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株式会社リレイス
ソフトウェア

組み込みソフトウェアの基本|業界動向から現場で求められる技術とは

組み込みソフトウェアの基本|業界動向から現場で求められる技術とは

組み込みソフトウェアは、特定の用途や限定した機能を果たせる便利なプログラムです。

しかし、開発には高度な技術が求められますから、依頼先を選定する場合はその背景や実態を知っておく必要があります。

場合によっては、開発コストがかかったり、要件定義とは異なる製品となったりする可能性があるためです。
そこで今回は、組み込みソフトウェアの基本と業界動向から現場で求められる技術まで解説します。
開発会社の選び方にも触れますので、ぜひ参考にしてください。

組み込みソフトウェアとは

組み込みソフトウェアとは、電子機器に組み込まれるコンピューター・プログラムのことです。

パソコンに入っている汎用的な機能を実現するソフトウェアと異なり、特定の用途に特化したり、限定した機能を果たすことを目的としています。

たとえば、家電製品や携帯電話の組み込みソフトウェアの場合、ボタンを押す・特定の操作を実行する場面で使われています。

他にも組み込みソフトウェアは、以下の機器に利用します。

  • 洗濯機
  • エアコン
  • テレビ
  • コピー機
  • リモコン
  • 自動車
  • カーナビゲーションシステム
  • 信号機
  • エレベーター
  • 自動販売機

組み込みと一般ソフトウェアの違い

組み込みウェアとソフトウェアの違いは、果たす役割と作動する場所にあります。

組み込みソフトウェアは、特定の用途や限定した機能を果たすのが役割です。

これに対し一般ソフトウェアは、幅広いアプリケーションを作動させて汎用的な機能を実現します。

具体的に言えば、以下に挙げた特定の操作で組み込みソフトウェアは利用されます。

  • ボタンを押して液晶を付ける
  • 電源を入れる

一方で、一般ソフトウェアはハードを操作するための装置ですから、以下に挙げたアプリケーションの動作を担います。

  • パソコンでWordを使う
  • パソコンでエクセルを使う

また、組み込みソフトウェアと一般ソフトウェアは、プログラムの実行場所も異なります。

組み込まれたシステムのROMやRAM上で作動するのに対し、一般ソフトウェアはパソコンのRAM上で作動します。

ソフトウェアとハードウェアの違い

ソフトウェアとハードウェアの違いは、目に見えるか・見えないかで判断すると簡単です。

一般的にハードウェアを動かすために、ソフトウェア(プログラム)が用いられます。

例えば、ソフトウェアは以下のハードウェアに組み込まれます。

  • LED
  • センサー
  • モーター
  • 外部IC

何箇所にスイッチやLEDがついているか、どのようにモーターを制御するかなどの観点でソフトウェアを設計し、ハードウェアに実装します。

ハードウェアであるスイッチが押されたとき、限定的な動作を実現するのがソフトウェアですから、それぞれ違うものとして覚えましょう。

組み込みソフトウェアの業界動向

組み込みソフトウェアの業界動向は、技術の変化が大きな変化を与えていく予想です。

2018年にIPAが実施した調査によると、5年後に以下の動向を辿る予想が公開されているためです。

  • 取引形態は、垂直統合型事業が減少して水平分業型事業が増加傾向
  • プロダクト提供型・サービス提供型の両事業が増加傾向
  • 製品やサービスの提供先は企業対カスタマー(対企業半々)が大幅に増加
  • 企業対企業のみの製品やサービスの提供は大幅に減少

出典:「組込みソフトウェア産業の動向把握等 に関する調査」から見える課題と解決策

2022年4月現在では、実際に事業形態や環境の変化が現れ、BtoBに限らず、BtoCの領域でも組み込みソフトウェアは「IoT」といった形で身近な存在になりつつあるでしょう。

AIやIoT技術はトレンド

組み込みソフトウェア業界のトレンドとして、AIやIoT技術があります。

その他にも、以下の領域は重要視されている傾向があります。

  • 運用・保守・セキュリティに対する技術
  • IoTシステム構築技術
  • アジャイル開発技術
  • エッジコンピューティング
  • ヒューマンインターフェース技術

