どうもよわよわエンジニアのko-chanです。
前回よわよわエンジニアとして、どれだけ弱いのかを説明してきました。
前回の記事：https://qiita.com/aooni1208/items/d192ce8131ac95bce2d2
今回からは勉強記事を備忘録として投稿していきたいと思います。
取り入れる勉強方法
今回勉強方法として取り入れたいのはchat-gptを使った方法です。
そもそもchat-gptとは
"ChatGPTは、高度なAI技術によって、人間のように自然な会話ができるAIチャットサービスです。"
(引用：https://aismiley.co.jp/ai_news/chatgpt-tsukattemita/)
(知っている方も多いと思いますが...)
このchat-gptを使い、たとえばプロンプトに
質問内容
「組込みエンジニアとして習得すべきスキルを可能な限り列挙してください。」
AIによる回答
組み込みエンジニアとして習得すべきスキルは多岐にわたりますが、以下に主要なスキルを可能な限り列挙します。
1. プログラミングスキル
- C言語: 組み込みシステムで最も一般的な言語。メモリ管理やハードウェアの操作が可能。
- C++: オブジェクト指向の概念を使って複雑なシステムを効率的に開発可能。
- Python: スクリプト言語としてテスト自動化やツール開発で有用。
- アセンブリ言語: ハードウェアに密接に関わる場合に必要。プロセッサ固有の命令セットに対応。
- Rust: メモリ安全性が強く、最近の組み込みシステムで注目されている。
2. ハードウェア知識
- マイクロコントローラ (MCU): ARM Cortex-M、AVR、PICなどのマイクロコントローラのアーキテクチャと使い方。
- デジタル回路設計: ロジックゲート、フリップフロップ、シフトレジスタなどのデジタル回路の基礎。
- アナログ回路: A/D、D/Aコンバータ、センサの取り扱いなど、アナログ信号とデジタル信号の相互変換の理解。
- 通信プロトコル: SPI、I2C、UARTなどのシリアル通信、EthernetやCANなどのプロトコル。
3. リアルタイムオペレーティングシステム (RTOS)
- FreeRTOS: 組み込みでよく使用されるオープンソースのRTOS。
- VxWorksやThreadX: 高性能なリアルタイムシステム向け。
- マルチスレッドプログラミング: RTOSを利用したスレッド管理や同期機構（セマフォ、ミューテックスなど）。
4. デバッグとテスト
- デバッグツール: JTAG、SWD、ICEなどを使ったデバッグ技術。
- ユニットテストフレームワーク: UnityやCeedlingなどのユニットテストツール。
- ロジックアナライザやオシロスコープ: ハードウェアレベルでの信号デバッグ。
5. 電力管理
- 低消費電力設計: バッテリー寿命を延ばすためのスリープモードや省電力モードの使用。
- 電源回路設計: 電力供給、レギュレータ、DC-DCコンバータに関する知識。
6. センサ・アクチュエータ制御
- センサインターフェース: 温度センサ、加速度センサ、圧力センサなどの使い方。
- アクチュエータ制御: モータ、サーボモータ、ステッピングモータの制御技術。
7. 通信技術
- 無線通信: Bluetooth、Wi-Fi、Zigbee、LoRaなどの無線通信プロトコル。
- 有線通信: Ethernet、CAN、RS-232などの有線通信技術。
- プロトコルスタック: TCP/IP、MQTTなどのプロトコルの理解と実装。
8. OSやドライバの理解
- Linux/Androidの組み込み版: 特に組み込みLinux、デバイスドライバ開発。
- ドライバ開発: ハードウェアとOSのインターフェースとしてのドライバ作成。
9. セキュリティ
- 暗号化技術: AES、RSA、ECCなどの暗号技術。
- セキュアブート: システムのセキュアな起動とファームウェアの保護。
- デバイス認証: デバイスの正当性を保証するためのセキュリティ機構。
