ＰＣを利用したＨＡＶｉ対応家電の構築 副島康太 松田正彦 飯野徹 林豪敏 （富士通ＬＳＩソリューション株式会社） 中島達夫 （早稲田大学理工学部情報学科） 発表内容 • • • • • • • • • • • • • • • • 背景 ミドルウェアの利用 Ｊａｖａを利用したミドルウェア開発 Ｌｉｎｕｘの利用 Ｊａｖａ、Ｌｉｎｕｘの利用は現実的か？ ＰＣを利用した開発 システムアーキテクチャ 開発した情報家電システムの概要 ＨＡＶｉについて 開発した情報家電システムの構成 開発した情報家電システムの実装 開発した情報家電システムの動作例 開発した情報家電システムの性能評価 開発にＪａｖａ、Ｌｉｎｕｘを利用した経験 まとめ デモについて 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 背景（１） • これからの情報家電とは？ – 様々なネットワーク • インターネット、デジタル放送、ｉモード、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＨＡＶｉ、 ＥＣＨＯＮＥＴ、無線ＬＡＮ、・・・ – 複雑な機能 • マルチメディア機能、著作権保護機能、セキュリティ機能、・・・ – 高度なユーザーインターフェース • ＧＵＩ、音声合成／認識、文字認識、・・・ – 高性能ハードウェア • ３２ｂｉｔ以上のＣＰＵ、大容量ＲＡＭ／ＲＯＭ 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 背景（２） • 家電用ソフトウェアの開発の現状 – 実装に依存したシンプルなファームウェア上での開発 • ソフトウェアの再利用性が低い • 開発ツールの種類が少ない • 既製のライブラリを利用するには本格的な移植が必要 情報家電用のソフトウェアには 新しいアプローチが必要！ 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 ミドルウェアの利用（１） • ネットワークプロトコルやＧＵＩフ レームワーク等の基本的な機能を アプリケーションから分離。 • ミドルウェアとアプリケーションを 別々に開発可能となり、開発期間 を短縮できる。 • ミドルウェアが標準ＡＰＩを提供する ことにより、アプリケーションの再 利用が可能。 アプリケーション 標準ＡＰＩ 標準ＡＰＩ ミドルウェア ＯＳ ミドルウェア ＯＳ プラットフォームＢ プラットフォームＡ 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 ミドルウェアの利用（２） • 情報家電用のミドルウェアは大規模化、複雑化 していく。 • 開発ターゲットへのミドルウェアの移植作業に多 大な労力が必要だとメリットは少ない。 要求 – ミドルウェアの開発効率を高くしたい。 – ミドルウェアの移植性を高くしたい。 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 Ｊａｖａを利用したミドルウェア開発 Ｊａｖａの利用により、要求を解決できるのではないか？ • Ｊａｖａの利点 – – – – オブジェクト指向言語であり、コードの再利用性が高い。 ライブラリが標準化されている。 バグが作りこまれにくい仕様になっている。 バーチャルマシン上で実行されるためハードウェアに依存しない。 ミドルウェアの開発にＪａｖａを利用することにより、移植 性と開発効率を向上させる。 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 Ｌｉｎｕｘの利用（１） • Ｊａｖａによるミドルウェアだけでは実現できない機能がある。 – 非常に高速な処理が要求される機能 – リアルタイム性能の確保等のＯＳに依存した機能 Ｌｉｎｕｘを利用することにより、Ｊａｖａだけでは実現できない 機能に関しても開発効率、移植性の向上をはかることがで きるのではないか？ 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 Ｌｉｎｕｘの利用（２） • Ｌｉｎｕｘの利点 – オープンソースであるため、各種ＣＰＵへの移植が進んでいる。 – ＡＰＩが標準化されているため、ハードウェアが異なるシステム間でもソフ トウェアの移植は容易。 – Ｌｉｎｕｘ用の多数のライブラリ、アプリケーションが公開されているため、 それらを利用できれば開発期間の短縮につながる。 • ミドルウェア、アプリケーションをＬｉｎｕｘに対応させることにより、 Ｌｉｎｕｘを搭載したプラットフォーム間での移植性を向上させる。 • Ｌｉｎｕｘ用に公開されているライブラリ、ソフトウェアを利用することに より、アプリケーションの開発効率を向上させる。 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 Ｊａｖａ、Ｌｉｎｕｘの利用は現実的か？ • 最近の話題 – – – – – Ｌｉｎｕｘ搭載の家庭用ネット端末。 家電機器には既にＪａｖａの採用例。 ＰＤＡ、携帯電話等でもＪａｖａＶＭの動作が可能に。 組込み向けの小フットプリントのＬｉｎｕｘ。 