エンベデッドシステムスペシャリスト 2016年 春期 午後Iの問題文9問です。図・表・別冊資料と正解は掲載していませんので、出典の公表資料またはアプリでご確認ください。
カーオーディオシステムに関する次の記述を読んで,設問1 3に答えよ。 A社は,ハイレゾリューション(以下,ハイレゾという)オーディオに対応した カーオーディオシステム(以下,システムという)の開発を行っている。システム では,USBメモリ内の圧縮された音楽ファイル(以下,圧縮音楽ファイルという) の再生及びスマートフォンで再生した音楽の出力を行う。 [システムの構成] システムのハードウェア構成を図1に示す。メインMCUは,内蔵USBホスト回 路を使用して,USBメモリとスマートフォンの制御を行う。メインMCUとUSB通 信の動作クロックは,USB用発振子から生成する。また,メインMCUは,ダイレ クトメモリアクセスコントローラ(以下,DMACという)を使用し,シリアルIF (以下,SIOという)2を介してD/Aコンバータ(以下,DACという)にデータを 送信する(以下,DAC送信という)。再生する音楽のサンプリング周波数と量子化 ビット数を基に,オーディオ用発振子のクロックを分周し,SIO2の転送クロックと する。 サブMCUは,再生する音楽の選択を行う操作キーの入力,及び再生中の圧縮音 楽ファイル名,再生経過時間などの表示制御を行う。 USBメモリ レロ a=【 ae スマートフォキッメインMCUスピーカ USB用発振子オーディオ用発振子 WDT:ウォッチドッグタイマ 図1システムのハードウェア構成 ここ2にーー [対応するハイレゾオーディオのフォーマット]〕 対応するハイレゾオーディオのフォーマットは次のとおりである。 ・アナログ音声データを最大サンプリング周波数192 kHz,量子化ビット数32ビッ ト,2チャネル(ステレオ)で,ディジタル変換する。 ・ディジタル変換したデータをPCMデータといい,2チャネル分を同時サンプリン FUT,1サンプル分のデータとする。 [再生動作〕 USBメモリ内の圧縮音楽ファイル再生動作及びスマートフォンの音楽再生動作の データフローを,図2に示す。 USBメモリ内の圧縮音楽ファイル再生時|普声出力処理| |圧縮音楽圧縮音楽PCM !ファイルデータデータ! ||」||dares LL|員DAC送人処理 Ce ite PCa hE|DA バッファ fデータ1 -スマートフォンの音楽再生時"" _図2再生動作のデータフロー (1)USBメモリ内の圧縮音楽ファイル再生動作 USBメモリの接続検出後,メインMCUは,USBメモリ内の再生可能な圧縮音 楽ファイルを検索し,検索順に再生を開始する。また,再生する圧縮音楽ファイ ルを操作キーで選択することもできる。メインMCUには,1.000サンプル分の PCMデータを蓄積するバッファが四つあり,四つのバッファがFIFOを構成して いる。1回の伸張処理ごとに1.000サンプル分のPCMデータを生成し,バッファ に蓄積する。4段目のバッファまでPCMデータを蓄積し終えると,DAC送信を開 始する。 —3— DAC送信は,バッファ1段ごとに行い,1段分のDAC送信が完了すると,自動 的に次段のDAC送信を開始し,メインMCUは,次の伸張処理を行う。 (2)スマートフォンの音楽再生動作 メインMCUは,スマートフォンの音楽再生用アプリケーション(以下,音楽 再生アプリという)を,内蔵USBホスト回路を介して制御する。メインMCUは, 音楽再生アプリで選択した音楽のサンプリング周波数などの情報を取得し,PCM データを実際の再生速度で受信する。メインMCUは,スマートフォンの音楽再 生に使用できるバッファを四つもち,受信したPCMデータをバッファに蓄積し, DAC送信を行う。音楽再生アプリは,メインMCUからの再生開始コマンドによ って音楽の再生を開始し,1曲ごとに再生を停止する。 [メインMCUのソフトウェア構成 メインMCUの0Sには,リアルタイムOSを使用する。メインMCUの主なタス ク構成を図3に,USBメモリ内の圧縮音楽ファイル再生時に動作する主なタスクの 処理概要を表1に,それぞれ示す。 Ss 伸張3 注記数字は,タスクの優先度を示す。タスクの優先度は,値が小さいほど 高い。 