令和4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I 問題 問2 競泳計時システムのタイマー設計と主機・補機の冗長化

本設問は、競泳計時システムのタイマー部において、リアルタイム処理の要となるサブタイマーの設定値を導出する問題です。

• 組込みシステムにおけるタイマーは、指定されたクロック周波数を分周し、システムが必要とする割込み周期を生成します。
• 題意のシステム仕様（クロック周期と要求されるタイマー周期）に基づき、必要なカウント値を計算します。
• 計算式に従ってクロック周波数と分周比から設定値を算出すると、解答である $320$ が導かれます。

高得点のポイント

• タイマーの基本動作と分周の仕組みを正しく理解し、計算ミスなく設定値を導出できるかが問われます。

本設問は、基準タイマーを用いて計測可能な最大の競技時間を計算する問題です。

• 基準タイマーは16ビット構成であり、表現できる最大数は $65535$ です。
• 最上位ビットはフライング判定用に使用されるという仕様があるものの、タイマー自体は最大値までカウントアップを継続します。
• 問題文で想定されているタイマーのカウント周期（例えば $80\text{ms}$）を前提とすると、最大計測時間は $65535 \times 80\text{ms} = 5242800\text{ms} = 5242.8\text{秒}$ となります。
• これを分単位に換算すると $5242.8 \div 60 = 87.38$ 分となり、小数点以下を切り捨てることで $87$ となります。

高得点のポイント

• 16ビットの最大値とタイマー周期から、正確な最大時間を秒および分の単位で導出する論理的思考力が求められます。

本設問は、4×100mリレー競技の引継ぎ時におけるフライングの検出方法を、計測レジスタの出力元IDを用いて説明する問題です。

• 前の泳者が壁のタッチ板に触れるイベントは出力元ID 100、次の泳者がスタート台から離れる（離床）イベントは出力元ID 000 として記録されます。
• リレーの正しい引継ぎでは、必ず前の泳者のタッチ（100）が、次の泳者の離床（000）よりも先に行われる必要があります。
• 次の泳者が先にスタート台を離れてしまうとフライングとなるため、「出力元ID 000 の記録の前に、出力元ID 100 の記録を検出する」ことが正しい引継ぎの条件（あるいはフライングを検出するための監視条件）となります。

高得点のポイント

• 出力元ID 000（離床）と 100（タッチ）のイベント順序が論理的に正しく記述されていること。
• 問題の指定である40字以内の制約を遵守すること。

本設問は、審判計時機のタスク設計における、メインタスクの状態遷移とイベントに関する穴埋め問題です。

• タスク設計においては、状態と遷移トリガ（イベント）の関係を正確に把握することが重要です。
• メインタスクは、外部からの入力やハードウェアの操作を受けて、他のタスクへと指示を出します。
• ここでは、競技開始前の準備段階として、審判員からの“選手セット”ボタン押下がトリガとなり、次状態へと遷移します。

高得点のポイント

• 設問で提示されているタスク遷移表（表3）の文脈を読み解き、適切なイベント名を抜き出せているかどうかが評価のポイントとなります。

本設問は、メインタスクが連携する相手となるタスク名を特定する問題です。

• メインタスクはシステム全体を統括し、競技の進行状況に応じて適切なタスクに指示を発行します。
• 競技の進行や計時に関する具体的な処理は、競技タスクに委譲されます。

高得点のポイント

• システム全体のタスク分割の意図を理解し、該当するタスク名（競技タスク）を正確に解答できるかが問われます。

本設問は、メインタスクが検知すべき例外事象（エラー）を特定する問題です。

• 組込みシステムでは、正常系の処理だけでなく、異常系の処理（フェールセーフやエラーハンドリング）も重要です。
• タイマー部からの応答がない、あるいは異常な値が返ってきた場合、メインタスクはタイマー異常として処理を中断または代替処理へ移行します。

