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mruby/c機能紹介20160329
2016年3月29日に開催した「mruby、mruby／cセミナー」で発表に使用したmruby/cの機能紹介スライドです。
mruby/c機能紹介20160329
- 1. 2016年3月29日 （共同研究者） 国立大学法人 九州工業大学 情報工学研究院 機械情報工学系 准教授田中和明 しまねソフト研究開発センター （公益財団法人しまね産業振興財団） 専門研究員 東 裕人 © Kazuaki Tanaka & Shimane IT Open-innovation Center プログラム言語「mruby」 先駆的研究テーマ「mruby/c」 〜mruby/c の機能紹介〜
- 2. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center 内 容 １ mruby の紹介 ２ mruby の最近の話題 ３ mruby/c の紹介 ４ mruby/c ボードの開発状況 ５ mruby/c のデモ
- 3. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center １ mrubyの紹介 ・Rubyを小型化し、組込み用途で利用する ・（例） − 組込みデバイス − 他のアプリケーションの内部で動く − コマンドラインアプリケーション （ネイティブアプリケーション）
- 4. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center Rubyとの違い ・mrubyのプログラム実行 (1)ソースコードをコンパイルして バイトコードを得る (2)バイトコードをVMが逐次実行する ・バイトコードを実行するVMがあれば、 どの環境でもmrubyプログラムを動かせる
- 5. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center バイトコードの特徴 ・バイナリ形式 ・アーキテクチャに依存しない ・言語の解析が不要（アセンブラに近い） ・実行時の高速化、省メモリ （ここからは未実装） ・局所的な最適化が期待できる ・暗号化、電子署名
- 6. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center 組込みソフトの難しさ ・製品ごとに、使われているマイコンの CPU、メモリ、OSなどが異なる ・マイコンごとに、専用の 開発環境が必要 ・周辺回路（I/O）も異なる ・組込みソフトの開発だけでなく、 保守作業も困難
- 7. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center 難しさの例（よくある話し） ・製品に使用していたCPUが製造終了 ・新しいCPUを使った製品を開発する ・ソフトを作り直す ↑ CPUが異なれば、ソフトも大きな変更が必要 ・CPUのビット幅が異なる ・アーキテクチャが異なる ・これまで使っていたOSが対応していない ・タイミングが合わない（古い製品にありがち）
- 8. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center 解決方法 ・ハードウェアに近い部分を抽象化する − HAL（Hardware Abstract Layer） ・VMで抽象化する − Java ・抽象度の高い言語を使う − スクリプト言語（RubyやJavaScriptなど） mruby
- 9. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center mrubyの場合
- 10. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center VMでバイトコードを実行する
- 11. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center VMで動作検証できる ・PCの上で動くVMを作っておくと 組込みソフトのテストができる − テスト用の入出力を用意しておき、 プログラムを実行する
- 12. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center mrubyのバージョン ・公開（Ver.1.0） − この時点で、多くのライブラリが提供されている ・デバッガが提供されている（Ver.1.1） − デバッガツール（コマンドライン） − デバッガ用API ・mrbgemの充実（Ver.1.2） − クロスコンパイル − mrbgemsの整理
- 13. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center mrubyの機能拡張 〜mrbgems〜 ・機能拡張部分（多くはクラスの実装）を １つのディレクトリ内にまとめる ・ビルド設定ファイルに記述することで VMビルド時に機能が取り込まれる ・不要な機能はビルド設定ファイルから 取り除くこともできる
- 14. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center ２ mruby の最近の話題 ・「組込みシステムの高効率開発を可能とする 開発フレームワークの研究開発」 （九州工業大学、SCSK九州、有明高専） − NEDOの助成事業 「IoT社会の実現に向けた電子・情報分野事業の周 辺技術・関連課題における小規模研究開発」 − mrubyを使ったIoT製品開発を効率化する − 統合開発環境を設計開発する − enziボード(*1)とシームレスに繋がる開発環境 (*1)enziボード：mruby専用のマイコンボード、ARM Coretex M4
- 15. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center こんなイメージ ・Arudinoみたいな感覚で使えるmrubyボード ・Arudinoとの違い − ｍrubyである − enzi以外のmrubyボードも用意する （バイトコード互換） − 必要なセンサに対応したVMにカスタマイズできる （Railsの感覚）
