モノリシックコンピュータ（MCU）は小型コンピュータとして、その体積が小さく、コストが低く、性能が安定しているなどの利点から、工業制御、スマートホーム、自動車電子など多くの分野に広く応用されている。シングルチップのソフトウェアアーキテクチャとは、プログラムの効率と保守性に直接影響を与えるソフトウェアシステムの全体的な構造を指します。そのため、適切なシングルチップソフトウェアアーキテクチャを理解して選択することは、開発者にとって重要です。本文では、開発者がよりよく理解し、応用するのを支援するために、一般的に使用されている9種類のシングルチップソフトウェアアーキテクチャを詳細に紹介します。

1.循環実行アーキテクチャ（Main Loop）

循環実行アーキテクチャはシングルチップソフトウェアの最も基本的な設計モデルである。このアーキテクチャでは、シングルチップマシンはプライマリサイクルを実行し、各モジュールに処理イベントがあるかどうかを絶えずポーリングします。このアーキテクチャは簡単で直感的で、簡単なデータ収集や制御システムなど、あまり複雑ではないアプリケーションシーンに適しています。しかし、機能の増加に伴い、メインサイクル中のポーリングコードはますます膨大で複雑になり、メンテナンスが困難になります。

2.ドライバアーキテクチャの中断

ドライバスキーマの中断により、外部イベントが発生したときにプログラムがすぐに応答することができます。このアーキテクチャの下で、シングルチップの資源利用率は高く、応答時間は短く、リアルタイム性の要求が高いシーンに適している。割り込みサービスルーチン（ISR）は外部イベントの処理を担当し、プライマリサイクルは優先度の低いタスクを実行します。しかし、過剰な割り込みはシステムの予測性を低下させ、システム設計の複雑さを増す可能性があります。

3.時間トリガアーキテクチャ

タイムトリガアーキテクチャは、厳格なスケジュールに従って各タスクを実行する構造が明確なソフトウェアモデルです。このアーキテクチャは、通常、時間スケジュールを管理するためにリアルタイムオペレーティングシステム（RTOS）を必要とする。各タスクには明確な実行時間とサイクルがあり、システムの予測性と応答性を保証することができます。時間要件の厳しいリアルタイム制御システムに適しています。

4.イベント駆動アーキテクチャ

時間トリガスキーマに対応するのは、時間ではなくイベントに基づいてタスクをスケジュールするイベント駆動スキーマです。このアーキテクチャでは、タスクの実行は特定のイベントの発生に依存し、このモデルはシステムをより効率的にし、必要に応じてプロセッサリソースを占有し、システムのエネルギー消費を大幅に削減します。

5.ステートマシンベースのアーキテクチャ

ステートマシンは、イベント駆動システムに適したソフトウェアモデルであり、システムの動作を一連の状態とこれらの状態との間で遷移する条件に分割します。各状態はシステムの特定の動作に対応し、システムはある時点で1つの状態にしかならない。このアーキテクチャにより、システム動作の管理が明確になり、追跡が容易になります。

6.階層構造

階層構造はソフトウェアを異なる階層に分け、各階層は特定の機能を完成させ、上層は下層が提供するサービスを呼び出すことでより複雑な機能を実現する。このような階層は物理的であってもよく、例えばハードウェア抽象層、駆動層、アプリケーション層、ネットワークプロトコルの階層化など、論理的であってもよい。このアーキテクチャにより、コードの再利用性と保守性が向上します。

7.コンポーネント型アーキテクチャ

コンポーネントアーキテクチャとは、システムを再利用可能なコンポーネントに分割し、各コンポーネントが独立した機能を実行し、他のコンポーネントとは独立して開発およびテストを行うことができるコンポーネントです。このアーキテクチャの利点は、管理と置き換えが容易なモジュラー化の程度が高く、コンポーネント間の相互作用がシステム全体のパフォーマンスを低下させる可能性があることです。

8.マイクロコアアーキテクチャ

マイクロコアアーキテクチャは、スレッドスケジューリング、メモリ管理などのシステムのコア機能を小さなコアに分割し、デバイス駆動、ファイルシステムなどの他のサービスを独立したモジュールとしてユーザー空間で実行します。このアーキテクチャの利点は、頻繁なコンテキスト切り替えが必要なため、柔軟性とセキュリティが高く、パフォーマンスのオーバーヘッドが大きいことです。

9.モデル−ビュー−コントローラ（MVC）アーキテクチャ

MVCアーキテクチャは最初はグラフィカルユーザインタフェースのために設計されていたが、シングルチップソフトウェアの設計にも応用できる。MVCアーキテクチャでは、モデルはデータと論理を管理し、ビューは表示を担当し、コントローラは入力を処理する。この分離により、プログラムの論理がより明確になり、デバッグとメンテナンスが容易になります。

結論

適切なシングルチップソフトウェアアーキテクチャを選択することは、プロジェクトの成功にとって重要です。開発者はプロジェクトの実際の需要に基づいて、システムの複雑さ、リアルタイム性の要求、資源制限、開発周期などの要素を総合的に考慮し、最適なソフトウェアアーキテクチャを選択しなければならない。浮思特科技はパワーデバイス分野を深く耕し、顧客にIGBT、IPMモジュール、シングルチップ、タッチチップなどのパワーデバイスを提供し、コア技術を持つ電子部品サプライヤーとソリューション商である。