10. プロジェクト管理・バージョン管理
- バージョン管理システム: Git、SVNなどの使用。
- アジャイル開発: スクラムやカンバンなどのプロジェクト管理手法。
これらのスキルは、組み込みエンジニアとしてのキャリアの中で段階的に習得することが理想的です。具体的なプロジェクトや職場の要求に応じて、優先的に学ぶべき技術は異なる場合があります。
質問内容2
では、このスキルを習得するための学習計画を立ててください。
AIによる回答
PC1台だけでできる組み込みエンジニア向けの1か月スケジュールを提案します。このプランは、ハードウェアを使わずに、シミュレータやエミュレータ、オンラインリソースを活用して学習できる内容に特化しています。
1週目: C/C++プログラミングと基礎強化
Day 1: C言語の基礎
- 内容: 変数、データ型、関数、ポインタ、構造体、配列の操作。
- ツール: 任意のCコンパイラ（GCCやClang）、Visual Studio Codeなどのエディタ。
- 課題: 基本的な計算や文字列操作のプログラム作成（例: 数値の四則演算、ファイルI/O）。
Day 2: メモリ管理とポインタ
-
内容: 動的メモリ管理（
malloc、free）、ポインタの使い方とメモリ管理の重要性。 - ツール: gdb（GNU Debugger）を使ったメモリデバッグの基礎を学ぶ。
- 課題: ポインタを活用したデータ構造（例: 単方向リスト、二重リンクリスト）を作成。
Day 3: C++の基礎
- 内容: C++でのオブジェクト指向プログラミングの基礎（クラス、継承、コンストラクタ/デストラクタ）。
- ツール: C++コンパイラ（G++など）、エディタ（VS Codeなど）。
- 課題: クラスを使って簡単なオブジェクト指向プログラムを作成（例: 図形クラスの作成と面積計算）。
Day 4: CとC++の連携
- 内容: CとC++の連携方法を理解（CコードをC++で再利用する方法）。
- ツール: CMakeを使って複数ファイルを管理し、コンパイル。
- 課題: 既存のCコードをC++で書き直し、リファクタリング。
Day 5: ファイルI/Oとエラー処理
- 内容: ファイルの読み書きとエラーハンドリングの方法を学ぶ。
- 課題: テキストファイルを読み込み、データを加工して別ファイルに書き出すプログラムを作成。
Day 6: 基本的なデバッグ方法
- 内容: gdbを使ったデバッグの基本（ブレークポイント、変数ウォッチ、スタックトレース）。
- 課題: バグのある簡単なプログラムをデバッグして、問題を修正。
Day 7: シミュレーション環境のセットアップ
- 内容: QEMU（エミュレータ）を使った組み込みシステムの仮想環境構築。
- 課題: 簡単なCプログラムをQEMU上で動作させ、組み込みシステムのシミュレーションを体験。
2週目: 組み込みシステムの概念理解
Day 8: リアルタイムシステムの基礎
- 内容: リアルタイムOSの基本概念を学び、FreeRTOSなどのオープンソースRTOSについて調査。
- 課題: FreeRTOSのシミュレータを使って、シンプルなタスクスケジューリングを体験（PC上で動作可能）。
Day 9: 割り込み処理の概念
- 内容: 割り込み処理の基本概念を理解し、ソフトウェア的な割り込み処理のシミュレーション。
- 課題: ソフトウェア割り込みをシミュレートしたCプログラムを作成。
Day 10: メモリ最適化の手法
- 内容: メモリ使用量の最適化技術（メモリプール、スタティックメモリ割り当てなど）を学習。
- 課題: メモリ使用量を監視・制御するプログラムを作成し、効率化を図る。
Day 11: タイマーとカウンタの実装
- 内容: 組み込みシステムにおけるタイマーとカウンタの概念を学び、ソフトウェアでタイマーを実装。
- 課題: ソフトウェアタイマーを使って、一定間隔でイベントをトリガーするプログラムを作成。
Day 12: クロスコンパイル環境のセットアップ