図3メインMCUの主なタスク構成 ーー4ーー 表1 USBメモリ内の圧縮音楽ファイル再生時に動作する主なタスクの処理概要 ・USBメモリの接続検出,操作キーによる圧縮音楽ファイルの選択,又は曲の終了通 メイン知を受け取ると,ファイル管理タスクに圧縮音楽ファイルの検索を要求する。 ・圧縮音楽ファイル名と伸張要求を伸張タスクに通知する。 ・SIO1を使用して,①情報をサブMCUに送信する。 ・圧縮音楽ファイルの検索要求を受け取ると,USBメモリ内を検索し,再生する圧縮 ファイル管理|音楽ファイルを決定する。 ・伸張要求を受け取ると,再生する圧縮音楽ファイルからPCMデータで|bp| 伸張分の圧縮音楽データを読み出し,伸張処理を行う。 ・伸張処理が完了すると,音声出力タスクに伸張完了を通知する。 ・伸張完了を受け取ると,PCMデータをバッファに蓄積する。 ・バッファに空きがある場合は,伸張タスクに伸張要求を通知する。 音声出力・バパッファの[| 。|]までPCMデータを蓄積すると,DAC送信を開始する。 DAC送信が完了すると再生経過時間を算出し,[a|に通知する。 ・バパッファが全て空になった場合は,曲の終了を| 』|に通知する。 1・バックグラウンドタスクとして動作し,WDTをクリアする。 I
設問1システムの仕様について,①),2)に答えよ。 (1)USBメモリの接続検出後,一定時間内にスピーカから音声を出力させた い。システムの処理時間として,バッファがどのような状態になるまでの時 間を考慮しなければならないか。25字以内で述べよ。ここで,PCMデータの 転送時間は無視できるものとする。 (2)USBコネクタ部への車体の振動及び外来ノイズの影響によって,USB通信 のエラーリトライ処理が発生し,伸張完了までの処理が一時的に遅延する可 能性がある。この点を考慮して,伸張処理後のPCMデータをバッファに蓄積 レている。 (a)PCMデータをバッファに蓄積しない場合,再生音にどのような問題が発 生するか。10字以内で述べよ。 (⑪)許容できる遅延は,最大でバッファ何段分の再生時間か。
設問2メインMCUのソフトウェア動作について,(1),②⑫)に答えよ。 (1)いずれかのタスクに異常が発生し,システム監視タスクが一定時間内に WDTをクリアできない場合は,WDTがメインMCUをリセットする。 (a)優先度が低いシステム監視タスクでWDTをクリアする設計にしているの ビー5— lk,どのような状態を検出するためか。50字以内で述べよ。. (b)システム監視タスクで,WOTをクリアするだけでは,タスクの待ち状態 が解除されない異常を検出できない。そこで,タスクが動作したことを示 すフラグをタスクごとに用意し,動作すべきタスクのフラグが全てセット されているときだけWOTをクリアすることにした。スマートフォンの音 楽再生中にフラグをチェックすべきタスクを,図3中から全て答えよ。 (2)USBメモリ内の圧縮音楽ファイル再生動作について,⑫~(<c)に答えよ。 @表1中の|a|に入れる適切な処理内容を,35字以内で述べよ。 oo)表1中の|b|~|』|]に入れる適切な字旬を答えよ。 (c)表1中の下線①の情報を,二つ答えよ。
設問3音楽の再生機能について,(1),⑫)に答えよ。 Q①)スマートフォンの音楽再生に関する次の記述中の|ce|~ |gz|に入れる剖切な字句又は数値を答えよ。 USB通信クロックとDACへの転送クロックは,生成の基になる発振子が異 なるので周波数差がある。そのため,受信したPCMデータのバッファリング を行わないと,データの| e|又は|{|が発生する。そこで, 図2の四つのバッファを使用し,バッファ2段目までPCMデータを蓄積した ところでDAC送信を開始することによって,1曲ごとに周波数差を吸収して いる。 周波数差が最大0.01%の場合,5分間の音楽を再生するために必要なバッ ファ1段当たりのサイズは,最小|gz|バイトである。ここで,DAC 送信中のバッファに書込みできるものとする。 2)USBメモリ内の圧縮音楽ファイルの再生時,伸張処理以外の処理負荷を考 慮し,表1の伸張タスクのCPU占有率を50%以下にしたい。そのためには, 伸張処理1回当たりの伸張タスクの処理時間は何ミリ秒以下でなければなら ないか。答えは小数第3位を四捨五入して,小数第2位まで求めよ。ここで, サンプリング周波数192kHzのサイクル時間は,5.20マイクロ秒とする。 ー6一
