エンベデッドシステムスペシャリスト 2022年 秋期 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。
パワーアシストスーツに関する次の記述を読んで,設問に答えよ。 A社は,物流倉庫などで働く作業者が,荷物を持つとき及び運ぶときの腰又は下肢 の負担を軽減するパワーアシストスーツ(以下,PAスーツという)を開発している。 PAスーツの外観を図1に示す。 荷物 操作表示部 制御部, 駆動部,駆動部,TMU, 角度センサー,角度センサー,電源部 IMU IMU 手袋スイッチ 駆動部, 手袋スイッチ手袋スイッチIMU (a)作業者(正面)(b)荷物を運ぶ作業者(側面) 注記IMUは,加速度センサー,角速度センサーなどを一つのパッケージに統合した慣性計測ユニットを 示す。 図1 PAスーツの外観 PAスーツは,各種センサーから取得した値によって,作業者の動作を判定する。 判定した動作に応じて駆動部を制御して,腰又は下肢の負担を軽減するアシストを 行う。 [PAスーツの構成 PAスーツの構成を図2に,PAスーツの主な構成要素の機能概要を表1に示す。 es ーーートイ|WW| 2 PAスーツの構成 ome 2 ems 表1 PAスーツの主な構成要素の機能概要 構成要素名機能概要 ・MCU,RAM,複数のシリアル1I/Fなどが搭載され,PAスーツ全体を制御する。 ・シリアルI/Fに,三つのIWと二つの角度センサーと二つの手袋スイッチ!が接続されてい る。 制御部・角度センサーから左右の下肢の角度を取得し,背中にあるIMUから3軸の重力加速度を取得 することによって,姿勢の判定を行う。 ・腰の左右にあるIMUから角速度を取得し,左右の下肢の姿勢の変化を検出する。 ・二つの手袋にある手袋スイッチから,手が荷物などの物体と接触していることを検出する。 ・各種センサー情報によって,アシストの内容を決定及びトルクの算出を行う。 sa・一つの駆動部はーつのモーターをもつ。 SR・制御部から指示を受け,モーターを制御してトルクを発生させる。 ・PAスーツの電源を投入するための電源スイッチがある。 操作表示部・ボタン操作によって,アシストのレベル(以下。アシストレベル2という)を調整する。 ・7セグメントLEDに現在のアシストレベルなどを表示する。 注'!手袋スイッチは,手が物体と接触している場合はONを,接触していない場合はOFFを出力する。 2アシストレベルには1~5の段階があり,1が最も弱く,5が最も強くアシストを行う。3を初期値とする。 [姿勢とセンサーの関係〕 横から見た姿勢と角度センサー及び背中にあるIMUの値との関係を図3に示す。 Y軸の値:Y軸の値:.135度Y軸の値: 角度H 0.7近辺。E 9近辺1近辺『軸の値:回転9近辺 “sa CoO:YOY 8 ヽーーanり ORE caAN 2 RS+2 回転36度 回転-45度45度 回転回転 (a)直立時(b)96度前屈時(c)135度前屈時(d)歩行時 注記Y軸の値は,背中にあるIMの3軸の重力加速度のうちY軸の値を示す。 図3横から見た姿勢と角度センサー及び背中にあるIMUの値との関係 [アシストの概要]〕 PAスーツは,荷物の持上げ及び持下げ時は腰の負担の軽減を行い,歩行時は下肢 の負担の軽減を行う。PAスーツの状態と動作概要を表2に示す。 なお,荷物を持っていても直立しているときには,PAスーツの状態はアイドル状 態となり,アシストを行わない。 ーー3ーー 表2 PAスーツの状態と動作概要 荷物を持ち上げるときに,直立にするように腰をアシストしている状態 荷物を下ろすときに,前にかがむように上半身を支え,腰をアシストしている状態 歩行しやすくするように,下肢をアシストしている状態 注記持上げ,持下げと歩行は同時に行わかいものとする。 PAスーツの状態乱移を図4に,PAスーツの状態居移の条件一覧を表3に示す。図 4の乱移の番号は表3の項番に対応している。 ① Gr ae==GZ of」 @ ② >持下げ @ 注記電源が投入されたときの初期状態はアイドル状態となる。 図4 PAスーツの状態須移 表3 PAスーツの状態乱移の条件一覧 BBR |@|手袋スイッチが0N。かつ,角度センサーの値が減少するとき,かつ,|sa] 一定時間,左右の角度センサーの値が交互に増減を繰り返したとき 一定時間,左右の角度センサーの値が変化しなかったとき @|PRALLEE OM,かっ,角度センサーの値が持上げ開始角度内(60度ご90度)から減少するとき,か Sor 手袋スイッチがOFF,又は,角度センサーの値が6度近辺であり,背中にあるIMのY軸の値が0近辺の とき 手袋スイッチが0N,かつ,角度センサーの値が持下げ開始角度内(9度一10度)から増加するとき 手袋スイッチがOFFを検出したとき 手袋スイッチがON。