組み込み開発ツールと手法コース¶

目次¶

はじめに
コース概要
Week 1: バージョン管理とCI/CD
Week 2: デバッグ技術とツール
評価方法
環境構築ガイド

はじめに¶

このコースは、組み込みソフトウェア開発における重要なツールの使用方法と効果的な開発手法について学ぶための2週間のカリキュラムです。現代の組み込みソフトウェア開発において不可欠なバージョン管理、継続的インテグレーション/継続的デリバリー（CI/CD）、そしてデバッグ技術について、実践的な演習を通じて習得します。

前提条件¶

C/C++によるプログラミングの基本的な知識
Linux基本コマンドの理解
組み込みシステムの基礎知識

コース概要¶

mindmap
  root((開発ツールと手法))
    Week 1
      Gitの基本と応用
        リポジトリ管理
        ブランチ戦略
        コンフリクト解決
      CI/CD
        GitLab CI
        Jenkins
        自動テスト
    Week 2
      デバッグ技術
        GDB基礎
        リモートデバッグ
      トレース技術
        ログ解析
        性能分析

Week 1: バージョン管理とCI/CD¶

Day 1-2: Gitの基本¶

1. Gitの基本概念¶

バージョン管理の重要性
ソースコードの変更履歴管理
チーム開発での協調作業
問題発生時の原因追跡
基本的なGitコマンド
git init: リポジトリの初期化
git clone: リポジトリのクローン
git add: ステージングエリアへの追加
git commit: 変更の確定
git push: リモートリポジトリへの送信
git pull: リモートリポジトリからの取得

2. 実践演習：基本的なGit操作¶

sequenceDiagram
    participant W as 作業ディレクトリ
    participant S as ステージングエリア
    participant L as ローカルリポジトリ
    participant R as リモートリポジトリ
    W->>S: git add
    S->>L: git commit
    L->>R: git push
    R->>L: git pull

Day 3-4: 高度なGit技術¶

1. ブランチ戦略¶

GitFlow概要
masterブランチ
developブランチ
featureブランチ
releaseブランチ
hotfixブランチ
ブランチ操作
git branch: ブランチの作成と管理
git checkout: ブランチの切り替え
git merge: ブランチの統合
git rebase: 履歴の整理

2. コンフリクト解決¶

コンフリクトの発生原因
解決手順と best practices
マージツールの使用方法

Day 5: CI/CDの基礎¶

1. CI/CDの概念¶

継続的インテグレーション
自動ビルド
自動テスト
コード品質チェック
継続的デリバリー
自動デプロイ
環境管理
リリース管理

graph LR
    A[コード変更] --> B[自動ビルド]
    B --> C[自動テスト]
    C --> D[コード品質チェック]
    D --> E[自動デプロイ]
    E --> F[動作確認]
    F --> G[リリース]

Day 6-7: GitLab CI/CD¶

1. GitLab CIの設定¶

.gitlab-ci.ymlの書き方
パイプラインの設定
環境変数の管理

2. 実践演習：CI/CDパイプラインの構築¶

stages:
  - build
  - test
  - deploy

build:
  stage: build
  script:
    - make clean
    - make all

test:
  stage: test
  script:
    - make test

deploy:
  stage: deploy
  script:
    - make flash
  only:
    - master

Week 2: デバッグ技術とツール¶

Day 8-9: GDBによるデバッグ¶

1. GDBの基本¶

基本コマンド
run: プログラムの実行
break: ブレークポイントの設定
print: 変数の表示
step: ステップ実行
continue: 実行再開
デバッグ情報の見方
バックトレース
レジスタ情報
メモリマップ

2. リモートデバッグ¶

GDBサーバーの設定
JTAGデバッガの使用方法
クロスデバッグの手順

sequenceDiagram
    participant D as 開発PC
    participant G as GDBサーバー
    participant T as ターゲットボード
    D->>G: デバッグ接続要求
    G->>T: JTAGデバッグ接続
    T->>G: デバッグ情報送信
    G->>D: デバッグ情報表示

Day 10: メモリ解析とトレース技術¶

1. メモリダンプ解析¶

メモリマップの理解
スタック解析
ヒープ解析

2. ログ解析とトレース¶

ログレベルの設定
トレースポイントの活用
パフォーマンス分析

評価方法¶

1. 日々の演習レポート（40%）¶

実習内容の記録
問題解決プロセスの説明
学んだ内容の要約

2. 実践演習の成果物（30%）¶

Gitリポジトリの管理状態
CI/CD設定の完成度
デバッグレポートの品質

3. 最終プロジェクト（30%）¶

開発環境の構築
バージョン管理の適切な利用
デバッグ技術の応用

環境構築ガイド¶

1. 必要な機材¶

開発用PC
CPU: Intel Core i5以上推奨
メモリ: 8GB以上推奨
ストレージ: SSD 256GB以上推奨
OS: Ubuntu 22.04 LTS推奨
開発ボード
STM32 Nucleo Board
ST-LINK/V2デバッガ
USBケーブル

2. ソフトウェアのインストール¶

# 基本開発ツール
sudo apt update
sudo apt install build-essential git gdb

# 統合開発環境
sudo snap install eclipse --classic

# CI/CDツール
sudo apt install docker.io
sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker

3. 環境構築の確認¶

以下のコマンドで各ツールが正しくインストールされていることを確認します：

git --version
gdb --version
docker --version

注意：このテキストは継続的に更新される可能性があります。最新版は常にオンラインで参照してください。

組み込み開発ツールと手法コース1¶

コース概要1¶

本コースは、組み込みソフトウェア開発において必要不可欠な開発ツールの使用方法と効率的な開発手法について学ぶ2週間のコースです。

学習目標¶

Gitを用いた効率的なバージョン管理手法の習得
CI/CDパイプラインの構築と運用方法の理解
デバッグツールを使用した効果的なトラブルシューティング手法の習得
チーム開発における各種ツールの活用方法の理解