リアルタイム機能を付加したＬｉｎｕｘ。 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 ＰＣを利用した開発 • Ｊａｖａ、Ｌｉｎｕｘを利用する場合の開発環境として はＰＣが適している。 – – – – 開発ツールが豊富。 周辺ハードウェアが豊富。 開発システムの準備が短期間で可能。 コストパフォーマンスが高い。 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 システムアーキテクチャ ＰＣ環境 アプリケーション ミドルウェア アプリケーション ミドルウェア ＯＳ依存 ライブラリ ＪａｖａＶＭ Ｌｉｎｕｘを搭載した ターゲット環境 ＪａｖａＶＭ Ｌｉｎｕｘを搭載しない ターゲット環境 アプリケーション ミドルウェア ＯＳ依存 ライブラリ ＯＳ依存 ライブラリ ＪａｖａＶＭ Ｌｉｎｕｘ Ｌｉｎｕｘ ＯＳ ＰＣ 組込み機器 組込み機器 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 開発した情報家電システムの概要 • ＨＡＶｉ規格に対応したミドルウェアをＪａｖａで開発。 • 開発したミドルウェアを用いて、ＬｉｎｕｘとＷｉｎｄｏｗｓ 上に情報家電システムを構築。 • オープンソースのソフトウェアや、市販のライブラリ を利用して家電の機能を実現するプログラムを開 発。 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 ＨＡＶｉについて • ＨＡＶｉ（Home Audio/Video interoperability）はホー ムネットワークを実現するための機器アーキテク チャの規格であり、特にAV家電機器に適している。 アプリケーション ＡＰＩ • HAVi規格に準拠した機器は、ＩＥＥＥ１３９４ケーブ ルで接続するだけで、協調動作が可能になる。 ＨＡＶｉミドルウェア ＯＳ ハードウェア • 協調動作実現のために、HAVi機器同士がやり取 りを行なうためのプロトコルとアプリケーションに 対するAPIを定義している。 １３９４ケーブル プロトコル 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 開発した情報家電システムの構成 ≪HAVi対応デジタルTV≫ ≪HAVi対応デジタルチューナー≫ ＨＡＶｉアプリケーション ＨＡＶｉアプリケーション ＨＡＶｉミドルウェア ＨＡＶｉミドルウェア JavaＶＭ １３９４ ＩＦ プログラム デジタルTV プログラム （MPEG2） デジタルTV プログラム （DV） JavaＶＭ １３９４ ＩＦ チューナーＩＦ デジタル チューナー プログラム プログラム プログラム Linux Windows98SE ＰＣＰＣ ＰＣ IEEE1394 ボード MPEG2デコーダ ボード IEEE1394 ボード MPEG2エンコーダ ボード シリアル （（（ IEEE1394バス IEEE1394バス TVチューナー リモコン DVカメラ 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 開発した情報家電システムの実装（１） • ミドルウェア – ＨＡＶｉ規格で標準化されたＡＰＩのうち、基本的な部分 を実装した。 – ほとんどをＪａｖａで実装し、１３９４にアクセスする部分 のみをＣ言語で開発した。 • ＨＡＶｉアプリケーション – Ｊａｖａで実装。 – ＨＡＶｉのＡＰＩを利用し、１３９４へのアクセスを行なう。 – ＧＵＩを提供。 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 開発した情報家電システムの実装（２） • 家電機能 – Ｌｉｎｕｘ用のオープンソースのソフトウェアを利用して、ＤＶの映像 ストリームをＩＥＥＥ１３９４で受信し、デコードと表示を行なう「デジ タルＴＶプログラム（ＤＶ用）」を開発した。 – Ｌｉｎｕｘ用の市販ＭＰＥＧ２デコーダボードを利用して、ＭＰＥＧ２の 映像ストリームをＩＥＥＥ１３９４で受信し、デコードと表示を行なう 「デジタルＴＶプログラム（ＭＰＥＧ２用）を開発した。 – Ｗｉｎｄｏｗｓ用の市販ＭＰＥＧ２エンコーダボードを利用して、映像 をＭＰＥＧ２圧縮し、ＩＥＥＥ１３９４上に送信する「デジタルチュー ナープログラム」を開発した。 – 市販のビデオデッキをシリアル及びプログラムリモコンを通して 制御可能にし、ＴＶチューナーとして利用できるようにした。 