令和5年度 秋期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後II 問題 問3 要求分析に基づく組込み基盤の選定・設計・評価(論文)

テクノロジシステム開発技術組込み・IoTシステム構成

この問題は2023(R5)秋 エンベデッドシステムスペシャリスト 午後IIに出題されたものです。出題時点の法令・制度に基づく内容のため、現行の内容と一致しない場合があります。

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学習ガイド

組込みシステムの開発で、要求分析から導いた要件定義を基に基盤を選定・設計・評価する過程を論じる午後Ⅱの問題です。模範解答は公表されないので、この記事では設問ア〜ウの要求を分解して論文の骨格を作ります。中心は、採用する基盤を要件定義とどう突き合わせて整合性を吟味したか、そしてコストの影響を含めて機能をハードウェアとソフトウェアにどう分担し、要件を満たすために抽出した課題をどう解決したかです。選定理由・分担の妥当性・課題解決を評価まで結び付ける因果の明確さが問われます。

この記事で押さえる論点

  • 要求分析から機能要件・非機能要件を導き基盤選定の根拠を述べる
  • 要件と基盤の整合性を吟味しハードウェアとソフトウェアの分担を論述する
  • 分担結果・課題抽出・課題解決の妥当性を評価の観点で振り返る

問題本文

問3 組み込みシステム開発時の基本要素の選定・設計・評価について

組込みシステムの要求定義は,対象となる製品によって多種多様である。それらの要求定義に対応するために,要求を分析して的確な機能要件・非機能要件を定義し,それらの要件に適合する基本要素(以下,基盤という)を選定する必要がある。選定の対象として組込みシステムの基盤には,CPU,OS,ネットワークなどがある。さらに,可用性・信頼性の要件の場合には,組込みシステムの二重化などのシステム構成も含まれる。

組込みシステムの開発時には,まず,採用する基盤の検討を実施する。次に要件と基盤との整合性を吟味し,その結果から基盤を補完する。例えば,省電力対応に特化したCPUでは,I/O処理を,割込み処理・ポーリング処理などのハードウェアとソフトウェア間でトレードオフしながらコストにも鑑みて,全体の設計を検討する。

要件及びその要件に対応するための基盤の選定の例を次に示す。

  • 例1: コンパクトな筐体(きょうたい)で,かつ,バッテリーでの稼働が必須の要件の場合
    稼働時間はバッテリー容量にも依存するので,低消費電力の組込みシステムの設計に留意する必要がある。さらに,CPUの性能に留意して実行モード・休止モードの比率などで消費電力に鑑みてバッテリーなどを選定する必要がある。
  • 例2: 車載端末に地図情報などを蓄えて,操作の要求に対して瞬時にデータを抽出でき,電源の瞬停などへの対応が要求される要件の場合
    GUIをサポートしているOS,及び電源断回復機能が具備された組込みシステム用データベースなどを選定する必要がある。
  • 例3: 医療機器,防災などで可用性・信頼性が要求される要件の場合
    デュプレックスシステム構成で構築するケースがある。その際,両システム間における適切なインタフェースなどを選定する必要がある。
  • 例4: 産業機械用の制御システムで,中長期的な供給が求められる要件の場合
    中長期に入手可能で,かつ,IPコアを含めた汎用的なCPUの選定,及び汎用的なインタフェースのユニットなどを選定する必要がある。

組込みシステムの開発時には,与えられた要求を分析し,定義した機能要件・非機能要件それぞれに適合する基盤を選定することが重要である。加えてコストに鑑み,ハードウェア開発部門とソフトウェア開発部門でトレードオフを協議しながら設計することも重要である。

あなたの経験と考えに基づいて, 設問ア~ウに従って解答せよ。

なお, 解答欄には, 文章に加えて, 図・表を記載してもよい。

設問と解答・解説

設問ア

あなたが携わった組込みシステムの概要, 開発に至った経緯, 要件に対して選定した基盤, 及び選定で最も重要であると考えた内容について, 2ページ (800字相当) 以内で答えよ。