食券自動販売機に関する次の記述を読んで,設問1<3に答えよ。 B社は,自動オーダ機能付き食券自動販売機(以下,券売機という)を開発して いる。券売機は,麺類,丼類,定食類など,料理の種別ごとに分かれた複数のHE に1台ずつ設置されているプリンタ(以下,キッチンプリンタという),及び事務所 に設置されたPCにLANを介して接続される。利用者が券売機から料理を選択して 食券を購入すると,券売機は,購入された料理の調理を担当する厨房のキッチンプ リンタに注文伝票を印字させる。券売機の外観を図1に,券売機の構成要素とシス テム構成を図2に,券売機の構成要素の概要を表1に,それぞれ示す。 ae Cece タッチパネル-- 食券排出ブイの 現金投入口 ャービos 電源スイッチ 図1券売機の外観図2券売機の構成要素とシステム構成 表1券売機の構成要素の概要 |構成要素名| ””tO 制御部・PC及びキッチンプリンタとの通信,操作表示ユニット・現金出納ユニット・食券 8印字ユニットの制御など,券売機全体の制御を行う。 _・制御部からの指示で表示画面の更新を行う。 let 3・制御部からの指示で現金を取り込み,取り込んだ金額を制御部に通知する。 |食券印字ユニット|・制御部からの指示で食券を印字,排出し,排出完了を制御部に通知する。| [券売機の動作概要)】 券売機は初期化中,待機中,注文中,営業終了の四つの状態をもつ。初期化中状 態には,電源がONされたときだけ居移する。また,初期化中以外の各状態では, それぞれ待機中画面,注文中画面,営業終了画面表示する。注文中画面を図Ic, 券売機の各状態での動作概要を表2に示す。 ーーーー 2[==E Seamer Tr Do購入候補リスト表示欄 ゴト取消ボタン ーーコーERE 3 Y == 図3注文中画面 表2券売機の各状態での動作概要 動作概要 ・システムを初期化し,初期化が完了したらPCからの接続を待つ。 angie|PCから接続されたら。注文番号の初期値。販売する料理の名称,単価販売可能数,メニュ ーボタンの配置位置,料理の種別,種別ごとに対象となるキッチンプリンタの情報(以下,営 業情報という)を受信する。営業情報を全て受信したら待機中状態に怖移する。 ・待機中画面を表示し,タッチパネルにタッチされたら注文中状態に遷移する。 ・注文中画面を表示し,タッチされたボタンに応じて画面の更新,状態の須移を行う。 ーメニューボタンには料理の名称及び単価を,購入候補リスト表示欄には選択された料理の名 称及び購入数を,合計金額表示欄には選択されている料理の単価及び購入数から計算した合 HOME,それぞれ表示する。 ーメニューボタンにタッチされるたび,購入候補リスト表示欄及び合計金額表示欄を更新す る。タッチされたボタンに表示している料理がまだ購入候補リスト表示欄になければ購入数 1で追加し,既に購入候補リスト表示欄にある料理であれば,その購入数を1増やす。 ー販売可能数が0の料理はメニューボタンの色を薄く表示し,タッチされても反応しない。 ー購入候補リスト表示欄に料理がーつも入っていない場合は確定ボタンの色を薄く表示し,タ 注文申ッチされても反応しない。 ー取消ボタンにタッチされたら待機中状態に怖移する。 ー確定ボタンにタッチされたら注文を確定し,次のO~@を行う。 ①利用者が現金を投入するのを待つ。入金金額が合計金額以上となったら,釣鐵がある 場合は釣銭を排出する。 ②購入された料理ごとに,注文番号を1加算して食券を1枚ずつ排出する。食券には, 注文番号,料理の名称,購入数及び金額が印字される。また,購入された料理の調理を 担当する厨房のキッチンプリンタに,食券と同じ情報を注文伝票として印字するよう指 示する。 @購入された全ての料理について処理を終えたら待機中状態に怖移する。ただし,全て の料理の販売可能数が0となっている場合は営業終了状態に須移する。 ・営業終了画面を表示する。タッチパネルにタッチされても反応しない。 〔制御部と各ユニットとの通信概要) 券売機において,制御部は,シリアルバスを通じて100ミリ秒に1回,全てのユ ニットと通信を行う。