かつ,角度センサーの値が増加するとき —4に 〔制御部のソフトウェア構成〕 PAスーツの制御部では,リアルタイム0Sを使用する。制御部の主なタスクの構成 を図5に,制御部の主なタスクの処理概要を表4に示す。 “FS BE HY yp 7】 操作 注記矢印は,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。 図5制御部の主なタスクの構成 表4制御部の主なタスクの処理概要 |・(ア)あるタスクから特定の通知を受けると,次の処理を行う。 -IMU計測タスクからIMUの計測値の通知を受けていた場合,IMU計測情報を更新する。 -手袋スイッチの状態,下肢の角度情報,及びIMU計測情報からPAスーツの状態を判定す る。 制御-PAスーツの状態が違う状態に乱移したときは,アシスト管理タスクに通知する。 -アシスト管理タスクから| b|の通知を受けていた場合,保存していた情報を更新す る。 -PAスーツの状態及び[|bp]からアシスト強度を算出し,モータータスクに通知する。 ・実行時間は最大599マイクロ秒である。 ・操作タスクからボタン操作の通知を受けると,ボタンの操作内容からアシストレベル情報を1 -て5の範囲で更新し,制御タスクに通知する。 アンスト|・制御タスクから| c|の通知を受けると,保存していた情報を更新する。3 管理navies—"” ・PAスーツの状態及び[|b|から表示情報を作成し,表示タスクに通知する。 ・実行時間は最大3マイクロ秒である。 ・5909マイクロ秒間隔の05タイマーによって起動される。 IMU計測|・1MUの計測値を収集し,制御タスクに通知する。2 ・実行時間は19マイクロ秒である。 下肢角度|ミリ秒間隔の05タイマーによって起動される。 計測・角度センサーから下肢の角度情報を収集し,制御タスクに通知する。1 ーー・実行時間は5マイクロ秒である。 モーター|'制御タスクからアシスト強度の通知を受けると,トルクを算出し,駆動部に送信する。 ・実行時間は19マイクロ秒である。 ・アシスト管理タスクから表示情報の通知を受けると,操作表示部の7セグメントLEDの表示 表示を更新する。4 ・実行時間は1マイクロ秒である。 ・操作表示部のボタンが押されると,アシスト管理タスクにポタン操作を通知する。 iE)Prはタスクの優先度であり,小さい値ほど高いものとする。 a 5 os
設問1 PAスーツのシステム仕様について答えよ。 (1)持上げ状態のとき角度センサーの値が増えると,どの状態に需移するか。 表2中のPAスーツの状態で答えよ。 (2)PAスーツの状態の判定について,(a),(b)に答えよ。 (a)表3中の| 。|]の条件を入れなかった場合肘掛けのある椅子に座 った状態で,椅子の肘掛けに両手を置き,立ち上がろうとしたときに,PA スーツの状態は持上げ状態に遷移した。その理由を,45字以内で答えよ。 (b)(a)の須移を防ぐために追加した条件|a|を39字以内で答えよ。
設問2制御部のソフトウェアについて答えよ。 (1)表4中の下線(ア)の通知について,どのタスクから何の情報の通知を受 けるか。タスク名と情報を答えよ。 (2)表4中の| b|,|c|に入れる適切な字句を答えよ。 (3)下肢角度計測タスクが起動してから,モータータスクの動作完了までの実 行時間は最大何マイクロ秒か。ここで,0Sの処理時間は無視できるものとす る。
設問3 PAスーツの改良について答えよ。 作業者がアシストレベルを操作表示部で設定する手間を省くために,荷物の 重量に応じてアシストレベルが自動で追従する機能(以下,自動追従機能とい う)と,過負荷やふらつき動作による作業者の危険状態に対する安全対策の機 能を追加することにした。そのための機能変更とハードウェア変更の内容を次 に示す。 |.自動師科機能は,操作表示部のボタンの操作によって,有効と無効の切替え ができるようにする。 ・作業者の作業負荷を計測するために足裏荷重センサーを備えた靴を追加する。 足裏荷重センサーは,制御部のシリアルI/Fに接続する。 -作業者の筋肉への負荷を計測するために腰と大服部付近に筋電位センサーを 追加し,制御部のシリアルI/Fに接続する。筋電位センサーは筋肉への負荷 が増えるほど大きい値を返す。 ・(イ)ある情報を用いて,作業者のふらつきなどの危険動作を検出する。 ・作業中止を促すためのブザーを制御部に追加する。 ー6一 制御部のタスクの変更概要を表5に示す。ここで,筋電位計測及び足裏荷重 計測タスクは,新規に追加するタスクである。 表5制御部のタスクの変更概要 ・通知りを受けると,次の処理をアシスト強度の算出の前に追加で行う。 -アシスト管理タスクから自動追従機能が有効の通知を受け,筋電位計測及び足裏荷重計 測タスクから筋電位情報と足裏荷重情報の通知を受けていた場合,次の処理を行う。 +自動追従機能が有効になった直後,足裏荷重情報を体重として設定する。 間際+PAスーツの状態がアイドル状態から持上げ状湖に通移したとき,|』|. +荷物の重量を基にアシストレベル情報を決定する。荷物の重量が保存されていない ときは,初期値とする。 -筋電位情報の値の変化を基に,|e|を計測する。 -一定時間,|e|が高い状態を検出した場合やふらつきの検出によって作業の 継続が危険と判定された場合,.ブザーを鳴らし,作業中止を促す。 ・操作タスクからボタン操作の通知を受けると,ボタンの操作内容から自動追従機能の有効 アシスト管理無効とアシストレベル情報を1一5の範囲で更新し,制御タスクに通知する。3 7・自動追従機能の有効無効,PAスーツの状態」及びアシストレベル情報から表示情報を作 成し,表示タスクに通知する。 筋電位計測及び|リノ秒間隔の0Sタイマーによって起動される。 enemies PRM YY-OMC RRR Y-OMERAMY,筋電位情報と足裏荷重情報を制|3 ーー御タスクに通知する。 注!この通知は,表4中の下線(ア)と同じ通知である。 (1)本文中の下線(イ)のある情報とは何か,表4中の字句から選んで答えよ。 また,その理由を,39字以内で答えよ。 (2)表5中の|gd|に入れる適切な処理を35字以内で答えよ。 (3)表5中の| e|に入れる適切な字句を19字以内で答えよ。 ーー7=一
競泳計時システムに関する次の記述を読んで,設問に答えよ。 B社は,50mX8レーンの競泳競技用プールに設置され,競技の審判,計時,記録, 及び競技結果の表示を行う,競泳計時システム(以下,本システムという)を開発 している。本システムは,BHR,競技サーバ,電光掲示板,合図機,。スター ト台,及びタッチ板で構成される。本システムの概要を図1に,本システムの主な構 成要素を表1に,審判計時機の構成を図2に,.それぞれ示す。 電光掲示板 男子490m自由形決勝3.49.07 レーン順位タイムレーン順位タイム ーーニーーーーーーっ1 4 3.440 5 3 3.43.49 |電子ピストルSBR 2 5 34416 6 6 3.4468 |守判計時機3 2 3.41.68 7 7 3.45.28 |ヘッドセット—|4 8 3.49.07 8 1 3.41.55 ee 専用線ws競技サーバ -=、=wWひWM! <0| スタート台1「HiはSEISSSSSGSESSeaeSicsssなciscoszciスタート台2 Ty gf 2 タッチ板1.・ーーンーデ・.タッチ板2 50m M1本システムの概要 表1本システムの主な構成要素 sie—is・競技の開始予定時刻,種目,距離,使用するレーン,過去の記録,参加選手及び競技 i結果といった,競技に関する情報(以下,競技情報という)を管理する。 審判計時機・競技サーバから取得した競技情報に従って,競技の進行,審判,計時を行う。 ・スピーカー,ヘッドセット,電子ピストルで構成される。 sme・審判計時機からシリアル1/Fを介して音声出力の指示を受けると,ヘッドセット又は aスピーカーから音声を出力する。 ・電子ピビストルのトリガーが引かれると,審判計時機の汎用1/0に信号を入力する。 ・選手が乗っているか否かの状態が変化するたびに,審判計時機のタイマー部に信号を スタート台1,2入力する。 ・スタート台1は競技の最初のスタート側,スタート台2はその対面側に設置される。 yy Fig,2・触れられると,審判計時機のタイマー部に信号を入力する。 ,・タッチ板1は競技の最初のスタート側,タッチ板2はその対面側に設置される。 電光掲示板・競技サーバからの指示で,情報を表示する。 ーー8= 審判計時機 1||操作部| 「ニーーーーデーーーーニーーニーテー EZ |[97a T=] |-タイマー部:|: bess coe wo CE es ae ee| SE?レーン部1からレーン部8には,それぞれスタート台1,2とタッチ板1,2が備わっている。スタ ート台1,2及びタッチ板1,2は,それぞれ信号線でレーン番号に対応した計測レジスタと接続され TUT,状態の変化を検知すると,計測レジスタの値が更新される。 図2審判計時機の構成 (RO FN) 本システムを使用した,競技の流れを次に示す。 (1)競技サーバには,その日に行われる,全ての競技の競技情報が保存されている。 (2)審判貞は,審判計時機の操作部にある"準備"ボタンを押し,競技準備を始め る。 (3)合図員は,合図機のヘッドセットを装着し,電子ピストルを携える。 (4)審判計時機の表示部に“RET”が表示されたことを確認した審判員が,操 作部にある“HEY bh”ボタンを押すと,合図機のスピーカーからホイッスル 音が出力される。ホイッスル音を合図に,競技に参加する選手はスタート台に乗 bo全ての選手がスタート台に乗ると,合図機のヘッドセットからセット完了音 が出力される。 (5)合図具は,選手に構えるよう号令し,全ての選手がスタート姿勢で静止したこ とを確認したら,電子ピストルのトリガーを引く(以下,開始合図という)。 (6)合図機のスピーカーからスタート音が出力され,競技が開始される。 (7)審判計時機の表示部及び電光掲示板に,競技開始からの経過時間(以下,競技 時間という)が,1/100秒ごとに更新・表示される。また,選手がタッチ板に触れ て折り返すと,折返し区間までの経過時間(以下,途中経過タイムという)が表 示部及び電光掲示板に表示される。計測単位は,いずれも1/109秒である。 pant 9= (8)開始合図よりも先に,又はリレー競技において前の選手がタッチ板に触れるよ りも先に,選手がスタート台を離れると,フライングと判定される。フライング した選手又はチームは,ゴールした後に失格となる。 (9)全ての選手がゴールしたら,競技開始から選手又はチームがゴールするまでの経 過時間(以下,競技タイムという)又は失格の情報が,審判計時機の表示部及び 電光掲示板に表示される。以後,最終競技の終了まで,(2)からの手順を繰り返す。 [審判計時機のタイマー部] 審判計時機のタイマー部の仕様を次に示す。 .基準タイマーは29ビットのカウントアップタイマーで,サブタイマーの値が9に なるたびにカウントアップする。サブタイマーは16ビットのカウントダウンタイ マーで,1/32ミリ秒でカウントダウンする。 ・どちらのタイマーもMPUから読み書き可能である。読み出すとタイマーのカウント 値が得られ,値を書き込むと,その値を初期値として,タイマーが動作する。 .基準タイマーがカウントアップしたとき,MPUに“基準タイマー割込み"が入力さ れる。 -サブタイマーは値が9になると,又は基準タイマーは値が16進数でFFFFFになる と,どちらも,次にカウントダウン又はカウントアップをするまでの間に初期値 がリロードされる。 ・計測レジスタ1一8は23ビットのレジスタで,接続されたスタート台及びタッチ板 から信号が入力されるたびに,上位3ビットに信号の出力元を表す値(以下,出力 -元IDという)が,下位29ビットにそのときの基準タイマーの値がそれぞれ入る。 ・計測レジスタ1一8 ld,値を更新したら"計時割込み1-8"をMPUに入力する。計 測レジスタ1~8の上位3ビットに入る出力元IDの一覧を表2に示す。 表2出力元IDの一覧 注記1(010,911の出力元IDは存在しない。 注記2“(CR)”は選手が乗っていないこと,“(GR)”は選手が乗っていることを表す。 ー19一 [競技開始時の故障判定とフライング判定〕 競技開始時の故障判定とフライング判定の処理を次に示す。 (1)“準備"”ボタンが押されたら,競技開始時の故障判定とフライング判定を行う KOI,基準タイマーに16進数80999を,サブタイマーに1/109秒で9となる値 を書き込む。 (2)電子ピストルのトリガーが引かれたら,合図機から汎用I/0に信号が入力され, 割込みが発生する。この割込みを検知したら,基準タイマーの値が16進数80099 より大きくなっていることを確認する。確認できたら基準タイマーに9を,サブタ イマーに1/160秒で9となる値を書き込んで,合図機にスタート音の出力を指示す る。人確認できなかった場合は,故障と判断して表示部に“故障"を表示する。 (3)選手がスタート台に乗った後で,計時割込みを検知したら,対応する計測レジ スタの値を読み出す。出力元ID A100で,下位29ビットが16進数で80000以上 であれば,そのレーンのスタートはフライングと判定する。 [審判計時機のソフトウェア構成〕 審判計時機のソフトウェアには,リアルタイムOSを使用する。審判計時機の主な タスク構成を図3に,審判計時機の主なタスクの処理概要を表3に示す。 ee ae 注記実線の矢印は,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。 図3審判計時機の主なタスク構成 表3審判計時機の主なタスクの処理概要 ・審判計時機全体を管理し,起動時に他タスクの生成・起動を行う。 ・操作タスクを介して,操作部からの操作を受け付ける。 -"準備"ボタン押下を受けると,次の競技の競技情報を競技サーバから取得して,競技タスクに のの“準備開始”で通知する。 -|』|を受けると,競技タスクに"選手セット開始"を通知する。 (le joo"[< ]を受けると,表示タスクに“履障"を表示させる。 ・1回ごとの競技について,準備から終了までを管理する。 ・メインタスクから"準備開始"を受けると,受けた競技情報に従って,使用するレーンのレーンタ スク(以下,使用タスクという)に,そのレーンに関する競技情報を,“準備開始”で通知する。