2014年 春期 応用情報技術者試験 問7
園芸用自動給水器
G社は，園芸用自動給水器（以下，給水器という）を開発している。
〔給水器の概要〕
給水器は庭に設置し，設定した時刻に庭の植物に霧状の水を噴射（以下，給水とい う）する。開発中の給水器の構成を，図1に示す。
給水器は，給水ユニット（以下，ユニットという）を最大4つまで接続することが できる。ただし，給水に必要な水圧を維持するために，同時に給水できるのは最大2 ユニットまでである。給水器の給水設定は，操作パネルで行う。図2に示すように， 操作パネルは表示部とキーから構成される。
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| ユニット | 予約番号 |
| 1 | 2 |
| 給水時刻 給水時間 | |
| 12:30 10分 | |
| 7 | 8 | 9 | 設定開始 |
| 4 | 5 | 6 | ユニット |
| 1 | 2 | 3 | 予約番号 |
| 戻る | 0 | 進む | 確定 |
一つの給水設定では，ユニット番号，予約番号，給水を開始する時刻（以下，給水 時刻という），給水を継続する時間（以下，給水時間という）を入力する（給水時間の 単位は"分"）。予約番号を指定することで，ユニットごとに1日最大4回まで給水す ることができる。また，給水時間は最大20分まで設定できる。
〔給水器の組込みソフトウェア〕
給水器の組込みソフトウェアには，リアルタイムOSを用いる。タスクには，実行 状態，実行可能状態，待ち状態及び休止状態があり，イベントドリブンによるプリエ ンプティブ方式で状態遷移が行われる。各タスクの動作内容を，表1に示す。
| タスク名 | 動作内容 |
|---|---|
| 初期化 | ・システムの初期化を行い，不揮発性メモリに記憶されている全ての給水設定を給水ス ケジューラタスクに通知する。その後，給水設定タスクを起動し，終了する。 |
| 給水設定 | ・キースキャンタスクからのキーコードを待ち，キーコードを取得すると表示部に表示
する。 ・設定操作の最後で確定キーが押されると，入力された給水設定を給水スケジューラ タスクに通知するとともに，不意の電源断に備えて，不揮発性メモリに記憶する。この とき，一つの給水設定は8バイト構成とする。 |
| キースキャン | ・10ミリ秒周期で起動し，操作パネルのキーをスキャンする。 ・スキャンした結果，キーが押されたと判断したときは，押されたキーに対応するキー コードを生成し，aタスクに送信する。 ・前回に生成したキーコードを記憶しており，今回のキーコードが前回と同じ場合はキー が押し続けられていると判断し，送信しない。 ・キーが離された場合は，前回のキーコードをクリアする。 |
| 給水スケジュー ル | ・1分周期で起動し，各ユニットの給水時刻と現在時刻を比較し，一致すれば，給水時
間を指定して，bタスクを起動する。 ・ユニットごとに起動され，次の順序で操作を行う。 ①ユニットに設定された給水弁を開いて，給水を開始する。 ②現在時刻と指定された給水時間から給水終了時刻を算出し，給水終了時刻まで待ち 状態に移行する。 ③待ち状態が解除されると，給水弁を閉じて終了する。 |
給水器では，同時に給水できるのは2ユニットまでなので，計数型セマフォを用い て次のように排他制御を行う。
・初期化タスクにおいて，セマフォの初期値をcに設定する。 ・給水弁操作タスクにおいて，給水弁を開く操作の前にdを獲得する。獲
得できたときは給水弁を開き，獲得できないときは獲得できるまで待ち状態に移行 する。
〔操作パネルのキースキャン動作〕
図3に示すキースキャン回路を用いて，操作パネルのキーを読み取る。この回路は 給水器を制御するMCUに接続されており，MCUに内蔵されている4個の出力ポート で列を選択し，4個の入力ポートを読むことによって，16個のキーの状態を読み取る。
〔機能拡張の検討〕
インターネットを経由して，外出先から給水器の設定を変更したり，状態を監視し たりする機能を，給水器に追加することを検討した。この通信はインターネットを経 由することから，"通信相手のeを行い，なりすましによる不正な給水器操 作を防止する"，"通信内容が漏えいしないように，通信データをfする" などのセキュリティ対策が必要である。