- 16. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center ３ ｍruby/c の紹介 ・mrubyの多機能に対する逆張り ・mrubyでできない事を実現しよう！ − 少ないメモリ（〜ワンチップ） − コンカレント動作（〜OSはいらない） − 起動を速くする（〜割り込みを目指す） − 組込み技術者向けの仕様 （〜見て分かる規模にする）
- 17. mruby/c の特徴 ①高い開発生産性：C言語に比べて、5倍程度と予測 ✪Rubyが持つ高い生産性を引き継ぐ ✪コンカレントな動作（異なる動作は、別のプログラムで実現） ⇒ ・スピーディーな試作開発、実用化開発を実現 ・容易に変更が可能 ②省電力：従来のｍruby比で10分の1程度、メモリ消費50kb未満で稼働 ✪本来の機能以外の動作を省き実装を最適化 ✪マルチコアプロセッサを積極的にサポート ⇒・限られた電力供給環境下でも稼働 （電池駆動、エナジーハーベスティング） © Kazuaki Tanaka & Shimane IT Open-innovation Center
- 18. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center mruby/cの基本コンセプト ・mruby/cの優先順位 mrubyは、 1.メモリ 3.機能 2.起動速度 4.実行速度 3.機能（ライブラリ） 1.メモリ 4.実行速度 2.起動速度 ・想定するアプリケーション領域 ・省電力デバイス ・手軽に試作する
- 19. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center mruby と mruby/c の概要 mruby mruby/c ターゲット サーバー 組込みOS OSは、ほぼ必要 小型デバイス OSなし メモリ 〜400KB 〜40KB 機能拡張 mrbgems ソース書き換え VMの機能拡張 通常はできない 可能 ライセンス MIT BSD 目指すところ 多くの環境で動作 CRubyとの互換性 小型 省電力
- 20. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center mruby/c ターゲットCPU PSoC5(32bit) Cypress RX63N(32bit) ルネサス PIC24(16bit) Microchip Technology
- 21. mruby/c β版の公開 © KazuakiTanaka & Shimane IT Open-innovation Center 現在、GitHubで公開しています https://github.com/mrubyc/mrubyc
- 22. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center 「mruby/c」 の評価
- 23. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center mruby/c への機能追加 ・（状況） − Cで作成した関数を持っている − Rubyから呼び出したい ・（方法） − RubyのメソッドとCの関数の対応を記述する − RubyとCの間の値の受け渡し （wapper関数を作る）
- 24. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center 機能追加の例 ・（状況） − ベンダーからLED出力の関数が提供されている ・（方法） − wapper関数を作成する − wapper関数を作成する void LED_Writer(uint8 value); void c_led(mrb_vm *vm, mrb_volue *v) { LED_Write( GET_INT_ARG(θ) ); } mrb_define_method(static_class_object, “led”, c_led);
- 25. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center サンプルプログラム delay の関数も同様に作成します
- 26. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center ◯ｍrubyの研究を取り込む ・学生がMQTTをmrubyに実装しました − ｍrubyのビルド設定に１行追加するだけで、 MQTT対応のVMを作成できます − 「build_config.rb」の中に１行追加するだけ conf.gem :github => ‘sabakan21/mruby-mqtt’ mruby/c への機能追加
- 27. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center 実験
- 28. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center 「mruby-mqtt」の評価(１)
- 29. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center 「mruby-mqtt」の評価(２)
- 30. © Kazuaki Tanaka& Shimane IT Open-innovation Center ４ mruby/c ボードの開発状況 (1)mruby/cが動く状態のマイコン − マイコンのフラッシュ内にmruby/cのVMを 書き込み済みで配布する ※PSoC5を搭載 (2)IDE − ケーブルで接続するだけで mruby/cのマイコン開発を可能にする (3)ローカル／クラウドコンパイラ
- 31. ５ mruby/c のデモ Zigbeeインターネット センサーボード mruby/c マイクロサーバー CRuby ブラウザ © Kazuaki Tanaka & Shimane IT Open-innovation Center