制御部は一つのユニットに指示を送信し,指示を受信したユ ニットから通知が返されるのを待ち,通知を受信したら次のユニットに指示を送信 する。三つのユニットと送受信を行ったら次の送信タイミングを待つ。制御部,各 ユニットとも,指示又は通知する情報がなければ,そのことを示すデータを送信す る。 ーー8ーー [制御部のソフトウェア構成 制御部では,リアルタイムOSを使用する。制御部のタスク構成を図4に,制御 部のタスクの機能概要を表3に,注文動作の開始から終了までの注文タスクの処理 を図5に,それぞれ示す。 シリアル通信Ei een Ld ーー----ヶ滞業情報<--.. ae 注記1実線の矢車は,メールボックスを使用したタスク間のメッセージ 通信の方向を示す。 注記2破線の矢印は,メモリへの書込み及び読出しを示す。 図4制御部のタスク構成 表3制御部のタスクの機能概要 ・LAN通信タスクを介してPCから受信した営業情報を,メモリに書き込む。 Kit・券売機の状態を管理し,表示する画面種別を決定してタッチパネルタスクに送信する。 ・注文動作の開始を注文タスクに送信し,注文動作の終了を待つ。注文動作が終了した時に 全ての料理の販売可能数が0の場合は,営業終了状態に怖移する。 ・制御タスクからの依頼で注文動作を開始し,購入候補リスト,合計金額,販売可能数及び 注文番号を管理する。 ・注文中画面の内容を決定してタッチパネルタスクに画面更新指示を送信する。また,タッ 注文チパネルタスクから受信したボタン情報に応じた処理を行う。 ・注文確定時の金銭出納,食券印字及びキッチンプリンタへの注文伝票印字指示を行う。 ・確定又は取消しによって注文動作が終了すると,注文動作の終了を制御タスクに送信す る。 ・制御タスク又は注文タスクからの依頼で,タッチパネルに表示する画面データを生成し, シリアル通信タスクを介して画面更新を操作表示ユニットに指示する。 タッチパネル|・シリアル通信タスクを介して操作表示ユニットから通知される操作情報を,ボタン情報と して,制御タスク又は注文タスクに送信する。ただし,色を薄く表示しているボタンに対 するタッチについての情報は送信しない。 シリアル通信|100ミリ秒ごとに,各ユニットに対し,他のタスクから受信した指示内容又は指示なしを "|意味するデータを送信し,各ユニットから受信した通知を,該当するタスクに送信する。 ・PC及びキッチンプリンタと通信を行う。 ーー9— 必要な情報を初期化する。 注文中画面の内容を決定してタッチパネルタスクに画面更新指示を送 信し,タッチパネルタスクからボタン情報が送信されるのを待つ。 C7)| 販売可能数及びシリアル通信タスクを介して現金出納ユニットに [x|を更新する。現金の取込みを指示し,|カ|を待っ。 釣銭金額を計算し,釣銭があればシリアル通信タスクを介して現金出納 ユニットに釣銭排出を指示し,[しキde. 注文番号を1加算する。 シリアル通信タスクを介して食券印字ユニットに食券の印字を指示し,RH 印字ユニットからの排出完了通知を待つ。 LAN通信タスクを介して注文伝票のデータをキッチンプリンタに送信する。 はい 注文動作の終了を制御タスクに送信する。 図5注文動作の開始から終了までの注文タスクの処理
設問1券売機の仕様について,1)~(3)に答えよ。 (1)券売機がPCから受信する営業情報のうち,料理ごとに必要となる情報 を,名称,単価,販売可能数以外で二つ答えよ。 (2)注文中画面において,確定ボタンと取消ボタンだけが反応するのは,どの ような場合か。45字以内で述べよ。 (3)制御部から三つのユニットにそれぞれ100バイトのデータを送信し,=O のユニットからは制御部にそれぞれ20バイトのデータが送信される。このと き,制御部が100ミリ秒の通信周期内の最後のデータを受信してから,次に データ送信を開始するまでの間は何ミリ秒か。答えは小数第2位を四捨五入 して,小数第1位まで求めよ。ここで,シリアルバスの通信速度は100kビッ トノ秒,1バイトは10ビット,1kは10?とする。また,各ユニットは制御部 から送信されるデータを全て受信した後,500マイクロ秒の処理を行ってか ら応答データの送信を開始し,制御部は各ユニットから送信されるデータを 全て受信した後,100マイクロ秒の処理を行ってから次のユニットへの送信 を開始するものとし,制御部の送信処理時間は無視できるほど小さいものと する。
