オープンソースが組み込み機器開発を解き放つ

2003年9月号

オープンソースが
組み込み機器開発を
解き放つ

オープンソース・ソフトウエアを組み込み機器の開発技術者が利用し始めた。低いコストでソース・コードを簡単に入手でき、拡張が容易である。しかし、サポートやライセンスには不安がつきまとう。それでもオープンソースが普及する勢いは止まらない。オペレーティング・システムとソフトウエア開発ツールだけでなく、オープンソースのハードウエアが登場した。

ワレン・ウェブ
Warren Web

　オープンソース・ソフトウエア*が、組み込み機器の世界でも足場を築きつつある。組み込み機器の開発者が、オープンソース・ソフトウエアを設計に利用し始めた。新規の開発プロジェクトや低予算の開発プロジェクトなどから採用が始まった。インターネットから誰もがダウンロードできるフリー・ソフトウエアを内蔵した、数多くの民生機器がすでに開発されている。
　オープンソース・ソフトウエアを採用する理由は、ソース・コードが簡単に入手できる、拡張が簡単である、コストが低いことなどである。フリー・ソフトウエアは万能薬に見えるかもしれない。しかし、ライセンスやサポートなどの問題を抱えている。
　オープンソースのソフトウエア・プログラムは、一般の人々が無料で入手できる。プログラムはそのまま、あるいはアプリケーションに合わせて修正して自由に使える。ソフトウエア・プログラマーは仲間内で協力してプログラム・コードを改良したり、変更したりする。オープンソース・ソフトウエアの開発プロジェクトでプログラムのバグを特定して除去する作業は、ソフトウエアのピア・レビュー（相互評価）に依存している。
　最も有名なオープンソース・ソフトウエアは、リナックス（Linux）だろう。リーナス・トーバルズ（Linus Torvalds）氏から開発が始まったユニックス・カーネルである。トーバルズ氏はプロジェクト・リーダーであり、インターネットを使ってソフトウエア開発者とやり取りしながらソフトウエア・コードを継続的に更新した。GNU*ベースのオープンソース・ソフトウエアであるリナックスは、数10のソフトウエア・ベンダーと数1000のソフトウエア開発者を巻き込んだいくつかのプロジェクトへと発展していった。
　オープンソースのソフトウエア開発は過去には、プログラミングを趣味とする世界での知的な遊びと考えられていた。しかし現在では、職業としてのプログラマーや世界的な大企業が協力する高度に組織化されたプロジェクトとなっている。
　ソフトウエア開発の方向と企業が望む方向を合致させるために、いくつかの企業は従業員をオープンソースのプロジェクトに協力させた。例えば米IBM社と米アップルコンピュータ社、米サン・マイクロシステムズ社は、複数のオープンソース・プロジェクトに参加している。ハードウエア製品やソフトウエア製品のいくつかは、オープンソース・プロジェクトで生成されたコードをすでに搭載した。IBM社のリナックス・テクノロジー・センターでは、200名を超えるフルタイム・プログラマーがオープンソース・プロジェクトに従事している。独自のソフトウエア開発をずっと続けてきたアップル社は、最新のオペレーティング・システム「Mac OS X」ではフリー・ソフトウエア「Free BSD」のコアを組み込んだ。

