今年度のMIRSには、ISAバス仕様のI/Oボードが搭載される。それに従い新しいMIRSのOSには、RT-Linux (RealTime-Linux) が使用される。そのため各センサおよびPWMをRT-タスクモジュールおよびデバイスドライバで制御する必要がある。またLCDが使用されるため、これを制御するデバイスドライバも新たに必要となる。 さらに自分たちの班で使用する超音波による環境マッピングについて述べる。

　RT-LINUXとはリアルタイム処理が可能なOSである。Linuxを使用して計測や制御向けのハードウェア、リアルタイム処理を実現するための拡張機能として開発されたもので、通常のLinuxカーネルを書き換えることで使用可能となる。ただし、RT-Linuxは厳密な意味ではリアルタイムOSではなく、スケジューラとプロセス間通信のみ提供している。仮想マシンをLinuxに提供し、Linuxを1つのリアルタイムプロセスとして実行することでリアルタイム処理と従来のLinuxの処理の共存を可能にしている。

　実時間処理。他のデバイスからの入力信号や、プログラムからの要求に対して、リアルタイムにこれを処理する方式。制御システムなどでは、一定時間内に処理を確実に終了しなければならない場合があり、このような実時間性と許容時間内での処理の完了を保証する処理方式がリアルタイム処理である。

　リアルタイムカーネルは、リアルタイムプロセスとLinuxカーネルを対象にしたスケジューリングを行う。このときリアルタイムプロセスの優先度のほうがLinuxカーネルよりも高く、リアルタイムプロセスの優先度は任意に決めることができる。
　Linuxでは、スケジューリング間隔が10ms程度であるが、PC/AT機の内蔵タイマICにより1μs程度の間隔になっている。このためLinuxではハードウェア割り込みを受け付けてISR（インタラプトサービスルーチン）を呼び出すまでに600μ〜20msぐらいかかるが、RT-Linuxではこれを15μs程度の短縮している。つまり、リアルタイムカーネルがCPU割り込み制御の主導権を握ってスケジューラも兼ねることによって、時間要素をLinuxカーネルに依存せずに自身で制御できるようにしている。
　このようにMIRSの制御に普通のLinuxではなくRT-Linuxを使用しているのは、ハードウェア割り込みがあったときのスケジューリングの処理方法の違いが大きな要素としてある。

• RT-Linuxのリアルタイムタスクにおける基本動作は、IRQ0のタイマー割込を用いた周期的起動である。起動開始時刻と周期は任意指定可能である。基本は一定時間ごとにI/Oをポーリングして必要な処理を行うタイプの処理となる。
  
  
• 　リアルタイムタスクとLinuxプロセスの間はFIFO(First-In, First-Outスタック)を用いてデータ転送する。FIFOはタスクどうしでは使用できない。リアルタイムタスクはモジュールとして実現され、insmodコマンドにより登録、lsmodコマンドで確認、rmmodコマンドにより削除される。登録後、指令をLinuxプロセスからFIFOにコマンドを出力して起動させる。これらのコマンドはスーパーユーザの権限が必要である。
  
  
• モジュールはカーネル空間でカーネルの機能拡張を行い、必ずinit_moduleとcleanup_moduleという関数を持っている。カーネル空間でもポインタを用いてメモリを確保することが可能であるが期化を行う必要がある。また外部変数を使用する場合はstatic宣言が望ましい。
  　
• FIFOは構造体を渡すことができるが、ポインタを渡すことができない。配列を使用する場合、配列の数だけメンバ変数を用意することになる。

　APIとは、OSとOS上で稼働するインターフェース規定のこと。 RT-LinuxのAPIは、V1.xのときはわずか15個であり、機能は大きく5つに分かれていた。下記にその機能、API及び対応するV2.x系のAPIを表す。

表中に出てくる用語の解説

• スレッド
  • 複数のCPUを持つコンピュータで共有メモリを使用して並列計算を行うOS機能。スレッドプログラミングを行うことで、１つのプログラム(プロセス)の中で、複数のスレッドがアドレス空間を共有して、情報の交換を高速かつ効率的に行える。
    　　
  • スケジューリングポリシー
    スレッドはスケジューリングポリシーの示す値で、その動作時間、実行形態が決まる。スケジューリングポリシーには、
    SCHED_FIFO
    SCHED_RR
    SCHED_OTHER
    の3種類がある。スレッドが終了するか、ブロックするまでスレッドを実行する、SCHED_FIFOが多く使われる。
    
    
• Mutex変数
  • 複数のスレッドの同期を管理する方法として用いる。
    
    
• POSIX (the Portable Operating System Interface for Computer Environment)
  • POSIXは、IEEE1003.1標準によって規定されたUNIXシステムのインターフェースである。RT-Linux V2.xでは、POSIXスタイルのAPIを利用するが、全関数がPOSIXスタイルではなく、RT-Linux独自のAPI関数も用意されており､POSIX+非POSIXスタイルでリアルタイムプログラミングを行う。
  
  
  

　超音波距離センサを用いることにより，ポストまでの距離を取得することが可能だが，比較的幅が広い指向性がある場合，一地点からのセンシングだけでポストの正確な位置を取得するのは難しい。そこでMIRS0205ではソナーリング(センサを円形に並べて計測)で、さらに計測範囲を重ね複数地点から距離計測を行うことで，ポストの位置取得の精度を上げることにする。
　MIRSがある地点で獲得した距離情報は，超音波のポストからの反射点が，その指向性内の円弧上にあることを示すのみであり，その位置を特定することはできない。そのため超音波距離センサの受信信号を処理し，2点以上で獲得した距離情報によって作られる円弧の交点を計算することで角度と距離が算出される。このようにポストの位置の特定を行い、環境マッピングの能力を向上させる。

　ポストの位置データはリアルタイム処理によって何秒毎に算出し、距離と角度の曲座標からデカルト座標に直して保存しておく。可能ならば位置データの差とモーターの移動距離を比較して誤差を計算する事も考えたい。2回目の競技では位置データを元にポストの位置を特定し、大体の見当をつけてポストに向かう。ポスト付近にきたら再度計測し、本当にポストが存在しているかを確認する。
　超音波による環境マッピングには移動制御が正確なのは当然で、さらに超音波センサによる測定距離がある程度正確で、距離データがリアルタイム処理可能であることが求められる。処理したデータは保存して次の行動パターンの決定に用いるのでデータ入出力が激しくなる。これら問題点の解決はCPUボード、及び超音波センサの調査も必要なので調査終了時に考えたい。