エンベデッドシステムスペシャリスト 2015年 午後1 問03

解答の導き方

1. 問われているのは、カード処理ユニットが処理結果として券処理ユニットへ伝送する情報です。カード処理ユニットは料金計算や通過可否の判定などを行い、「券処理ユニットに、カードの処理結果を伝送する」とあります。
2. 伝送先の券処理ユニットでは、管理用マイコンが表示器への表示データを出力します。表示器の機能として示されているのは、「通過可否の判定結果、引き落とし金額、カードの残額など」の表示です。
3. したがって、カードの処理結果のうち、表示器に出すために伝送する情報は、通過できるかどうかの判定結果、引き落とす金額、引き落とし後のカードの残額です。「引き落とし金額」と「カードの残額」は、料金に関する情報でも役割が異なるため、別々の項目として答えます。

誤りやすいポイント

• カードに記録されている券種や乗車駅情報と、処理結果として表示する情報を混同しないようにします。
• 「引き落とし金額」と「カードの残額」は別の情報です。前者は今回の利用で差し引く金額、後者は差し引いた後にカードに残る金額です。
• 通過可否の判定結果を、料金計算の結果に含めて省略しないようにします。表示器に表示する項目として、それぞれ示されています。

FAQ

解答の導き方

誤りやすいポイント

• 券の長さを使って、券全体のデータ量を求めてしまうことがあります。この設問で必要なのは1ビット当たりの時間なので、搬送速度と記録密度から求めます。
• 1ビットの時間である$100\mu \mathrm{s}$を、そのまま読込み周期としてしまわないようにします。8回サンプリングするため、さらに8で割ります。
• 「最大」を問われているため、読込み周期を1ビット時間の8分の1より大きくできません。8回のサンプリングを満たす限界が$12.5\mu \mathrm{s}$です。

FAQ

解答の導き方

誤りやすいポイント

• 読込みヘッドから券反転機の入口までの距離を、そのまま使わないようにします。全データを読み終えたときには券の先端がすでに進んでいるため、券の長さ$5\text{cm}$を差し引きます。
• データを読み終えた後の時間がそのまま判断時間になるわけではありません。券反転機を入口到達の10ミリ秒前までに動作させる必要があるので、その分をさらに差し引きます。
• 読込みヘッド1から入口までの距離を使うと、判断に使える時間を多く見積もってしまいます。最小時間を求めるので、入口に近い読込みヘッド2で読み終える場合を考えます。

FAQ

解答の導き方

1. 図1では、券センサ5は書出しヘッドより前にあり、券センサ6は読込みヘッド3より後にあります。したがって、この二つのセンサで、詰まりを検出したい区間への進入と、区間からの通過を確認できます。
2. カウンタは「起動すると定期的にカウント値が減算される」仕組みです。券センサ5がONになった時点で、券が監視区間に入ったと判断できます。そのため、このタイミングで、正常に通過するための猶予時間に相当するカウント値を設定してカウンタを起動します。
3. 券が正常に進めば、カウント値が0以下になる前に券センサ6がONになります。券センサ6がONになった時点でカウンタを停止すれば、監視区間を通過したことを確認できます。
4. 詰まりによって券が券センサ6まで到達しない場合は、券センサ6がONにならず、カウンタの減算が続きます。カウント値が0以下になったことを詰まりとして検出できます。よって、券センサ5のONでカウント値を設定して起動し、券センサ6のONで停止するように使用します。

誤りやすいポイント

• 券センサ6を起動のタイミングにするのは誤りです。券が監視区間に入ったことを示す券センサ5のONでカウンタを起動します。
• 券センサ5のONでカウンタを停止すると、券が区間に入った直後に監視が終わってしまいます。停止するのは、区間を通過したことを示す券センサ6のONです。
• カウント値を設定するだけでなく、券センサ5のONでカウンタを起動する必要があります。また、正常通過時にカウント値が0以下になるのを防ぐため、券センサ6のONで停止させます。
• 詰まりを検出するのは、券センサ6がONにならないことだけではありません。カウンタが減算を続け、カウント値が0以下になったことを検出に使います。

FAQ

解答の導き方

1. まず、カード処理ユニットから送信される100バイトのデータを、券処理ユニットが受信し終えるまでの時間を求めます。シリアル伝送速度は100kビット／秒で、1バイトは10ビットで送信されるので、データ全体の送信時間は
   $$\frac{100\times 10}{100000}\text{秒}=10\text{ミリ秒}$$
   です。
2. 表2では、シリアル伝送受信割込み処理の時間は0.05ミリ秒で、割込みは1バイト受信するごとに発生するとあります。一方、1バイトの送信にかかる時間は
   $$\frac{10}{100000}\text{秒}=0.1\text{ミリ秒}$$
   です。受信割込み処理の0.05ミリ秒は次の1バイトが届くまでの0.1ミリ秒以内に終わるため、受信割込み処理の時間を100バイト分そのまま送信時間に加える必要はありません。最後の1バイトを受信した後、その受信割込み処理が終わるまでの0.05ミリ秒を加えます。したがって、受信処理が完了するのはカード処理ユニットが送信を開始してから最大で10.05ミリ秒後です。
3. 本文には、カード処理ユニットからのデータは「データ伝送完了後のタイマ割込み処理で表示器に出力される」とあります。タイマ割込みは20ミリ秒ごとなので、データ受信が完了してから次のタイマ割込みまで、最大で20ミリ秒待つことがあります。
4. 表2によると、タイマ割込み処理には5.0ミリ秒かかります。データを表示するには、その処理が完了するまで待つ必要があるため、受信完了後の待ち時間と合わせると、
   $$10.05+20+5.0=35.05\text{ミリ秒}$$
   です。小数第2位を四捨五入して小数第1位まで求めると、35.1ミリ秒になります。