Week 1: バージョン管理とCI/CD¶

Day 1: Gitの基本¶

1. バージョン管理の概念¶

バージョン管理の必要性
集中型と分散型バージョン管理システムの違い
Gitの基本概念
リポジトリ
コミット
ステージング

2. Git基本コマンド¶

リポジトリの初期化（git init）
基本的なワークフロー
git add
git commit
git status
git log
.gitignoreの設定

実習課題¶

ローカルリポジトリの作成
基本的なGitコマンドの実行
適切な.gitignoreファイルの作成

Day 2: Gitの高度な使用法¶

1. ブランチの概念と操作¶

ブランチの作成と切り替え
マージの基本
コンフリクトの解決方法

2. リモートリポジトリの操作¶

リモートリポジトリの追加
プッシュとプル
フェッチとマージ

gitGraph
    commit
    branch develop
    checkout develop
    commit
    branch feature
    checkout feature
    commit
    commit
    checkout develop
    merge feature
    checkout main
    merge develop

実習課題¶

フィーチャーブランチの作成とマージ
コンフリクト解決の実践

Day 3: Gitブランチ戦略とチーム開発¶

1. Git-flowモデル¶

masterブランチの役割
developブランチの運用
featureブランチの管理
releaseブランチの使用方法
hotfixブランチの運用

2. プルリクエストの活用¶

プルリクエストの作成
コードレビューの実施
マージの承認プロセス

実習課題¶

チームでのGit-flow実践
プルリクエストの作成とレビュー

Day 4: CI/CDの基本¶

1. CI/CDの概念¶

継続的インテグレーション
継続的デリバリー
継続的デプロイメント

2. GitLabを使用したCI/CD環境構築¶

GitLab CI/CDの基本設定
.gitlab-ci.ymlの作成
パイプラインの設定

flowchart LR
    A[コード変更] --> B[ビルド]
    B --> C[テスト]
    C --> D[静的解析]
    D --> E[デプロイ]

実習課題¶

基本的なCI/CDパイプラインの構築
自動ビルドとテストの設定

Day 5: CI/CDパイプラインの応用¶

1. 高度なパイプライン設定¶

マルチステージパイプライン
条件付きパイプライン
環境変数の活用
アーティファクトの管理

2. 自動化テストの統合¶

ユニットテストの自動実行
コードカバレッジの計測
静的解析ツールの統合

実習課題¶

本格的なCI/CDパイプラインの構築
テスト自動化の実装

Week 2: デバッグ技術とツール¶

Day 6: GDBの基本¶

1. GDBの概要¶

デバッガの役割
GDBの基本機能
コマンドラインインターフェース

2. 基本的なデバッグ操作¶

ブレークポイントの設定
ステップ実行
変数の監視
バックトレースの表示

実習課題¶

GDBを使用した基本的なデバッグ
プログラムの動作解析

Day 7: GDBの高度な使用法¶

1. 条件付きブレークポイント¶

ブレークポイントの種類
条件式の設定
カウンタの使用

2. データ構造の解析¶

メモリの内容表示
構造体の解析
ポインタの追跡

実習課題¶

複雑なデータ構造のデバッグ
メモリ関連バグの特定

Day 8: リモートデバッグ¶

1. リモートデバッグの設定¶

GDBサーバーの設定
ターゲットへの接続
JTAGデバッガの使用

2. 組み込みシステムのデバッグ¶

クロス開発環境でのデバッグ
ハードウェア依存の問題解析
リアルタイムデバッグ

sequenceDiagram
    participant Dev as 開発PC
    participant JTAG as JTAGデバッガ
    participant Target as ターゲットボード
    Dev->>JTAG: デバッグ接続要求
    JTAG->>Target: JTAG接続確立
    Dev->>Target: プログラム転送
    Dev->>Target: ブレークポイント設定
    Target->>Dev: 実行状態通知

実習課題¶

STM32ボードのリモートデバッグ
実機でのデバッグ実践

Day 9: メモリ解析とトレース¶

1. メモリダンプの解析¶

メモリダンプの取得方法
ダンプファイルの解析
メモリリークの検出

2. トレース技術¶

トレースポイントの設定
ログの収集と解析
パフォーマンス測定

実習課題¶

メモリリークの特定と修正
トレースログの解析

Day 10: 総合演習¶

1. 実践的なデバッグ演習¶

複合的なバグの解析
システム全体のデバッグ
パフォーマンス最適化

2. チームでのトラブルシューティング¶

問題の切り分け
デバッグ情報の共有
修正計画の立案

最終課題¶

総合的なデバッグプロジェクト
チームでのバグ解析と修正

評価基準¶

日々の演習課題の完了状況（40%）
チーム活動への貢献（30%）
最終課題の完成度（30%）

参考資料¶

オンラインリソース¶

Git公式ドキュメント: https://git-scm.com/doc
GitLab Documentation: https://docs.gitlab.com
GDB Documentation: https://sourceware.org/gdb/documentation/

推奨図書¶

「実践 Git」
「Jenkins実践入門」
「デバッガによるトラブルシューティング技法」