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 開発した情報家電システムの動作例 ← Ｗｉｎｄｏｗｓ版 Ｌｉｎｕｘ版 → 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 開発した情報家電システムの性能評価（１） OS 測定１ IEEE1394アクセス速度 A syncR ead A syncW rite OS JD K 測定２ Java-IEEE1394アクセス速度 測定３ H A V i-IEEE1394アクセス速度 A syncR ead A syncW rite A syncR ead A syncW rite OS JD K 測定４ H A V iローカルメッセ-ジング速度 〈測定マシンスペック〉 *1 CPU：PentiumⅢ850MHz メモリ： SDRAM 512MBytes（PC100）、 マザーボード：ASUSTeK P3B-F チップセット：440BX IEEE1394ボード：テクノスコープ製 PFW-41 W indow s98SE *1 Linux *2 （カーネルV er.2.2.14） 550 550 28 28 W indow s98SE *1 Linux （カーネルV er.2.2.14）*2 Sun Sun IB M JD K1.1.8 Sun JD K1.1.8 JD K1.3.0 JD K1.3.0 JIT有り JIT無し JIT有り JIT無し rc1-b17 736 748 826 113 120 133 760 660 860 136 142 170 1492 1514 2394 200 226 19929 1320 1340 1560 254 216 19914 W indow s98SE *1 Linux （カーネルV er.2.2.14）*2 Sun Sun IB M JD K1.1.8 Sun JD K1.1.8 JD K1.3.0 JD K1.3.0 JIT有り JIT無し JIT有り JIT無し rc1-b17 654 740 631 253 299 20040 単位：μ秒/回 *2 CPU：PentiumⅢ800MHz メモリ： SDRAM 512MBytes（PC100）、 マザーボード：ASUSTeK P3B-F チップセット：440BX IEEE1394ボード：メルコ製IFC-ILP 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 開発した情報家電システムの性能評価（２） • （結果概要） – Ｃで記述したプログラムから１３９４へのアクセスは、３０μ秒程度 （Ｌｉｎｕｘ） – ＨＡＶｉアプリケーションから１３９４へのアクセスは２００～２６０μ秒 程度（Ｌｉｎｕｘ） – ＨＡＶｉモジュール間のローカルメッセ－ジング時間は２５０μ秒程 度 • ＨＡＶｉアプリケーションの主な役割はユーザーイ ンターフェースの提供と他機器の制御なので、性 能的には問題無い。 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 開発にＪａｖａ、Ｌｉｎｕｘを利用した経験 （１） • Ｊａｖａに関して – ＬｉｎｕｘとＷｉｎｄｏｗｓではほとんど同じコードが利用でき た。移植の手間はわずかなもの。 – ＬｉｎｕｘとＷｉｎｄｏｗｓ以外に、Ｊａｖａチップ上にｐｅｒｓｏｎａｌ Ｊａｖａが搭載されたシステムへも移植を行なったが、 ほとんどのコードをそのまま動作させることができた。 – Ｊａｖａのスレッド制御機能はもう少し充実して欲しい。 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 開発にＪａｖａ、Ｌｉｎｕｘを利用した経験 （２） • Ｊａｖａチップ上で動作する開発システム 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 開発にＪａｖａ、Ｌｉｎｕｘを利用した経験 （３） • Ｌｉｎｕｘに関して – オープンソースのソフトウェアは利用できるものがあ ればかなり有利 • ＤＶ映像を表示するデジタルＴＶプログラムの開発では、複数 のオープンソースのソフトウェアを改造して利用した。全て自 前で作成すれば、何倍も開発期間がかかっただろう。 – 問題の原因究明が容易 • 問題が起きたとき、ライブラリやドライバのソースコードを見る ことができるため、原因がどこにあるのかを特定しやすい。 – モジュール毎のクオリティにばらつきがある。 • 実装の問題ならば手を入れることも可能だが、ＡＰＩの問題の 場合、修正は容易ではない。 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 まとめ • 大規模化・複雑化していく情報家電機器用のソフトウェア 開発においては、開発効率の向上は重要な要素である。 • ミドルウェアをＪａｖａで開発することにより、ミドルウェアの 開発効率や移植性を高めることができる。 • 開発システムとターゲットの両方にＬｉｎｕｘを利用すれば、 アプリケーションの開発効率をさらに高めることができる。 • 本開発では、実際にＪａｖａ、Ｌｉｎｕｘを利用して情報家電シ ステムの構築を行ない、この手法の実現性と効果を確認 した。 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 デモ（１） 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室 デモ（２） 富士通ＬＳＩソリューション株式会社 早稲田大学中島研究室
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