組み込まれた雇用の方向性分析

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組み込み開発の方向性

本文特指的是嵌入式软件开发部分的岗位
組込みソフトウェア開発は幅広い分野であり、さまざまなキャリアパスが用意されています。組み込みソフトウェア開発の一般的なキャリア パスをいくつか示します。

1. 組み込みシステム エンジニア: 組み込みシステム エンジニアとして、組み込みシステム ソフトウェアの設計、開発、デバッグを担当します。これには、低レベルのドライバー開発、オペレーティング システムの移植、ハードウェアとソフトウェアの統合などが含まれる場合があります。自動車、医療、産業オートメーションなど、さまざまな業界で組み込みシステム エンジニアの仕事を見つけることができます。

2. デバイス ドライバー プログラマー: デバイス ドライバー プログラマーは、ハードウェア デバイスのドライバーの作成とデバッグを担当します。これには、さまざまな周辺機器 (センサー、通信インターフェイス、ストレージ デバイスなど) との対話や、それらがオペレーティング システムやアプリケーションと適切に通信できるようにすることが含まれます。

3. 組み込みソフトウェア アーキテクト: 組み込みソフトウェア アーキテクトとして、組み込みソフトウェア システムの全体的なアーキテクチャの設計と計画を担当します。これには、システムのニーズとパフォーマンス要件を満たすために、適切なプロセッサ、オペレーティング システム、通信プロトコル、およびソフトウェア コンポーネントを選択することが含まれます。

4. 組み込みセキュリティ エンジニア: モノのインターネットの成長に伴い、組み込みデバイスのセキュリティはますます重要になっています。組み込みセキュリティ エンジニアは、組み込みシステムとデバイスをセキュリティ侵害や攻撃から保護するために働いています。彼らは、組み込みセキュリティ評価の実施、セキュリティ対策の実装、およびセキュリティ ポリシーの開発を担当します。

5. オートメーション エンジニア: オートメーションの分野では、組み込みソフトウェア開発者は、産業オートメーション プロセスを制御および監視するための制御システムを設計および開発する必要があります。これには、リアルタイム制御アルゴリズムの作成、センサーやアクチュエーターとの通信、ホスト コンピューターやクラウド プラットフォームとの通信の統合などが含まれる場合があります。

6. 組み込みソフトウェア テスト エンジニア: 組み込みソフトウェア テスト エンジニアは、組み込みソフトウェアの品質と安定性を確保するためのテスト計画を作成および実行します。彼らは単体テスト、統合テスト、システムレベルのテストを実施し、開発チームと協力して問題のトラブルシューティングを行います。

これらは組み込みソフトウェア開発における一般的なキャリア パスの一部にすぎず、実際には他にも多くの専門分野やポジションがあります。自分に合った雇用の方向性を選択するときは、個人的な興味、スキル、業界のニーズを考慮して、技術的な能力を学び、向上させ続けることができます。

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モータードライブおよびモーター制御アルゴリズムの開発

モータードライブおよびモーター制御アルゴリズムの開発は、組み込みソフトウェア開発における重要な分野です。モータードライブとモーター制御アルゴリズムの開発に関する基本情報を次に示します。

1. モータードライブ: モータードライブとは、モーターの速度とトルクを制御するために、電源から供給される電気エネルギーをモーターが必要とする電流または電圧信号に変換することを指します。モータードライブには通常、パワーエレクトロニクス (パワートランジスタ、IGBT など) と制御回路が含まれています。組み込みソフトウェア開発者は、電流または電圧信号を制御することによってモーターの正確な制御を実現するモーター ドライバーを作成する責任があります。

2. モーター制御アルゴリズムの開発: モーター制御アルゴリズムは、電気モーターの動作と性能を制御するために使用されます。一般的なモータ制御アルゴリズムには、定速制御、位置制御、トルク制御などがあります。組み込みソフトウェア開発者は、これらのアルゴリズムを設計および実装し、実行可能コードに変換する責任があります。これには、センサー (エンコーダー、ホール センサーなど) を使用してモーターの状態情報を取得し、制御アルゴリズムに従って適切な制御信号を計算することが含まれる場合があります。

3. リアルタイム要件: モーターの駆動および制御アルゴリズムには、通常、特にロボット工学、ドローン、産業オートメーションなど、高精度と高速応答が必要なアプリケーションにおいて厳しいリアルタイム要件があります。組み込みソフトウェア開発者は、制御信号のリアルタイム性と精度を確保するために効率的なコードを作成する必要があります。

4. 通信インターフェイス: モーターの駆動および制御アルゴリズムは、多くの場合、センサー、ホスト コンピューター、その他の組み込みデバイスなどの他のシステム コンポーネントと通信する必要があります。組み込みソフトウェア開発者は、他のデバイスとデータを交換するために、シリアル通信プロトコル (UART、SPI、I2C など) またはイーサネット通信プロトコル (TCP/IP など) を実装する必要がある場合があります。