高得点のポイント

• タスク設計において考慮すべき異常状態を、仕様から正確に読み取れるかがポイントとなります。

本設問は、競技タスクが情報の出力を依頼する対象タスクを特定する問題です。

• 競技の進行状況や計時結果は、観客や審判員にリアルタイムで提示する必要があります。
• 競技タスクはデータの集計や判定を行い、その結果を画面や電光掲示板に表示するために表示タスクへと情報を送信します。

高得点のポイント

• データの「処理（競技タスク）」と「出力（表示タスク）」の役割分担を正しく理解しているかが問われます。

本設問は、競技タスクが特定の状態に遷移した際に行うアクションを特定する問題です。

• 競技開始前の準備がすべて整ったことをシステムが認識すると、次のステップへ進むためのサインを提示します。
• 具体的には、表示タスクを通じて“準備完了”の表示を行うことで、審判員や選手に状態を知らせます。

高得点のポイント

• 状態遷移図やタスク間の通信仕様から、適切な出力内容を抜き出せているかが評価されます。

本設問は、競技タスクが音声や光などの合図を制御するために連携するタスクを特定する問題です。

• 競泳競技においては、スタート音（ピストル音）やホイッスルなどの合図を適切なタイミングで鳴らす必要があります。
• これらのハードウェア制御を担うのが合図機タスクであり、競技タスクからの指示を受けて動作します。

高得点のポイント

• デバイス制御の抽象化を目的としたタスク構成において、合図機タスクの役割を理解しているかが問われます。

本設問は、競技進行における特定のアクション（出力指示）を特定する問題です。

• 競技の開始や中断、または注意を促す際に、システムは特定の音を鳴らします。
• 仕様上、合図機タスクに対してホイッスル音の出力を指示することで、プールサイドの競技者等に情報を伝達します。

高得点のポイント

• システムが出力する音響信号の種類と、そのトリガとなる状態遷移を正しく結びつけて解答できるかがポイントです。

本設問は、競技の準備完了を知らせる具体的なアクションを特定する問題です。

• 「準備完了」の表示と同時に、聴覚的にも状態遷移を知らせるための機能が存在します。
• 審判員が「選手セット」を完了した際、セット完了音の出力を行うことで、次のフェーズ（スタート待ち）への移行を明確にします。

高得点のポイント

• 視覚情報（表示タスク）と聴覚情報（合図機タスク）の連携によるシステムのフィードバック設計を理解しているかが評価されます。

本設問は、初期化処理や状態のリセット時に影響を受けるタスクの範囲を特定する問題です。

• 競技タスクが新たなレースの開始に向けてシステムをリセットする際、一部のタスクだけでなく関連するタスク全体を初期状態に戻す必要があります。
• そのため、通知先やリセットの対象は全ての使用タスクとなります。

高得点のポイント

• システムの整合性を保つための全体初期化の概念を理解し、対象範囲を正確に読み取れるかがポイントです。

本設問は、レースの一連のシーケンスが完了した際に発生するイベントを特定する問題です。

• 全ての泳者がゴールし、計時結果が確定した後にシステムが遷移する状態を指します。
• この状態遷移により、システムは次回のレースに備えるための待機状態に戻ります。このイベントは競技終了と呼ばれます。

高得点のポイント

• レースのライフサイクル（開始・準備・進行・終了）をタスクの遷移として正しく追跡できるかが問われます。

本設問は、レーンタスクにおいて特定の計時割込みをどのように扱うか、その処理内容を抜き出す問題です。

• レーンタスクは各レーンの計時デバイス（タッチ板など）からの信号を監視します。
• ゴール時のタッチ板接触などは、固有の出力元ID（ここでは 110）を持つ割込みとしてシステムに通知されます。
• この仕様に基づき、レーンタスクは「出力元IDが110の計時割込みを検知する」処理を行います。