6万を超えるプロジェクト

　オープンソース・プロジェクトの開発対象はオペレーティング・システムだけではない。オープンソースを代表するウエブ・サイト「ソースフォージ・ネット（SourceForge.net）*」は、6万5000を超える開発プロジェクトをリストアップしている。オペレーティング・システムのほか、通信、データベース、オフィス、マルチメディア、ゲーム、セキュリティー、インターネット、ソフトウエア開発といったカテゴリーがある。ソースフォージのウエブ・サイトでは、プロジェクトをホスティングしたり、ソフトウエア・バージョンやバグ、更新要求、パッチなどを提供したりする無料サービスをオープンソースの開発者向けに用意している。
　オープンソース・ソフトウエアは、組み込み機器の製造コストを下げたい開発者に支持された。市販のオペレーティング・システムやアプリケーション・プログラムなどに支払う経費（ロイヤルティー）は、大量生産品であってもコストのかなりの部分を占めるからだ。
　製造コストを下げる手法の1つが、オープンソース・プログラムを改良してアプリケーションを開発することである。開発コストは上昇するものの、生産数量が増えれば増えるほど、製品のコストは低くなる。オープンソースからソース・コードを入手できるので、機器開発者はコンピューティング・リソースやメモリー・リソースを最小にしつつ、開発仕様に合致するソフトウエアを作れる。逆に、独自にソフトウエアを開発してきたベンダーは、大きな市場を対象としながらも、各ユーザーの要求に応えたソフトウエア製品を開発しなければならない。しかも、ソフトウエアを入手するコストそのものは、ソフトウエアの開発と機器への組み込みを通じたコスト全体でわずかな割合を占めるに過ぎない（下掲の「フリー・ソフトの「フリー」は無料ではない」を参照）。
　オープンソース・ソフトウエアは、すべてを自分で開発してきたソフトウエア技術者の注目も集めている。彼らは、タスクのスケジューリング、ネットワーキング、ユーザー・インターフェースなどのオペレーティング・システムの機能を、1つの大きなアプリケーション・パッケージの中に記述してきた。組み込み機器のソフトウエア開発が複雑化しているにもかかわらず、これまでと同じ予算の枠内でユーザーの要求を満たさなければならない。オープンソースのオペレーティング・システムにはテスト済みのサポート・ソフトウエアが付属している。これを利用すると、その分だけコストを下げられる。このため、ソフトウエア開発者はアプリケーションに固有のルーチンを開発することに集中できる。オープンソースのオペレーティング・システムは、カスタマイズの必要がほとんどない。組み込み機器に搭載するときのリスクは低い。

ライセンス形式はさまざま

　ソフトウエアをオープンにするための最も簡単な方法は、著作権を放棄してパブリック・ドメインにソフトウエアをリリースすることである。しかし多くのソフトウエア開発者は、何らかの正式なライセンスを望んでいる。ソフトウエア開発者が独自のコードを公開しなければならないという規則はライセンスに関する混乱と不安を招くと、オープンソースに反対するソフトウエア開発者は主張する。こういった主張はもっともなことだ。そこでオープンソースの普及推進団体である「オープンソース・イニシアチブ*」は、40種類を超えるソフトウエア・ライセンスの認定形式をリストアップした。ソフトウエア開発者や著作権所有者は自分のソフトウエアを、適当だと思う契約条件で配布できる。複数のライセンス形式を利用することも可能である。例えば、あるライセンス契約では商用ユーザーと、教育機関などの非営利目的のユーザーを区別している。
　最も一般的なオープンソース・ソフトウエアのライセンス形式は、GPL（GNU一般公共使用許諾）*である。リナックスを代表とするオープンソースの大半はライセンス形式としてGPLを採用している。GPLでは開発者はソフトウエアを無料でダウンロードし、開発する製品に合わせて改変できる。さらにロイヤルティーを払わずとも、ソフトウエアのコピーを自由に配布できる。ただし改変したソフトウエアは自動的にGPLの支配下となり、要求があれば誰にでもソース・コードを提供する義務が生じる。
　リナックスなどのオペレーティング・システムを搭載したシステムの場合、アプリケーション・プログラムやデバイス・ドライバーがリナックス・カーネルと区別されていてGPLのソース・コードを含まないのであれば、非公開にできる。GPLの条件を受け入れ、オープンソースのオペレーティング・システムと互換性のある独自のソフトウエアを出荷している大手企業は多くない。ソニーとIBM社、米オラクル社はその数少ない例である。
　商用ソフトウエアの開発で数多く利用されてきたオープンソースのライセンス形式が「BSDライセンス*」である。著作権表示と免責の宣言を条件とするこのライセンスは、制約が少ない。このため、自社の開発用にBSDライセンスで入手したソース・コードを改変しても、その内容を非公開にできる。初期のBSDライセンスには改変物を含む製品の広告に初期の開発者を表示する条件があったものの、1999年に削除されている。BSDライセンスの欠点は、同じソース・コードを元にした複数のバージョンが存在してしまうことにある。例えばBSD系ユニックスでは、「FreeBSD」、「NetBSD」、「OpenBSD」などがある。
　GPLとBSDライセンス以外の主要なライセンス形式には、「モジラ・パブリック・ライセンス（MPL）*」がある。このライセンスではソフトウエア開発者は改変部分のソース・コードを公開しなければならないものの、自社が開発したコードと組み合わせた場合には自社開発部分は非公開にできる。また特許への対応が明示されている。GPLとBSDライセンスの中間に位置するライセンス形式である。

