Interface編集部
2021年4月号特集「Amazon×マイコン FreeRTOS入門」サポート・ページ
特集の概要
●マイコン向けの軽量OS「リアルタイムOS」がテーマ
マイコンで動くプログラムは，どのように作成しているのでしょうか．さまざまな作成方法が用意されていますが，本特集ではOS（Operating System）を使ってマイコンのプログラムを作成する方法を紹介します．
OSにはいろいろな種類がありますが，主にマイコンで用いられるOSにリアルタイムOS（RTOS）と呼ばれるものがあります．WindowsやLinuxのような汎用OSとは違い，ローエンドのマイコンでも動作する小型軽量タイプのOSです．汎用OSと比べると機能はシンプルですが，マイコンで動かすことに特化していて，古くから組み込み機器などの装置に搭載されてきました．
●大手ITメーカの参入でリアルタイムOS新時代に突入！
リアルタイムOSが使われるようになって数十年経ちますが，最近のIoT（Internet of Things：モノのインターネット）化の流れで，RTOSにも新たな動きが出てきました．その代表が，アマゾンによるリアルタイムOS開発会社の買収です．
●特集ではAmazonのマイコン向け軽量OS「FreeRTOS」を紹介
特集では，FreeRTOSと呼ばれるマイコン向けの軽量OSを紹介します．FreeRTOSは，もともとリチャード・バリー（Richard Barry）氏が開発したリアルタイムOSで，2003年に公開された後，，Real Time Engineer社によって開発と配布が続けられてきましたが，2017年にアマゾンが買収しました．現在アマゾンから提供されているFreeRTOSには，次のような特徴があります．
▼特徴1：無償で利用できる
MITライセンスで公開されたオープンソースであり，製品にも無償で利用できる
▼特徴2：クラウド連携が容易
インターネット接続やクラウド連携，特にアマゾン ウェブ サービス（AWS）との連携を行うプログラムの作成が容易であり，IoTで今後重要になるOTA（通信によるマイコンのプログラム更新）が考慮されている
▼特徴3：対応アーキテクチャ40種以降
Arm Cortex-Mコアのマイコンに限らずいろいろなマイコンに対応しており，また多くのマイコン・メーカの協力で安価なスタータ・キットが多数用意されている
▼特徴4：継続的な保守が行われている
継続的に保守や機能拡張が行われていて将来の安心感があり，2020年12月に初めて2年間サポートされるLTS版が出た
目次と記事サポート・ページへのリンク
■第1部 新定番！FreeRTOSが来た
●第1章 IoTに標準対応！マイコンOSの新定番Amazon FreeRTOS 永原 柊
あのアマゾンが提供するマイコンOS「FreeRTOS」とはどんなものなのか？WindowsやLinuxのような汎用OSとの違いから，RTOSの基礎知識，使うメリットなどを紹介します．また，他の開発手法との比較や，利用イメージも解説します．
●第2章 アマゾン認定！FreeRTOS開発ボード図鑑 永原 柊
FreeRTOSには，アマゾン ウェブ サービス（AWS）との連携動作を確認したハードウェアが用意されています．本章ではこれらのハードウェアの中から，比較的入手が容易なものを紹介します．
・AWS Partner Device Catalog：https://devices.amazonaws.com/
▼Appendix1 アマゾンによる買収でFreeRTOSはどう変わったか 中村 和夫，金城 正之，尾松 龍雄
FreeRTOSは，もともと2003年から公開されているオープンソースのリアルタイムOSでしたが，2017年にアマゾンに買収されました．この買収により，FreeRTOSはどう変わったのでしょうか？本章ではアマゾン買収後にFreeRTOSがどう変わったのかを解説します．
●第3章 アルタイムOSの基礎知識とマルチタスクのしくみ 古城 隆
そもそもリアルタイムOSとは何なのでしょうか？本章ではマルチタスク機能に焦点を絞り，WindowsやLinuxなどの汎用OSと何が違うのかを解説します．また，リアルタイムOSで動作するアプリケーションを設計する際のコモンセンスについても解説します．
■第2部 開発実習
●第1章 プロローグ…FreeRTOSの基礎智識 後閑 哲也
第2部では，実際のマイコンを使ってFreeRTOSを動かしてみます．タスクの作り方から，バッファやセマフォの使い方まで，FreeRTOSを動かすために知っておきたいことを一通り解説します．
本章では，FreeRTOSの概要から特徴，全体の構成について解説します．
●第2章 実習の準備…トレーニング用ハードウェアの製作 後閑 哲也
本章では，第2部でFreeRTOSを動かすときに使うハードウェアを準備します．基板を用いて製作する方法を解説しますが，部品を集めればブレッドボードでも同様に試せます．詳細は次のページを参照してください．
左：第2章で製作する基板，右：ブレッドボードで同様の実験をしているようす
▼Appendix1 実習で使う開発環境の概要 後閑 哲也
第2部のソフトウェア開発には，マイクロチップ・テクノロジーが提供する「Harmony v3」というコード自動生成機能を含むフレームワークを使います．ハードウェアに依存するコードは，GUI画面で設定するだけで組み込めるので，FreeRTOSプログラミングの学習に専念できます．
本章では，このHarmony v3を含む開発環境の概要を解説します．
●第3章 FreeRTOS初体験！「マルチタスクLチカ」の実験 後閑 哲也
本章では，最初の実習として開発環境の構築方法と，マルチタスク機能を使ったLED点滅プログラムの作成方法を解説します．関連ツールのインストール手順から，プロジェクト作成，ソースコードの記述まで，ステップ・バイ・ステップで解説します．
・実演動画（準備中）
●第4章 動かしながら学ぶ！FreeRTOSプログラミング 後閑 哲也
第3章に引きつづき，実際に動かしながらFreeRTOSのプログラミングを学んでいきます．本章では，タスクの作り方からキュー・バッファ，割り込み，セマフォ，排他制御，タスク通知，ストリーム・バッファの使い方を解説します．
・実演動画（準備中）
■第3部 8ビットPICへの実装にトライ
●第1章 PIC18でも動く超軽量ビルド！My FreeRTOS作りにトライ 宮田 賢一
本章では，構成をカスタマイズした自分専用のFreeRTOSを作ってみます．ここではメモリ使用量に注目して，PIC18マイコンで動作する小型軽量なFreeRTOS作りに挑戦します．
■第4部 個人で試せるアマゾン・クラウドで遠隔通信
●第1章 ESP32でサッ！AWSとAmazon FreeRTOSのセキュア接続 古城 隆
本章では，実際にAWSとFreeRTOSを接続する方法を解説します．AWSコンソールで認証設定を行ったFreeRTOSソースコードを使い，TLS（Transport Layer Security）でセキュアに接続します．また，パケット・キャプチャを使って，AWSとどのような通信を行っているのかを実際に見てみます．
●第2章 マイコン・ファームウェアはネットで更新！OTA機能を試す 古城 隆
本章では，いまどきのリアルタイムOSで主流になりつつあるOTA（Over The Air）機能を使って，マイコンのファームウェアを更新する手順を解説します．FreeRTOSは，署名検証用の証明書とOTA Updateエージェントを事前に組み込んだソースコードを使います．
●第3章 AWS IoT越しのL チカ＆マルチバイブレータ実験 geachlab，丸石 康
本章では，2台のM5Stick C Plusを使って，AWSのMQTTブローカを介した機器間のデータ送受信実験を行います．実験１では，AWSを介したLチカ実験を行ってみます．実験2では，マルチバイブレータを題材に，AWSを介したアナログ値の伝送実験を行ってみます．