合 用しないレーンのレーンタスクには“"体止"を通知する。 ・全ての使用タスクから“準備完了”を受けると,|gd|に|e|を指示する。 ・メインタスクから"選手セット開始”を受けると,|f|に|a|を指示する。 競技・全ての使用タスクから“選手セット完了"を受けると,|f|に|h|を指示する。 ・合図機からの割込み通知を受けると,基準タイマーの値を確認し,異常と判断した場合は。メイン タスクに“タイマー異常”を通知する。異常がなければ,| f|にスタート音の出力を指示す る。 ・競技中にタイマータスクからの通知を受けると,基準タイマーの値を読み出し,表示タスク及びLAN 通信タスクに指示して競技時間を表示させる。 -|」から,"[」|を受けると,競技結果をまとめて競技サーバに送信する。 ・1て8の八つのタスクが生成され,一つのタスクが一つのレーンを担当する。 ・競技タスクから"準備開始"を受けると,競技情報を確認して変数の初期化などの準備を行い,競 技タスクに"準備完了"を返す。 (Je,競技タスクに"選手セット完了”を返す。以後,自レーンの計測レジスタから入力 _される計時割込みの通知に従い,途中経過タイムの計測,フライング及びゴールを判定する。 ・①途中経過タイムが更新されたとき,及び競技タイムが確定したとき,表示タスク及びLAN通信タス クに指示してタイムを表示させる。 ・選手がゴールしたら,“競技終了"を競技タスクに通知する。 -競技タスクから"休止”を受けると,以後“準備開始"を受けるまで,ほかの通知を受けても無効 にする。 ・競技タスクからの要求で,基準タイマーに指定された値を,サブタイマーに1/10秒で9となる値を タイマー|書き込む。 ・"基準タイマー割込み”を受けると,競技タスクに通知する。 ・競技サーバとの通信を行う。 ・競技タスクから出力を指示された音声を,合図機に出力させる。 ・操作部が受け付けた操作を,メインタスクに通知する。 ・他タスクからの指示に従い,表示データを作成して表示都に表示させる。
設問1本システムについて答えよ。 (1)タイマー部について,(a),(b)に答えよ。 (a)サブタイマーに設定する値は幾つか。10進数の整数で答えよ。 (b)基準タイマーの最上位ビットを競技開始時のフライング判定に用いてい る。基準タイマーで計測できる競技時間は最大何分となるか。答えは小数点 以下を切り捨て,10進数の整数で筐えよ。ここで,16ビットで表現できる 最大の数は65,535である。 (2)4X109mリレー競技の引継ぎにおいて,フライングを検出する方法を,計測 レジスタの出力元IDを踏まえて49字以内で答えよ。ここで,4X100mリレー 競技とは,50mプールを4人の選手が1人1往復ずつ泳ぐ競技である。
設問2審判計時機のタスクについて答えよ。 (1)メインタスクについて,表3中の|a|-|c|に入れる適切な 字句を答えよ。 (2)競技タスクについて,表3中の|gd|一|」|に入れる適切な字 名を答えよ。 (3)レーンタスクについて,(a)一(c)に答えよ。 (a)表3中の|k|に入れる適切な内容を25字以内で答えよ。 (b)表3中の下線①の処理を行うのは計測レジスタの値がどのようなときか。 15字以内で答えよ。 (c)競技タスクに,失格の有無を通知するのはどのタイミングか。20字以内 で答えよ。
設問3器判計時機の機能追加について答えよ。 可用性を向上させるため,審判計時機を2台設置して,一方を主機,他方を 補機として,主機が故障しても補機によって競技を続けられるようにする。ス タート台,タッチ板,及び合図機は,主機と補機の双方に等しく接続し,主機 と補機を4本の信号線で接続する。4本の信号線のうち2本は,主機で“準備" ボタン又は選手セット”ボタンが押されたことを補機に伝える,操作通知信 号線として用いる。1本は,主機から補機に定期的に割込みを入力することで, 正常動作していることを伝える監視用信号線として用いる。残りの1本は,補 機の汎用I/0から主機のMPUのリセット信号に接続され,主機が故障したと判断 した補機が,主機のMPUを動作させないように信号出力するために使用する。 審判計時機は,電源投入後1分以内に“準備”ボタンとSREY bh”ボタ ンが同時に押された場合は補機として,それ以外は主機として動作させる。主 ー13一 機,補機どちらも競技の進行,BY,計時の動作を行うが,合図機への指示及 び競技サーバへの競技時間,途中経過タイム,競技結果の送信は,主機だけが 行い,補機は,主機が故障したと判断したら,主機の動作を代行する。 審判計時機の主なタスクの変更概要を表4に示す。ここで,機器間通信・監 視タスクは新規に追加するタスクである。 表4審判計時機の主なタスクの変更概要 ・起動時は操作タスクだけを生成し,1分間,操作タスクからの通知を待ってから他タスクの 生成を行う。