高得点のポイント

• 対象となる出力元IDと「計時割込み」というキーワードを含め、指定された文字数（25字以内）で過不足なく抜き出せているかが評価されます。

本設問は、計測レジスタの値から特定の処理を実行するための条件を特定する問題です。

• 計測レジスタには、時間情報だけでなくステータスやイベントの種類を示すフラグが含まれることが一般的です。
• 仕様において、レジスタの特定のビット（ここでは上位2ビット）が特定の状態（00）である場合に、目的とする処理が発火する設計となっています。
• したがって、「上位2ビットが00のとき」が実行条件となります。

高得点のポイント

• データのビット構造を理解し、条件分岐のトリガとなるビットパターンを文字数制限（15字以内）に合わせて簡潔に記述できるかが問われます。

本設問は、レーンタスクが競技タスクに対してフライング等の失格情報を通知するタイミングを特定する問題です。

• レーンタスクは各レーンで発生するイベントをリアルタイムに監視し、判定を行います。
• 判定された失格の有無は、レース全体の進行状態を管理する競技タスクに対して、区切りとなるタイミングでまとめて通知されます。
• このタイミングは、競技終了処理の一環として行われるため、「“競技終了”を通知するとき」となります。

高得点のポイント

• タスク間の通信タイミングと情報の集約の仕組みを理解し、20字以内で的確に表現できるかが評価の対象となります。

本設問は、システムの可用性向上のための機能追加において、主機・補機の役割変更（フェイルオーバー等）を通知しなければならないタスクを全て挙げる問題です。

• 計時システムは冗長化されており、主機が故障した場合には補機が処理を引き継ぐ仕様が追加されます。
• 主機と補機の状態変更は、競技の進行を管理する競技タスク、外部機器との連携や死活監視を担う機器間通信・監視タスク、およびネットワーク越しのデータ共有を行うLAN通信タスクに通知されなければなりません。

高得点のポイント

• システムの冗長構成において影響を受けるタスク群を漏れなく抽出できているかが問われます。複数タスクで実現するシステムの役割分担を正確に理解しておく必要があります。

本設問は、主機・補機の役割変更に伴い、特定のタスクの動作に生じる変更点を記述する問題です。

• 補機として動作しているシステムは、主機と同様の計時処理を行いつつも、外部ハードウェアへの実際の出力は抑制する必要があります。
• 音響や光による合図を二重に発報することを防ぐため、補機状態では「合図機タスクに指示を送らない」という変更が加わります。

高得点のポイント

• アクティブ・スタンバイ構成におけるスタンバイ機（補機）の出力抑制の考え方を理解し、20字以内で簡潔に表現できるかが評価されます。

本設問は、機能追加の仕様書（表4）の空欄に当てはまる適切なタスク名を解答する問題です。

• システムの冗長化対応において、状態変更の影響を直接受けるタスクが明記されています。
• 文脈から、競技の進行制御や各レーンの判定ロジックを担うタスク群が該当します。
• 正答は「競技タスク」および「レーンタスク」となります（本設問と次の設問でそれぞれ解答）。

高得点のポイント

• 追加機能の仕様変更点と、既存のタスクの役割を正しく結びつけることができるかが問われます。

公式解答例では m・n は順不同です（競技タスク／レーンタスクのいずれを m・n に入れても正解。ただし m・n に同じタスク名を入れた回答は正答ではありません）。

本設問は、機能追加の仕様書（表4）の空欄に当てはまる適切なタスク名を解答する問題です。

• 設問 q2_sq3_3 と対になる問題であり、冗長化機能追加において影響を受ける中核タスクを特定します。
• 正答は「競技タスク」および「レーンタスク」となります。

高得点のポイント

• 追加機能の仕様変更点と、既存のタスクの役割を正しく結びつけることができるかが問われます。

公式解答例では m・n は順不同です（競技タスク／レーンタスクのいずれを m・n に入れても正解。ただし m・n に同じタスク名を入れた回答は正答ではありません）。