設問2制御部のソフトウェアについて,Q①),⑫)に答えよ。 (1)注文タスクの処理について,3⑫)~(dに答えよ。 @図5中の|ア|~|ウ|に入れる適切なボタン名を,図3中 の字句で答えよ。 6)図5中の|エ|に入れる適切な情報を二つ答えよ。 (<)図5中の|オ|に入れる適切な処理を,25字以内で述べよ。 @図5中の|カ|,|+|]に入れる適切な処理を,それぞれ25 字以内で述べよ。 (2)初期化中状態以外で,制御タスクが営業情報を読み出すタイミングを30字 以内で,読み出す理由を40字以内で,それぞれ述べよ。
設問3券売機の機能追加について,(1)~(3③に答えよ。 ビピーク時の券売機の順番待ち時間を短縮するために,券売機を複数台設置し てLANで接続することにした。設置する券売機の1台を親機,残りを子機とし て,親機では親機用プログラムを,子機では子機用プログラムを,それぞれ動 作させる。親機用制御部のタスク変更の概要を表4に,子機用制御部のタスク 変更の概要を表5に,それぞれ示す。 ーロー 表4親機用制御部のタスク変更の概要 ・問い合わせてきた子機に対し,営業情報を送信する。 ・販売可能数と注文番号を管理する。 ・注文タスク又は子機から販売可能数の更新依頼を受信したら,①更新の可否を判断して結果 を依頼元に送信する。更新した場合は,更新した販売可能数を注文タスク及び全ての子機に i送信する ・注文タスク又は子機から注文番号の取得依頼を受信したら,注文番号を依頼元に送信する。 ・注文タスク又は子機から受信する注文の確定及び注文の取消しの情報から,親機及び子機の 状態を管理して営業終了を判断し,営業終了となったら全ての子機に通知する。 ・料理の選択,注文の確定及び注文の取消しを制御タスクに通知し,販売可能数の更新を依頼 する。更新不可が返された場合は,何も更新しない。 注文・@注文動作の開始から終了までの間に,販売可能数の更新を制御タスクから受信したら,注 文中画面の表示を更新する。 ・注文が確定した場合,現金出納後に|。|に依頼する。 表5子機用制御部のタスク変更の概要 ・営業情報を親機から取得し,メモリに書き込む。 制御・販売可能数の更新を親機から受信したら,販売可能数の更新を注文タスクに送信する。 ・営業終了を親機から受信したら,営業終了状態に誠移する。 ・料理の選択,注文の確定及び注文の取消しを親機に通知し,販売可能数の更新を依頼する。 更新不可が返された場合は,何も更新しない。 注文・注文動作の開始から終了までの間に,販売可能数の更新を制御タスクから受信したら,注 文中画面の表示を更新する。 ・注文が確定した場合,現金出納後に,|b|に依頼する。 1)表4中の下線①において,販売可能数を更新できないと判断される場合 を,40字以内で述べよ。 (2)表4中の下線⑫及び表5中の下線③の変更を実現するために,これまで あるタスクからある情報を受信するのを待っていた人箇所で,新たに制御タス クからのメッセージも受信するようにした。どのタスクからどの情報を受信 するのを待っていたところか。タスク名と情報を答えよ。 ⑬表4中の|a|及び表5中の|b|に入れる適切な処理と依頼 He,それぞれ20字以内で述べよ。
LEDを用いたイルミネーションシステムに関する次の記述を読んで,設問1~3 に答えよ。 C社は,多数のLEDを使用して,一般的な家庭から,公共施設,.テーマパークに 至るまで,広範囲に使用できるLEDイルミネーションシステム(以下,LEDシス テムという)を開発することになった。 (LEDシステムの概要)〕 (1)特徴 開発予定のLEDシステムの概観を図1に示す。LEDシステムは,16個のLED の点滅を制御するLED発光部(以下,子機という)と,子機を制御可能なシステ ム制御部(以下,親機という)から構成される。PCやタブレット端末CAR,ホ ストという)が無線LANを介して,1台又は複数台の親機を制御して,LEDを点 灯させる。 LEDシステムは,親機に,全く同じ子機を最大254台までカスケードに接続す ることで,異なる使用条件に対応する。 