この間に,“準備”ROVE"選手セット”ボタンが同時に押されているとい う通知を受けると,補機として動作する。 メイン・主機として動作中,操作を受けたら,操作情報を機器間通信・監視タスクに通知する。 ・補機として動作中,機器間通信・監視タスクから操作情報を受けると,操作タスクを介して 操作を受け付けるのと同様の処理を行う。また,“異常検知”を受けると,必要な各タスク に通知して,以後,主機として動作する。 ・補機として動作するときは,|!|。 ・主機として動作する場合は,次の処理を行う。 -操作情報を受けると,操作通知信号線にパルスを出力して補機に通知する。 -基準タイマー割込みを通知されると,監視用信号線にパルスを出力して,補機のMPUに割 込み信号を入力する。 ・補機として動作する場合は,次の処理を行う。 機器間通信・-操作通知信号線に入力されたパルスによる割込みを受けると,操作情報をメインタスク 監視に通知する。 -監視用信号線の割込み回数をカウントする変数を用意し,監視用信号線の割込み信号が 入力されるたぴ,回数を1増やす。 -基準タイマー割込みを通知されると,監視用信号線の割込み回数をカウントする変数の 値を,前回の値と比較する。2回連続で同じ値ならば,主機のMPUのリセット信号を出力 し,メインタスクに"異常検知”を通知する。 ・起動されると,1/100秒ごとに“基準タイマー割込み”が発生するように,基準タイマー及 タイマーびサブタイマーを開始する。 ・基準タイマー割込みを機器間通信・監視タスクにも通知する。 ・補機として動作中は,Ln),Ln|から受けた通知を無効にする。 (1)メインタスクが,主機・補機の変更を通知するタスクを全て答えよ。 (2)表4中の|||に入れる変更点を29字以内で答えよ。 (3)表4中の[| m|,|n|]に入れる適切なタスク名を答えよ。
無人店舗システムに関する次の記述を読んで,設問に答えよ。 C社は,オンラインショップと連携する無人店舗システムを開発している。オンラ インショップに登録済みの来店者(以下,利用者という)が,オンラインショップ で使用するID情報(以下,SB IDという)を用いて入店すると,無人店舗システ ムは,利用者が購入したい商品を持って退店するだけで自動的に決済を行う。さら に,店内での利用者の行動(以下,行動情報という)を収集して,オンラインショ ップで活用する。無人店舗システムの概略図を図1に,無人店舗システムの主な構 成要素を表1に示す。 棚の詳細 LUDAR PD ZS 重量計測ユニットノーザンSF ノ/へ画像認識ユニット AN棚管理ユニット WS ye yy ke a eh Sava ava eat SK Se ee IZ ra ra)Io Sia Eau![_}ia!しリalーグ| St SS SS| 2 1!』|随人 =!ワウーー vats|し fs,!yp v |i i上MM 原点—>" (0,0)paras Gaja=yh Ce) 注記1棚管理ユニット及びLIDAR(Light detection and ranging)は全てLANに接続されているが,簡略 化のために,一部の接続だけ図に示している。 注記2全ての棚には商品が陳列され,商品の下には重量計測ユニットが設置されているが,簡略化のため に,1か所だけ図に示している。 注記3店舗の左下を原点としたXY座標系で店内における利用者の位置を管理する。 図1無人店舗システムの概略図 表1無人店舗システムの主な構成要素 入店ユニット・店舗の入り口に設置され,GRコードリーダーが付いている。 ー・QRコードから読み取った会員1Dを制御部に送信する。 ・棚の各商品の下に設置されており,19単位での重量の測定が可能である。 ・あらかじめ設定した値以上の重量の変化を検知した場合に棚管理ユニットに送信する 機能と,棚管理ユニットからの要求で現在の重量を送信する機能がある。 重量計測ユニット・同じ棚に設置された全ての重量計測ユニットは,その棚の棚管理ユニットと共通のバ スで接続されている。データの送受信が競合した場合,データは保証されない。 ・付属する重量センサーは,重量に比例した電圧を出力し,この電圧から重量を測定す る。 ・全ての棚に1台ずつ設置されており,同じ棚に設置されている棚管理ユニットと接続 画像認識ユニット|"ここの ・カメラで撮影した画像を基に,棚に手を伸ばした利用者の座標と,棚上の手の位置を 検出して,棚管理ユニットに送信する。 ・全ての棚に1台ずつ設置されている。 棚管理ユニット・重量計測ユニット及び画像認識ユニットから受信した情報を基に,利用者が棚から手 =に取った,又は戻した商品とその個数を算出し,それを実施した利用者の座標と弓づ けて,制御部に送信する。 ・赤外レーザー光を用いた距離センサーであり,店内の天井に複数台設置されている。 ・赤外レーザー光を周囲に照射し,物体に当たった光が反射光として返ってくるまでの LIDAR時間から,物体との距離を高精度に測定する。 ・画角は120度であり,1秒間に32回の頻度で点群データを取得し,追跡ユニットに 送信する。 ・全てのLIDARから点群データを受信し,それらを併せて一つの座標空間にマッピング する。マッピングした点群データなどを基に利用者の位置を検知し,XY座標系で追 追跡ユニット跡する(以下,利用者の検知から追跡までの処理を含めて追跡処理という)。 ・追跡した利用者の座標情報を制御部に送信する。 ・各処理を,1コアのプロセッサで順に実行する。 ・各ユニットから受信した情報を基に,利用者の買い物の状況を管理し,また,店内の 制御部行動情報を収集する。 ・利用者の退店時に,各種情報をECサーバに送信する。 ECサーバ・会員ID,個人情報及び購買情報などを管理しているサーバであり,商品代金などの 決済処理も行う。 注り赤外レーザー光が物体に当たった点ごとに3次元の情報を保有しており,その点のデータ及びその集合を 表す。 [無人店舗システムの動作概要〕 ①利用者がオンラインショップ用アプリケーションプログラムに表示されたQR A ードを入店ユニットにかざして入店すると,制御部はその利用者の買い物の状況 を管理するための仮想のカート(LAE,仮想カートという)を割り当て,追跡ユ ニットによる追跡処理及び行動情報の収集を開始する。 ーー16な= ②利用者が棚から商品を手に取ると,制御部は,棚管理ユニットが検知した利用 者の座標と追跡ユニットで検知した利用者の座標を突き合わせることで会員IDと の紐づけを行い,その利用者の仮想カートに,手に取った商品の情報を登録する。 商品が棚に戻された場合も同様の手順で会員IDとの紐づけを行い,その利用者の 仮想カートからその商品の情報を削除する。 ③追跡ユニットの情報から利用者の退店を検知すると,制御部はその利用者の仮 想カートの情報及び行動情報をECサーバに送信する。 ④ECサーバで決済が完了すると,利用者のオンラインショップ用アプリケーショ ンプログラムに決済の情報が通知される。 なお,無人店舗システムでは,利用者が商品を手に取りそのまま自分のWAN ることは問題ないが,ほかの利用者のQRコードによる入店,(ア)店内でほかの利 用者への商品の手渡し,別の棚に商品を戻すことは禁止している。 〔追跡処理] 店内の天井には複数のLIDARが設置されている。追跡ユニットでは,ET,各 LIDARから点群データを収集し,フィルタリング処理,同じ座標空間へのマッピング 処理などの前処理を実施する。これによって,店内全体を一つの座標空間として把 握することができる。次に,この座標空間にマッピングされた点群データ及び入店 後の利用者の座標などから追跡処理を実施する。最後に,制御部へのデータの送信 などの後処理を行っている。各処理の処理時間は,前処理が最大20 SUM,後処理 が最大19ミリ秒であり,追跡処理は1m*当たり最大0.2ミリ秒である。さらに,A 用者の追跡を行うためには,追跡ユニットの一連の処理を1秒間に16回実施する必 要がある。 なお,LIDARの点群データが十分に取得できない部分では正常に利用者を検知でき ない。利用者を検知するためには少なくとも床から50cm以上の高さまで赤外レーザ ー光が照射されている必要がある。また,複数のLIDARの照射範囲が重複するよう に設置することで,隙間なく広い範囲での追跡処理が可能である。複数LIDARの照 射範囲の例を図2に示す。 ー17一 HpARルレpaR2ル |ププ|EE 120度 Ai FI|||Fe Q@の はki H LTDAR1が取得した点群データLTDAR1とLIDAR2の点群データが 重なった部分 LTDAR2が取得した点群デゲータ[BB款群データが取得できない部分 注記1死角になる位置の点群データは取得できないが,説明を分かりやすくするために図では描画して いる。また,床面は省略している。 注記2 LIDARは,照射部を頂点とした円すい形状の空間内に赤外レーザー光を照射する。 2複数LIDARの照射範囲の例 [行動情報] 利用者の退店時にECサーバに送信される行動情報の電文フォーマット及びデータ| サイズを表2に示す。 表2行動情報の電文フォーマット及びデータサイズ ・行動情報のヘッダ情報(8) ・オンラインショップと共通して使用する会員固有のID(8) ・店舗への入店日時(8) ・店舗からの退店日時(8) asym|「?秒以上立ち止まった棚の数(2) wee・{棚の座標(4)滞在時間(4))X 5秒以上立ち止まった棚の数 手に取った商|・手に取った商品の種類数(2) 品の情報・商品のID(4)X手に取った商品の種類数 購入した商品|・購入した商品の種類数(2) の情報・{商品のID(4)商品数(2))X購入した商品の種類数 注記1同じ棚で複数回にわたって立ち止まった場合は,滞在時間を加算する。 注記2()内の数字は,バイト数を表す。