5. デバッグと最適化: デバッグと最適化は、モーター駆動および制御アルゴリズムの開発プロセスにおいて非常に重要な関係です。組み込みソフトウェア開発者は、オシロスコープやロジック アナライザなどのデバッグ ツールや機器を使用して、モータ駆動および制御アルゴリズムのパフォーマンスと安定性を分析およびデバッグし、必要な最適化を行う必要があります。

モータードライブおよびモーター制御アルゴリズムの開発には、モーター原理、制御理論、組み込みシステム開発技術に関する深い知識が必要です。同時に、関連するハードウェア回路設計とモーターコントローラーの動作原理を理解することも役立ちます。この分野の能力を向上させるには、継続的な学習と実践経験の蓄積が鍵となります。

スキルポイント：FOC制御、方形波制御

FOC (フィールド指向制御) 制御と方形波制御は、2 つの一般的なモーター制御戦略です。これらは、さまざまな特性と適用可能なシナリオを備え、モーター制御で広く使用されています。

1. FOC 制御 (フィールド指向制御): FOC 制御は、ベクトル制御またはフィールド指向制御とも呼ばれ、高度なモーター制御技術です。その目標は、モーターの制御を独立した磁界方向制御と磁界強度制御に分解することです。FOC 制御は、モーターの三相電流を独立した磁界方向と磁界強度の成分に変換することにより、モーターの制御をより柔軟かつ正確にします。FOC 制御は、産業用ドライブや電気自動車など、速度、トルク、位置の正確な制御が必要なアプリケーションに適した高効率、高性能のモーター制御を提供します。

2. 方形波制御: 方形波制御は、モーター制御のシンプルかつ直接的な方法です。モーターの相電流を方形波信号として直接設定するため、モーターは各電流位相で交互にオン/オフになり、対応するトルクが生成されます。方形波制御の利点は、実装がシンプルで簡単であり、一部の低コストで需要の低いアプリケーションに適していることです。ただし、方形波制御は効率が低く、モーターの振動や騒音が発生する可能性があり、低速や負荷では性能が不安定です。

一般にFOC制御は方形波制御に比べ制御精度や性能が高く、高いモータ性能が要求される用途に適しています。方形波制御はよりシンプルで直接的であり、コストとパフォーマンスの要件が比較的低い一部のアプリケーションに適しています。どの制御戦略を選択するかは、特定のアプリケーションのニーズと制約に従って決定する必要があります。

例として、
Arduino プラットフォームと FOC ライブラリをモーター制御に使用する方法を示す簡単なモーター制御コードの例を示します。

#include <SimpleFOC.h>

// 定义电机对象
BLDCMotor motor = BLDCMotor(7, 8, 9, 10);

// 定义电机驱动对象
BLDCDriver3PWM driver = BLDCDriver3PWM(6, 5, 3, 2);

void setup() {
    
    
  // 设置电机驱动引脚
  driver.voltage_power_supply = 12; // 设置电机供电电压
  driver.init();
  
  // 设置电机参数
  motor.linkDriver(&driver);
  motor.foc_modulation = FOCModulationType::SpaceVectorPWM; // 设置FOC调制方式
  motor.init();
  
  // 启动电机
  motor.initFOC();
  motor.initSensor();
  motor.enableSensor();
  motor.useMonitoring(Serial);
}

void loop() {
    
    
  // 运行FOC控制循环
  motor.loopFOC();
  
  // 读取电机状态信息
  float angle = motor.shaft_angle;
  float velocity = motor.shaft_velocity;
  float current = motor.phase_currents[0];
  
  // 在串口监视器上输出电机状态信息
  Serial.print("Angle: ");
  Serial.print(angle);
  Serial.print(" Velocity: ");
  Serial.print(velocity);
  Serial.print(" Current: ");
  Serial.println(current);
  
  delay(100);
}

この例では、FOC ライブラリのBLDCMotorおよびクラスを使用してモーター制御を実装します。BLDCDriver3PWMこの関数ではsetup()、まずモーター駆動端子とパラメーターを設定し、次にモーターとドライバーを初期化します。loop()関数内で呼び出してmotor.loopFOC()FOC 制御ループを実行し、モーターの角度、速度、電流情報を読み取ります。最後にシリアルモニタに情報を出力し、delay()関数で制御ループの時間間隔を設定します。

これは単なる単純な例であり、実際のモーター制御コードはより複雑で、より多くのパラメーター設定、ステータス監視、および制御ロジックが含まれる可能性があることに注意してください。特定のコードの実装は、使用されるハードウェア プラットフォームと制御要件によって異なる場合があります。したがって、実際のアプリケーションでは、特定のモーターとコントローラーに応じて適切な調整や変更を行う必要がある場合があります。

組み込み電源開発の方向性

スキルポイント：電源トポロジー、制御原理

電源トポロジは、入力電力を必要な出力電力に変換するために電力システムで使用される回路構造を指します。電源トポロジが異なれば、特性も適用可能なシナリオも異なります。一般的な電源トポロジには、スイッチ モードとリニア モードが含まれます。