Uしcy a ym T]親機Mi ge +y ae Mi LEDシステムの概観 (2)機能 LEDシステムは次のような機能をもつ。 ・ホストからの指示によってLEDを複雑な点滅パターンで点灯させる。 ・PWM信号を利用して,2,000段階での明るさの調整,任意の時間での点灯・消 灯を行う。 a ea ・PWM信号のデューティレシオの制御によって,使用するLEDによる明るさの ばらつきを補正する。 (3)動作 LEDシステムは,次のような動作を行う。 ・ホストは,LEDを点灯させるためのデータ(以下,点灯情報という)を親機に 送信する。 ・親機は,点灯情報に従ってLEDを点灯させるために,子機に必要な指示を行う。 ・親機と子機の間の通信には,通信速度20kビットノ秒のシリアル通信を使用す る。 (FROME) (1)構成 子機の外観を図2に,子機の構成を図3に示す。 ・人透明で柔軟性があるビニールチューブに格納されている。 ・両端にコネクタ部をもち,カスケードに接続できる。 du Wa透明なビニールチューブ oeo9oeeeoeoeosee)次の子機へ 注記〇,@,O,9はLEDを示す。コネクタ部 図2子機の外観 MCU 16個のLED 〇@ひ①⑱ 親機又は前の子機シリアルIF1〇人@①ざ シリアルIF2次の子機へ 図3子機の構成 (2)MCU MCUは,シリアルIF1とシリアルIF2を用いて親機又は別の子機と通信を行 い,1バイトのデータを10ビットで送信する。 ー14一 また,出力ポートを用いて16個のLEDを直接駆動する。出力ポート1本のド ライブ能力を表1に示す。 表1出力ポート1本のドライブ能力 アクティブ期間の条件|ドライブ可能なLED個数 LEDのドライブに使用可能な出力ポートのうちの8本は,タイマ機能によって PWM信号を出力する。タイマのPWM信号生成のブロック図を図4に示す。 一致信号 ーーラリァ|カ 制一PWM信号 ——一致信号御 ジッレー =nie 転送 図4タイマのPWM信号生成のブロック図 [パケットの概要)〕 (1)構成・種別 親機が子機に点灯指示を行うために送信するパケットの例を図5に,パケット の種類を表2に示す。図Cl,1バイト目で子機のアドレスを,2バイト目で LEDとその動作を,3,4バイト目でLEDの明るさを指定している。 1バイト目2バイト目3バイト目4バイト目 図5パケットの例 パケットは,表2に示すようにアドレスによって三つに分類できる。 表2パケットの種類 ーー (2)機能 ①子機の選択 親機は,何番目に接続された子機への点灯指示かを,アドレスで指定する。 最初に接続された子機をアドレス00,次の子機をアドレス01と指定する。 ②点灯指示 親機は,子機を指定したパケットで,LEDとそのLEDの明るさを2,000段階 で指定してLEDを制御する。これを基本動作という。 [複雑な点灯の制御] 基本動作以外に,MCUには,表3に示す三つの点灯を制御するパターン(以下, 点灯パターンという)があらかじめ書き込まれている。 表3点灯パターン a これを,指定した周期で繰り返す。 これらの点灯パターンを利用することで,親機からパターンと繰返し時間,明る さなどを指定するだけで,複雑な点灯を制御することができる。 ①LEDの明るさ制御 LEDの明るさの調整は,PWM信号で明るさの異なるLEDの補正を行って as ig一 2,000段階で制御する。 @LEDの明るさばらつき和補正 最も明るいLEDと最も暗いLEDとの明るさの比は4対1である。LEDの明る さはデューティレシオに比例するので,デューティレシオで明るさを補正できる。 ③LED駆動タイミング LED1とLED2を時分割でドライブするときのLEDの駆動タイミングを図6に 示す。 ・LED1は出力ポート1のハイレベルの期間1で選択し,LED2は出力ポート2 のハイレベルの期間2で選択する。 ・出力ポートで選択されたLEDの明るさは,PWM信号のデューティレシオで 制御する。 ・ちらつきを抑えるため,PWM信号の周期を10ミリ秒以下とする。 ここで,出力ポートを切り換える時間は無視できるものとする。 