設問1無人店舗システムの仕様について答えよ。 (1)各商品の下にある重量計測ユニットは,利用者が商品を手に取った,又は 戻したことを検知する以外に,ほかの業務にも活用可能である。どのような ことに活用可能か。25字以内で答えよ。 (2)行動情報について,(a),(b)に答えよ。 (a)利用者が店内で次に示す行動をしたとき,退店時にECサーバに送信され る行動情報のデータサイズは何バイトか。整数で答えよ。ここで,各棚には 異なる種類の商品が置かれているものとする。 5か所の棚の前で5秒以上立ち止まり,うち4か所の棚でそれぞれ一つの 商品を手に取り,三つの商品を軸に入れ,一つの商品は棚に戻す。その後, 立ち止まらずに上記とは異なる棚から一つの商品を手に取って坦に入れ,退 店する。 (b)購入した商品だけではなく手に取った商品の情報もECサーバに送信する LEC,オンラインショップのどのような機能に活用できるか。25 SUA で具体的に答えよ。 (3)本文中の下線(ア)について,この行為を行った場合,システム上,利用 者の意図しない状態になる可能性がある。どのような状態か。35字以内で管 えよ。
設問2無人店舗システムの処理について答えよ。 (1)重量計測ユニットでは,重量センサーが出力する電圧を基に重量を測定す る。重量計測ユニットに10kgの物を置いたときの重量センサーの出力が15 ミリVだった場合,重量計測ユニットでは,何マイクロVの分解能で測定で きる必要があるか。答えは小数第2位を四捨五入して,小数第1位まで求め dy (2)棚管理ユニットが,重量計測ユニットからデータを収集する方式を検討し た。重量計測ユニットが重量の変化を検知した際に棚管理ユニットに送信す る方式ではなく,棚管理ユニットから各重量計測ユニットに順番に問い合わ せる方式を採用した。その理由を15字以内で答えよ。 (3)【追跡処理]について,(a),(b)に答えよ。 (a)LIDARを2.5mの高さに設置した場合,1台のLIDARで測定可能な追跡処 理の範囲は何mWか。答えは小数第2位を四捨五入して,小数第1位まで求 Ok,ここで,円周率は3.14とし,死角はないものとする。また,LIDAR =FH ms の厚みは無視できるものとする。 (b)追跡ユニットでは,それぞれの処理に最大の処理時間が掛かるとした場 A,最大で何my測定可能か。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,本文に記載した処理以外の処理時間は無視できるも のとする。
設問3追跡処理の性能改善について答えよ。 追跡処理が全体の処理のボトルネックになっていることから,より広い範囲 |に対応するために,追跡ユニットのCPUを4コアのプロセッサに変更して,B 跡処理を並列に実施する次の二つの方式について検討した。 AX 1は,従来の処理をそれぞれのコアで順番に実施する方式である。各コ アでは,次の点群データを受信するまでの時間が長くなるので,追跡処理に掛 ける時間を長くすることができる。 方式2は,前処理でマッピングした座標空間を二等分に分割して,分割した上 座標空間ごとにコアを割り当てて追跡処理を並列に実施する方式である。ただ し,分割した座標空間のつなぎ合わせの処理(以下,つなぎ合わせ処理という)- が必要となるので,全体の座標空間の5%分を重複して処理する必要がある。さ らに,つなぎ合わせ処理として2ミリ秒の処理時間が追加で必要となる。 検討した二つの方式について,各コアの処理の流れを図3に示す。ここで, 前処理と後処理の処理時間及び追跡処理の処理速度は,1コアのプロセッサのと きと同じとし,記載した処理以外の処理時間は無視できるものとする。 コア2コア2|EC ER コア3:1 eyコア3:還記SSSoooT関fy コア4||5 a yal 26022 mc (a)方式1(b)方式2 凡例 図3各コアの処理の流れ (1)BX 1と方式2を比較した場合,同じLIDARの台数でより広い範囲の測定 ー29一 が可能なのはどちらの方式か。 (2)方式1と方式2を比較した場合方式2が優れている点は何か。29字以内 で答えよ。 (3)方式2の測定範囲について,次の記述中の|a|-|c|に入 れる適切な数値を,小数第1位を四捨五入して整数で答えよ。 それぞれの処理に最大の処理時間が掛かるとした場合,1回の追跡処理の処 理時間は| 』|ミリ秒であり,その時間内に1コアが測定可能な範囲は Lb|iであぁる。方式2では一部の範囲を重複して処理するため,追跡 ユニットが実際に測定可能な範囲は最大|c|WWである。 [メモ用紙J ー22一 [メモ用紙〕
各問題の下に出典を記載しています。