以下に、いくつかの一般的な電源トポロジとその制御原理を示します。

1. スイッチモード電源トポロジ:

   a. スイッチ モード電源: スイッチ モード電源は高効率の電源トポロジであり、一般的なスイッチ モードには、スイッチ モード電流源 (SMPS) とスイッチ モード電圧源 (SMVS) が含まれます。スイッチモード電源は、電源装置（スイッチ管、またはスイッチ管とトランスの組み合わせなど）を周期的に切り替えることで、入力電源の変換効率と出力電圧または電流の安定性を調整します。制御原理には通常、フィードバック制御ループとパルス幅変調 (PWM) 技術が含まれ、スイッチング デバイスのスイッチング周波数とデューティ サイクルを調整することで出力電圧または電流を制御します。

   b. バックコンバータ: バックコンバータは、高電圧をより低い出力電圧に降圧するために使用される一般的な降圧スイッチモード電源です。その制御原理は、スイッチング管のスイッチング周波数とデューティサイクルを調整することで出力電圧を制御することです。

   c. ブースト コンバータ: ブースト コンバータは、低電圧をより高い出力電圧に昇圧するために使用される昇圧スイッチング モード電源です。その制御原理は、スイッチング管のスイッチング周波数とデューティサイクルを調整することによって出力電圧も制御します。

   d. 昇降圧コンバータ: 昇降圧コンバータは、降圧と昇圧の両方を実現できるスイッチモード電源です。その制御原理も、スイッチング管のスイッチング周波数とデューティサイクルを調整することによって出力電圧を制御することです。

2. リニアモード電源トポロジ:

   a. リニア レギュレータ: リニア レギュレータは、真空管の導通状態を調整することによって出力電圧を調整する単純な電源トポロジです。その制御原理は、負帰還制御ループを通じて出力電圧を感知し、真空管の伝導状態を調整することで出力電圧を安定させることです。

   b. リニア レギュレータ: リニア レギュレータは、真空管の導通状態を調整することで出力電圧を調整する一般的な電源トポロジーです。その制御原理は、負帰還制御ループを通じて出力電圧を感知し、真空管の導通状態を調整することによって出力電圧を安定させるリニアレギュレーターの原理に似ています。

これらは電源トポロジの一般的な例の一部にすぎず、実際には他のより複雑なトポロジが存在する可能性があります。各電源トポロジには適用可能なシナリオと長所と短所があり、適切な電源トポロジの選択は、アプリケーション要件、効率要件、コスト、信頼性などの要素に基づいて評価および決定する必要があります。制御原理の具体的な実装も、電源トポロジによって異なります。

基本的な DC コンバータ トポロジー

基本的な DC コンバータ トポロジには次のものが含まれます。

1. 降圧コンバータ (降圧コンバータ):
   降圧コンバータは、入力電源の電圧をより低い出力電圧に降圧します。スイッチ管、インダクタ、出力コンデンサで構成されます。スイッチングチューブは定期的に切り替わって電気エネルギーの流れを制御し、インダクタとコンデンサはフィルタリングとエネルギー貯蔵に使用されます。スイッチング管のスイッチング周波数とデューティサイクルを調整することにより、出力電圧の安定性を制御できます。

2. 昇圧コンバータ (Boost Converter):
   昇圧コンバータは、入力電源の電圧をより高い出力電圧に昇圧します。スイッチ管、インダクタ、出力コンデンサで構成されます。スイッチングチューブは定期的に切り替わって電気エネルギーの流れを制御し、インダクタとコンデンサはフィルタリングとエネルギー貯蔵に使用されます。スイッチング管のスイッチング周波数とデューティサイクルを調整することにより、出力電圧の安定性を制御できます。

3. 昇降圧コンバータ:
   昇降圧コンバータは、降圧と昇圧の両方を実現できます。スイッチ管、インダクタ、出力コンデンサで構成されます。スイッチングチューブは定期的に切り替わって電気エネルギーの流れを制御し、インダクタとコンデンサはフィルタリングとエネルギー貯蔵に使用されます。スイッチング管のスイッチング周波数とデューティサイクルを調整することにより、出力電圧の安定性を制御できます。

4. Cuk コンバータ:
   Cuk コンバータは、昇圧および降圧機能を実現できる双方向コンバータです。2 つのインダクタ、2 つのコンデンサ、およびスイッチ管で構成されます。Cuk コンバータは、インダクタの充電と放電を交互に行うことでエネルギー変換を実現します。スイッチング管のスイッチング周波数とデューティサイクルを調整することにより、出力電圧の安定性を制御できます。

これらは基本的な DC コンバータ トポロジであり、さまざまなアプリケーション シナリオでさまざまな利点と適用性があります。適切なトポロジの選択は、入力電圧範囲、出力電圧要件、負荷特性、効率要件などの要素に基づいて評価および決定する必要があります。実際のアプリケーションでは、特定の電力変換要件を満たすために、必要に応じてトポロジを組み合わせたり、改良したりすることもできます。

つづく

Embedded では、基本的なコーディング知識を習得する必要があるだけでなく、給与をさらに向上させたい場合は、より多くの業界の専門知識を組み合わせて技術的な閾値を高める必要があります。