誤りやすいポイント

• 受信割込み処理の時間を$100\times 0.05$ミリ秒として、送信時間にそのまま加えるのは誤りです。各バイトの受信割込み処理は、次のバイトが送信されている間に進みます。
• 最後のバイトの受信後にも、受信割込み処理に0.05ミリ秒かかります。この時間を忘れると、最大時間を正しく求められません。
• タイマ割込みの待ち時間は最大20ミリ秒です。データ受信完了後、次の割込みまでの待ち時間が常に一定になるわけではありません。
• 問われているのはカード処理の完了後から表示までの時間です。カード処理そのものの処理時間は、カード処理完了後の時間として数えません。

FAQ

解答の導き方

1. 問題で防ぎたいのは、カードの処理によって表示器の内容が切り替わり、乗客が券の処理データを見る前に消えてしまうことです。したがって、カードの処理を止めるのではなく、カードのデータを表示するタイミングを調整します。
2. 本文では、カード処理ユニットから受信したデータは「データ伝送完了後のタイマ割込み処理で表示器に出力される」とあります。つまり、データの受信と表示器への出力は別のタイミングで行われるため、カードのデータを受信しても、表示器への出力を待たせることができます。
3. 表1には、券センサ９が「券が券取出し部まで送られてきたこと、及び券が取り出されたこと」を検出し、それぞれが割込み信号になるとあります。券が券取出し部に残っている間は、券の処理データを表示し続け、乗客が券を取り出したことを券センサ9のOFFで確認してから、カードのデータを表示すればよいです。

誤りやすいポイント

• カードの処理自体を券の取出しまで待たせる、と考えることです。問われているのはカードの処理時期ではなく、カードのデータを表示する時期です。
• 券の処理が完了した時点でカードのデータを表示すると、券がまだ券取出し部に残っている間に表示が切り替わる可能性があります。
• 券センサ9がONになった時点を、券が取り出された時点と取り違えないようにします。券センサ9は、券が券取出し部に到着したことと、取り出されたことの両方を検出します。

FAQ

解答の導き方

誤りやすいポイント

• 券センサ1が券の搬送を直接行うのではなく、券の投入を検出して搬送開始のきっかけを与える点を押さえます。
• 「OFFの状態のまま」とは、券が投入されても検出状態を示すONにならないことです。券の投入時に必要な検出ができないため、モータの作動につながりません。
• 券センサの故障によって表示や料金計算に問題が起きると考えるのではなく、設問で問われている搬送開始への影響に絞ります。

FAQ

解答の導き方

1. まず、券の搬送自体は完了していることに注目します。券が券取出し部まで届いているため、カードの受付禁止が続く原因は、券を搬送するモータや途中の搬送路ではなく、処理完了を管理する信号にあると考えられます。
2. 本文には、券処理中はカード処理を禁止し、「表示器への出力が完了すると」券が券取出し部に送られ、カード処理も可能になるとあります。したがって、カード処理を可能にするには、券処理が終わったことを管理用マイコンが認識できなければなりません。
3. 表1では、券センサ9が「券が券取出し部まで送られてきたこと」を検出し、その検出が割込み信号になると説明されています。券は実際には券取出し部まで届いているのにカードの受付禁止が解除されないなら、到着を管理用マイコンに知らせる信号が出ていない状態が考えられます。
4. そのため、券センサ9が券の到着時にONにならず、到着を知らせる割込みが発生しないことが原因と判断できます。

誤りやすいポイント

• 券が券取出し部まで届いているので、搬送路上のセンサやモータの故障と決めつけないようにします。問題はカード処理の禁止が解除されないことです。
• 券センサ9は、券の到着だけでなく、券が取り出されたことも検出します。今回の症状では、券が届いているのに到着を検出できない状態に着目します。
• 券センサ9がONのまま故障した場合ではなく、券が届いてもONにならない状態です。

FAQ

解答の導き方

誤りやすいポイント

• 券センサ7がONにならなかったことだけで、券センサ7の故障と決めつけないでください。券がそこまで進んでいない場合も同じ状態になります。
• 券センサ8は券センサ7より後方にあるため、券センサ8がONになったかどうかで、券が券センサ7の位置を通過したかを確かめられます。
• 券センサ8がONにならない場合の判断は、設問で示された「券センサ7の故障」か「券センサ7の前で券が詰まった」かという候補の中で行います。

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