- 内容: 組み込みLinuxや他のプラットフォーム向けのクロスコンパイル環境をセットアップする方法。
- 課題: CまたはC++で書かれたプログラムをクロスコンパイルし、QEMUで実行。
Day 13: 組み込みLinuxの基本
- 内容: 組み込みLinuxの基本、Linuxカーネルとデバイスドライバの概念。
- 課題: QEMU上で組み込みLinuxの起動を試み、簡単なアプリケーションを実行。
Day 14: シミュレータでの組み込み開発実践
- 内容: シミュレータ上でセンサーや外部デバイスを模擬したプログラムを作成。
- 課題: 仮想デバイスからのデータを処理するプログラムを作成し、シミュレーション環境でテスト。
3週目: 高度なプログラミングスキルの習得
Day 15: マルチスレッドプログラミング
- 内容: C/C++でのマルチスレッドプログラミングの基礎（pthreadライブラリなど）。
- 課題: 複数スレッドを使用したプログラムを作成し、スレッド間の同期を学ぶ。
Day 16: リアルタイムOSでのマルチタスク
- 内容: FreeRTOSシミュレータを使ったマルチタスク処理の実装と理解。
- 課題: 複数のタスクを管理するプログラムを実装し、スケジューリングの仕組みを体験。
Day 17: プロファイリングと最適化
- 内容: gprofなどのツールを使ったコードのプロファイリング、ボトルネックの特定と最適化。
- 課題: プロファイリングを行い、パフォーマンス改善のためのコード最適化を実施。
Day 18: エラー処理とロギング
- 内容: 組み込みシステムにおけるエラー処理とログの取り扱い方法。
- 課題: エラー検出とログ機能を備えたプログラムを作成。
Day 19: スレッド間通信
- 内容: スレッド間通信（メッセージキュー、セマフォ、ミューテックス）の理解。
- 課題: スレッド間通信を使ったプログラムを実装し、データ共有を管理。
Day 20: テスト駆動開発（TDD）の実践
- 内容: 組み込み向けテストフレームワーク（Ceedlingなど）を使ったテスト駆動開発の実践。
- 課題: TDDを使って、ユニットテストを行いながらプログラムを構築。
4週目: プロジェクト実践と総合スキルの仕上げ
Day 21〜25: 組み込みプロジェクト実践
- 内容: これまで学んだ技術を統合した小規模なプロジェクトを実施。
- 課題: 仮想センサーからのデータを処理し、リアルタイムで反応する組み込みアプリケーションを作成。QEMUやシミュレータを使ってテスト。
Day 26〜28: プロジェクトのデバッグと最適化
- 内容: プロジェクトをデバッグし、性能の
最適化やエラーハンドリングの改善を行う。
- 課題: 作成したプロジェクトのバグを修正し、パフォーマンス向上のための最適化を行う。
Day 29: プロジェクトの最終レビュー
- 内容: コードレビュー、ドキュメント化、最終調整を行い、プロジェクトを仕上げる。
- 課題: ドキュメントを作成し、コードを外部に公開できるように準備。
Day 30: 学習の総括と今後の計画
- 内容: 1か月間の学習を振り返り、今後の学習計画や成長点を確認。
- 課題: 次のステップを計画し、学んだ知識を活かしてさらなるスキルアップを図る。
このスケジュールは、ハードウェアの代わりにソフトウェアツールやエミュレータを最大限に活用して、実務に近い形で組み込み開発のスキルを身につけることが目的です。
最後に
計画を立ててもらいました。
この計画をもとに今後勉強したいと思っています。
具体的な勉強方法は、既存で持っている技術書を使ったり、Webで得られる情報で勉強していきます。また、分からない物については、chat-gptに先生と仰ぎ、プロンプトに7chat-gptせんせい教えて〜」と分からないところはそのままにせず、深掘りしていく勉強法をやっていきます。
要は自分が実験台となりchat-gptの言う通り、勉強したらどうなるかをこの身を持って証明したいと思います。
皆様是非応援よろしくお願いします🤲