一方で、今後強化したい・新たに獲得したいと考えられている技術は以下の通りです。

2022年以降も、徐々にこうした領域に力を入れていくケースが増えていく予想です。

  • ビッグデータの収集・分析・解析技術
  • AIにまつわる技術
  • 他製品・システムとの接続検証技術

組み込みソフトウェア開発に必要なスキル

組み込みソフトウェア開発に必要とされるスキルは、以下の3つです。

通常の開発とは異なり、組み込みソフトウェアは開発環境と実装(実行)環境が違います。

  • 開発と動作環境を接続できる技術力
  • 幅広い言語の取り扱い
  • プログラム以外の知識

開発と動作環境を接続できる技術力

組み込みソフトウェアの開発には、開発環境と実装環境の違いを見越した設計と、それに合わせて接続できる技術力が必要です。

一般的なプログラミングは、開発環境と実行環境がパソコン上です。

しかし、組み込みソフトウェアはソフトウェアでプログラムを制作し、ハードウェアで動作を確認する(クロス環境)で開発します。

組み込みソフトウェアは、動作確認と並行して修正・開発する技術が求められます。

また、ソフトウェアとハードウェアの接続技術があることが、必要不可欠です。

組み込みソフトウェアの開発には、幅広い言語の取り扱いに長けている必要があります。

汎用・独自・それら両方を組み合わせたハードウェアの構成に合わせて、開発言語が異なるためです。

幅広い言語の取り扱い

組み込みソフトウェアでよく用いられる言語は、C言語(C++)とJavaです。

ただし、メモリ容量が少なかったり、実行速度に制約があったりすると、アセンブリ言語が選ばれるケースもあります。

こうした言語の取り扱いに長けており、ハードウェアの仕様に対応できる技術力が求められます

プログラム以外の知識

組み込みソフトウェアの開発はプログラムの知識に加えて、コンピュータや電子基板、回路に関するスキルが求められます。

例えばコストに目を向けると、OSをあえて使わないという選択肢によって能力の低いCPUを選ぶことができます。

CPUの性能を抑えられると価格が下がり、製品(サービス)の価格もより安価になるでしょう。
組み込みソフトウェアの多くが、大量生産を予定とした製品です。
小さな部品1つでもコストカットの効果が高いですから、プログラム以外の観点をもっている技術者は重宝されます。

組み込みソフトウェア開発の流れ(IPA)

組み込みソフトウェアの開発は、ハードウェアや要件定義に合わせて工程が決まるため、明確な流れがありません。

IPAが高品質な組み込みソフトウェア開発に向けて提示している、開発の流れを参考にしましょう。

まず、エンジニアはプロジェクトマネージャーと経営陣の間に立ち、以下の手順で開発を進めます。

  • 要件定義
  • アーキテクチャ設計
  • ソフトウェア詳細設計
  • コーディング
  • 単体テスト
  • 結合/統合テスト
  • システムテスト

この間に、要求仕様書や設計書、ソースコードの品質チェックやテスト作業、システムの品質に対する評価指標を挟みながら開発を進めていくのが一般的です。

組み込みソフトウェアの開発言語

代表的な組み込みソフトウェアの開発言語は、以下の5種類です。

  • C
  • C++
  • Python
  • Java
  • Rust

C言語やJavaは、使われる頻度の高い開発言語です。

組み込みソフトウェアの実に80%が、C言語で構築されているとも言われています。

そして、C言語にシステムプログラミングの側面を持たせたC++や、オープンソースで使えるPythonAIIoT技術の発展に伴い需要が高まっています。

Rustは安全性に優れていてバグも発生しにくいといった特徴があるため、特定のシーンでは役立つでしょう。

こうした組み込みソフトウェアの開発言語は、いずれも高度なコーディング技術がなければ活用できません。

組み込みソフトウェア開発会社の選び方

組み込みソフトウェア開発会社の選び方は、制作したい製品に特化した技術を持っているかが基準です。

得意とする開発分野によって、さまざまな種類に分かれているためです。

例えば、カーナビや家電製品、エレベーターのメーカーや製造元は違います。

これと同じように、開発会社だからといって、どのようなオーダーにも柔軟に対応できるという訳ではありません。

組み込みソフトウェアの開発は、専門的な技術・知識を持つ外注先に依頼するため、見積り依頼をかける前に自社で開発したい製品と似たような実績があるか確認すると良いでしょう。

まとめ

組み込みソフトウェアは、電子機器に組み込まれるコンピューター・プログラムのことです。

AIやIoT技術の発展によって、企業に限らず一般の生活領域にも徐々に広がりつつあります。

その一方で、組み込みソフトウェアの開発には専門技術が求められます。

コストカットを実現したり、実行速度の制約をクリアしたりするために、委託する場合は「開発予定の製品に似た実績があるか」を確認しましょう。

ぜひこの記事を、組み込みソフトウェアの開発でより良い製品を作る参考にしてください。