模範解答

模範解答は公表されていません。下の採点基準と解説から、解答に求められる要素を読み取ってください。

採点基準(配点 34点)

知識・理解度(内容)(17点)

  • 17: 組込みシステムの概要、開発に至った経緯、要件に対して選定した基盤、及び選定で最も重要であると考えた内容がすべて具体的に漏れなく記述されている。
  • 13: 概ね具体的に記述されているが、一部の内容にやや具体性が欠ける箇所がある。
  • 9: 記述はあるものの、対象システムの要件や選定基盤の説明が抽象的であり、具体性に乏しい。
  • 4: 記述が著しく不足しているか、要求定義や基盤との関連性が不明確である。
  • 0: 全く記述されていないか、設問の要求を満たしていない。

論理性(構造)(17点)

  • 17: 開発に至った経緯から基盤選定に至るまでの文脈が非常に論理的であり、説得力がある。
  • 13: 概ね論理的であるが、経緯と基盤選定のつながりに一部飛躍が見られる。
  • 9: 論理展開にやや不明瞭な点があり、要件に対してなぜその基盤を選定したのか分かりにくい箇所がある。
  • 4: 論理性が欠如しており、全体の構成が破綻している。
  • 0: 全く論理的でない、または無関係な内容が書かれている。

解説

設問の趣旨

組込みシステムの開発において、採用する基盤の検討はプロジェクトの初期段階で行う重要なプロセスです。本設問では、あなたが携わった組込みシステムの概要開発に至った経緯を明確にし、その上で要件に対して選定した基盤とその選定において最も重要と考えた内容を述べる必要があります。

高得点のポイント

  • 組込みシステムの概要と開発経緯: 対象となる製品の市場背景やビジネス上の課題などを具体的に記述する。
  • 選定した基盤: 採用したマイクロコントローラ、OS、プラットフォームなどの基盤を明確にする。
  • 選定で重要と考えた内容: なぜその基盤が必要だったのか、機能要件・非機能要件と結びつけて論理的に説明する。抽象的な記述を避け、エンベデッドシステムスペシャリストとしての視点を示すことが重要です。

設問イ

設問アで答えた基盤の選定において, 最も重要であると考えた根拠, 要件定義の内容及び吟味した整合性の内容, コストなどの影響を含めてハードウェアとソフトウェアで分担した内容, 要件を満足するために抽出した課題, 及びその解決策について, 2ページ (800字相当) 以上, かつ, 4ページ (1,600字相当) 以内で具体的に答えよ。

模範解答

模範解答は公表されていません。下の採点基準と解説から、解答に求められる要素を読み取ってください。

採点基準(配点 33点)

知識・理解度(内容)(11点)

  • 11: 選定根拠、要件定義との整合性、ハードウェアとソフトウェアの分担、抽出した課題と解決策がすべて具体的に網羅されている。
  • 8: 概ね網羅されているが、一部の項目(分担内容や解決策など)がやや不足している。
  • 5: 複数の項目について具体性が不足しているか、ハードウェアとソフトウェアで分担した内容、あるいは課題解決について触れられていない箇所がある。
  • 3: 大部分の項目が欠落している、または内容が極めて抽象的である。
  • 0: 無関係な内容が記述されている。

論理性(構造)(11点)

  • 11: 要件定義から基盤選定、課題抽出、解決策に至る一連のプロセスが論理的に構成され、一貫性がある。
  • 8: 概ね論理的だが、一部のつながりにやや飛躍がある。
  • 5: 全体的に論理展開が弱く、課題と解決策の対応関係などが不明確である。
  • 3: 一貫性がなく、各項目の羅列に留まっている。
  • 0: 構成が破綻している。

説得力(考察)(11点)