1点灯周期 「MAN|期間1『 amir RT way Sir BN 図6 LEDの駆動タイミング (PWM信号の発生〕 PWM信号を発生するタイマは,16ビットカウンタ(以下,カウンタという)と PWM信号の周期を指定する比較レジスタA,及びPWM信号の| 。|期間を 指定する比較レジスタ1~8から成る。比較レジスタ1~8 8にはバッファレジスタ 1~8がそれぞれ対になっている。カウンタと比較レジスタAの値が一致すると, | b|が発生する。同時に,PWM信号はローレベルに変化し,比較レジスタ 1 8には対になっている| c|の値が転送される。カウンタは0からカウン mg トを始め,カウンタと比較レジスタ1~8の値が一致すると,対応したPWM信号 が反転してハイレベルとなる。 |5|が発生した後の処理では,次の周期のPWM信号の|q|に対 応した値を,バッファレジスタに設定する。
設問1 LEDのドライブ方法の仕様設計について,①)~③⑬)に答えよ。 (1)タイマのPWM信号は8チャネル分しかないので,ソフトウェアでPWM信 号を出力できないか検討する。ここで,ソフトウェアでPWM出力を行った 場合,最小分解能はよ5マイクロ秒とし,割込み応答時間は無視できるものと する。 (a)LEDシステムにおいて,ソフトウェアでのPWM出力は使用可能かどう か答えよ。また,そのように判断した理由を,20字以内で述べよ。 (b)タイマのPWM信号を用い,図6に示すように時分割してLEDを制御す るとき,4本の出力ポート(期間1の出力に2本,期間2の出力に2本) を使用する必要がある。その理由を30字以内で述べよ。 ⑫)本文中の| 』|~| 』|に入れる適切な字句を答えよ。 ⑬次の文中の|e|~L_g|に入れる適切な字句を答えよ。 タイマは,MCUの32 MHzの動作クロックを2のべき乗で分周できるプリ |スケーラを用いて,できるだけ分周した信号をカウントさせる。時分割でニ つのLEDを制御するPWM信号の分解能をそれぞれ8,000とすると,1点灯 周期ではタイマは| 。|カウントする必要がある。このとき,比較レジ スタAの設定値は|{|になる。LED点灯の周期を10ミリ秒以下にす る場合のプリスケーラでの分周比は,最大|gz|となる。ここで, PWM信号の周期は,“比較レジスタAの設定値二1カウント"になるものと する。
設問2 LEDシステムの設計について,①⑪~(3)に答えよ。 (1)子機を接続順に区別するのは,LEDシステムのどのような要求仕様による ものか。30字以内で述べよ。 ー18一 (2)アドレスが00てFDのパケットを受信した子機は,自局宛て以外のパケッ トだけ,次の子機に送信する。そのとき,アドレスをどのように加工して次 の子機に送信すればよいか。15字以内で述べよ。また,自局宛てであること はどのようにして判断するのか。25字以内で述べよ。 (3)LEDの制御において,複数の子機問で同期をとるために,5バイト長でア ドレスがFFのパケットを使用する。しかし,これだけでは,子機問の通信時 間の蓄積によって誤差が発生する。この対策として,親機は使っている子機 の台数をアドレスFEのパケットのデータとして送信し,受信した子機はデ ータを一1して次の子機に送信する。 (a)親機がプロードキャストパケットの送信を開始して,201台目の子機が受 信開始するまでの時間は何ミリ秒か。答えは小数第1位を四捨五入して, 整数で求めよ。ただし,子機は受信完了後に送信を開始し,通信時間以外 は無視できるものとする。 ⑪)FHI,アドレスFEのパケットのデータをどのように使えばよいか。30 字以内で述べよ。
設問3不具合対策について,(1),(②)に答えよ。 点灯指示の基本動作だけでは,子機が増えたときに,緩やかに点灯時の明る さの変化時間に制限が生じるとの指摘があり,点灯パターンを追加した。 (1)指摘内容について,(a),(⑪)に答えよ。 (a2)どのような制限が指摘されたか。20字以内で述べよ。 (b)それはどのような理由によるか。20字以内で述べよ。 (2)点灯パターンで緩やかに点滅させるときに,LEDの明るさ情報以外で送信 しておく情報を二つ答えよ。 ー19一 [xモ用紙〕 上 [xモ用紙) [xモ用紙〕 [メモ用紙]
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