションアプリ開発を⾏う 箱庭の宇宙ドメインへの適用を考える（その他）
- 12. 12 • SpaceWireOS（名古屋⼤学、ISAS/JAXA） • SpaceWire上のデータ配信をするための遅延時間を保証する、SpaceWire-Dプロトコ ルを搭載する通信ミドルウェアとRTOS • MHI製 SOI-SOC向けに開発 • Athrill（TOPPERSプロジェクト 箱庭WG） • CPUのインストラクションセットシミュレータ(RH850, Armv7) • 箱庭のアセットとして動作し、他のシミュレータとの連携が可能 • athrillデバイス(仮想デバイス)を経由することで、デバイスIOを箱庭のデータとして⼊ 出⼒ができる（SpaceWireのデータ伝送ができる） 搭載ソフトウェアを用いた箱庭のシミュレーション環境 User Application User Application SpaceWire Middleware RMAP Layer SpaceWire-D+ Layer Schedule Information TOPPRES/HRP2 Kernel SpaceWire I/F Device Schedule Information decision tool Athrill User Application User Application SpaceWire Middleware RMAP Layer SpaceWire-D+ Layer Schedule Information TOPPRES/HRP2 Kernel SpaceWire I/F Device Schedule Information decision tool SpaceWireOS 箱庭Core アセット アセット アセット 箱庭適⽤
- 14. 14 • 宇宙機内の機器間データ通信インターフェース規格 • ESA（欧州宇宙機関）がIEEE1355規格をカスタマイズして提案(1994) (ECSS-E-ST-50- 12C) • LVDSによるノイズに強い⾼速シリアルライン • 幅広い転送速度（2-400Mbps） • データ転送レートが可変 • Gbps向けのSpaceFibre規格も登場 • 可変⻑のパケットサイズ • データサイズの規定は無い • 簡単なプロトコル（省リソース，省電⼒） • FPGA実装のノードやルータも多数 • 上位プロトコル(RMAP, SpaceWire-D, SpaceWire-R)があり、HW化の研究 • 中⼤型衛星では採⽤が進んでいる（⼤型のSmallSat(8U以上)でも搭載が始まっている） 簡単にSpaceWireOSを
- 15. 15 • タイムコードによるノード間の時刻送信・同期機能 • メッシュ型のネットワーク • 冗⻑経路を持つことで通信の障害耐性が強い • ノードを組み上げていくときに柔軟なネットワークが不可⽋ • ワームホールルーティング ルータを介して接続 • ルータ内のルーティング遅延がほんどない • しかし⼀度パケット衝突が発⽣すると, ネットワークをブロックする恐れ 図.ワームホールルーティングの例(ECSS-E-ST-50-12Cより) Intelligent SpW node SpW Router non-Intelligent SpW node 図.SpaceWireネットワーク構成例 大きな 問題点
- 16. 16 主な衛星内通信プロトコル プロトコル 速度 JAXA規定 主な用途 MIL-STD-1553B -1Mbps JERG-2-431 オンボード通信（バス 系） SpaceWire 2-400Mbps JERG-2-432 CAN -1Mbps - RS422 -10Mbps (1.6Mbps) - オンボード、センサ、アク チュエータ SPI -50Mbps - センサ、アクチュエータ I2C -1Mbps - PC-104(ISA,PCI) 480Kbps CubeSat Ethernet 100Mbps - ISSなどのモジュール かがみはら航空宇宙博物館にあるISSきぼうモジュールのコネクタ
- 17. 17 SpaceWire OSの構成 TOPPERS/HRP2 Kernel Scheduling tool (allocated time-slot) User Application SpaceWire Middleware Schedule table RMAP Layer SpaceWire-D+ Layer SpaceWire Layer User Application User Applica tion Application Library Network topology Data Transfer Description XML file C source code External tool (pre-build configuration) Node (supporting SpW-D) Time slot Target node lists 0 1 1 5,6 2 3 5 4 7,8,9 5 6 5 7 1 8 … 12 13 5,6 14 7,8,9 15 1 16 5 17 … … 62 63 1
- 20. 20 • 仮想シミュレーション環境「箱庭」の紹介 • 宇宙ドメインでの箱庭の利⽤検討 • 搭載ソフトウェアの箱庭シミュレーションの適⽤例 • 今後の課題とお誘い • 可視化を含めたプロトタイプ(Hakoniwa-space)の開発 • 他の搭載ソフトウェア（cFS, C2A, S2E）を箱庭アセットとして連携 • 同様の活動をされている⽅がいらっしゃれば、お声がけください︕ • 箱庭をどのように使うとうれしいか、⼀緒に考えませんか︖ • connpassで毎⽉イベントを開催しているので参加をお待ちしています︕ https://hakoniwa.connpass.com/ • https://toppers.github.io/hakoniwa/ まとめと今後の課題
- 21. 21 • C2A-core • 東⼤の中須賀、船瀬研が中⼼で作成しているフライトソフト • https://github.com/ut-issl/c2a-core • 国内の⼤学の⼩型衛星で実績もあるし • CFS • NASAのゴダード宇宙センターで作成しているフライトソフト • https://github.com/nasa/cFS • 両者ともそれぞれシミュレーションは持っていたりするけど、それに SpaceWireOSを繋いで相互でシミュレーションできる環境があるとうれし いのではないか︖ 箱庭でこんなところと繋げてみたい
- 22. 22 • Webベースの衛星デジタルツイン︕ • たぶん、アメリカのSedoraってところが⼀番イけてそう • https://www.sedaro.com/ • 衛星のフォーメーションフライト • 衛星のコンステレーション（星座） • Starlinkをはじめ複数の衛星を使ってインターネット通信 • 2023年9⽉時点で3000機以上で構成されている(らしい) • 構成管理とかどうしているのか…︖ • そういえば、箱庭で何台までシミュレーションしたっけ… こんなことができたら面白そう
- 23. Thank you 23 NPO TOPPRES Project – Hakoniwa WG - URL: https://toppers.github.io/Hakoniwa/ Mail: secretariat@toppers.jp