  • 11: コスト影響を含めた分担の妥当性や基盤選定の根拠について、エンベデッドシステムスペシャリストの視点から非常に説得力をもって論じられている。
  • 8: 概ね説得力があるが、専門的な考察が一部浅い箇所がある。
  • 5: 説得力に乏しく、一般的な記述に終始している。
  • 3: 専門的な視点が欠如しており、考察として不十分。
  • 0: 考察が全くない。

解説

設問の趣旨

設問アで提示した基盤選定について、さらに掘り下げて具体的な設計・検討プロセスを論述することが求められます。ここでは、要件定義との整合性ハードウェアとソフトウェアの分担(コスト影響含む)、およびそこから生じた課題とその解決策について詳述します。

高得点のポイント

  • 選定根拠と整合性の吟味: 要件定義と基盤の特性を比較し、どのように整合性を確認したかを具体的に記述する。
  • ハードウェアとソフトウェアの分担: コスト、パフォーマンス、開発期間などの影響を考慮し、どの機能をハードウェアで実現し、どの機能をソフトウェアで実装するかを専門的に論じる。
  • 課題の抽出と解決策: 基盤を補完する上で発生した課題(例えば、パフォーマンス不足、メモリ制約、リアルタイム性の確保など)を挙げ、妥当性のある解決策を提示する。単なる機能の説明ではなく、課題解決プロセスを論理的に構成することが評価の分かれ目となります。

設問ウ

設問イで答えた内容について, ハードウェアとソフトウェアで分担した結果の評価, 課題抽出の評価, 課題解決の妥当性の評価を, 1.5ページ (600字相当) 以上, かつ, 3ページ (1,200字相当) 以内で具体的に答えよ。

模範解答

模範解答は公表されていません。下の採点基準と解説から、解答に求められる要素を読み取ってください。

採点基準(配点 33点)

知識・理解度(内容)(11点)

  • 11: ハードウェアとソフトウェアで分担した結果の評価、課題抽出の評価、課題解決の妥当性の評価がすべて具体的に記述されている。
  • 8: 概ね具体的に記述されているが、一部の評価項目についてやや具体性が欠ける。
  • 5: 評価内容が抽象的であるか、いずれかの評価項目が欠落している。
  • 3: 記述の大半が不十分である。
  • 0: 無回答または無関係。

論理性(構造)(11点)

  • 11: 設問イで論じた内容に基づき、各評価が論理的かつ整合性をもって構成されている。
  • 8: 概ね論理的だが、設問イとのつながりが一部弱い箇所がある。
  • 5: 論理展開に無理があり、設問イで述べた内容との不整合が見られる。
  • 3: 構成が破綻しており、評価のていをなしていない。
  • 0: 論理性が皆無。

説得力(考察)(11点)

  • 11: 評価が客観的かつ多角的に行われており、専門家としての深い洞察に基づいた高い説得力がある。
  • 8: 妥当な評価が行われているが、洞察や考察の深さがやや物足りない。
  • 5: 評価が主観的であり、説得力に乏しい。
  • 3: 表層的な評価にとどまり、考察と呼べる内容がない。
  • 0: 考察が全くない。

解説

設問の趣旨

設問イで論じたハードウェアとソフトウェアの分担、課題抽出、および課題解決策に対して、事後的な評価を行うことが求められます。プロジェクトを振り返り、自身の判断の妥当性を客観的に分析する能力が問われます。

高得点のポイント

  • 分担結果の評価: ハードウェアとソフトウェアの分担が、コストや性能などの面で当初の狙い通り機能したか、あるいは新たな課題を生んだかを客観的に評価する。
  • 課題抽出の評価: 事前に抽出した課題が適切であったか、開発過程で想定外の事態が起きなかったかを振り返る。
  • 課題解決の妥当性の評価: 実施した解決策が最終的にシステム要件を満たす上で有効だったか、説得力をもって論じる。今後の開発に向けた改善点や教訓を含めることで、説得力のある論述となります。