サポートへの不安

　組み込み機器の開発者から見るとオープンソースにはライセンス問題に加え、サポートに対する不安がある。小規模なソフトウエアであれば、ソース・コードをダウンロードした開発者がサポート作業や更新作業などを担える。しかしオペレーティング・システムなどの大規模なソフトウエアになると、サポート要員が必要となる。
　オープンソースのオペレーティング・システムはサポート価格が低く、しかもベンダーを換えてもソフトウエアの資産価値が残る。これが独自仕様のオペレーティング・システムを採用することに対する利点だろう。
　米モンタビスタソフトウエア社*は、組み込み機器向けのリナックスを提供している。汎用の「プロフェッショナル・エディション（Professional Edition）」や通信分野向けの「キャリア・グレード・エディション（Carrier Grade Edition）」、民生分野向けの「コンシューマー・エレクトロニクス・エディション（Consumer Electronics Edition）」などの製品がある。また米リナックスワークス社*は、独自開発のユニックス系リアルタイムOS「LynxOS」と、オープンソースのリナックス「BlueCat」を組み込み機器向けに販売している。
　オープンソースには互換性の問題もある。モンタビスタ社やリナックスワークス社、IBM社などが「組込みリナックス・コンソーシアム*」を設立したのは2000年3月のことだ。このコンソーシアムは、さまざまなバージョンの組み込み用リナックスが登場したことによる互換性の問題に取り組んでいる。例えば組み込み用リナックスのAPI*を規定するプラットフォーム仕様を策定した。この仕様に従ってアプリケーション・プログラムやミドルウエアなどを開発すれば、仕様に準拠したリナックスで動作することを保証できる（p.38の「μITRONのオープンソース「TOPPERS」」も参照）。

オープンソースのハードウエア

　オープンソースに関する新しい事業の1つに、ハードウエアにオープンソースのソフトウエアを付加して販売するという動きがある。具体的には、組み込み用途のシングル・ボード・コンピューターにソフトウエア開発用のオープンソースを添付する。例えば米アンプロコンピュータ社*はプロセッサー・ボード・モジュール「EnCore PP1」（図1）をソフトウエア開発キット込みで販売している。開発キットは米タイムシス社*のリナックスとデバイス・ドライバー、ウインドウズおよびリナックスのワークステーションにおける開発環境、ソフトウエア・ライブラリー、ブート・ローダーなどで構成される。価格は995米ドルである。
　さらには、オープンソースのハードウエアを開発するプロジェクトが登場した。このプロジェクトで開発されているリナックス搭載無線端末「LART*」は、マイクロプロセッサーとして動作周波数220MHzのStrong ARMアーキテクチャー・プロセッサー「Digital SA-1100」を実装する（図2）。消費電力は1W未満と低い。搭載するメモリーは標準構成が32MバイトDRAMと4Mバイト・フラッシュ・メモリーである。リナックス・カーネルとRAMディスクに使うために十分なメモリー容量を確保した。電源電圧は3.5～16Vである。
　LARTの開発に必要な情報はLARTプロジェクトのウエブ・サイトから無料でダウンロードできる。設計データ、回路図、組み立て図、ドキュメント、ソフトウエアを無料で入手可能だ。ハードウエア設計に関するライセンスは独自の形式「Open/Free Hardware License」で供与される。ソフトウエアのライセンス形式はGPLである。組み込み機器メーカーはライセンス料やロイヤルティーなどを支払わずに、LARTの製造や販売ができる。

オープンな開発ツール

　開発予算を少しでも削ろうとしている技術者は、ソフトウエア開発ツールの分野でも数多くのオープンソース・ソフトウエアを見つけていることだろう。その代表がGNUコンパイラーとGNUデバッガーである。ただし、GNUベースのツールはソフトウエア開発には適しているものの、商用の開発ツールに比べると付加機能に乏しい。
　そこでオープンソースの開発ツール・プロジェクト「エクリプス・プロジェクト*」は、商用に近い品質の統合化されたソフトウエア開発ツールを提供している（図3）。エクリプスにはいくつかのサブプロジェクトがある。その1つである「CDT（C/C＋＋ Development Tools）」は、組み込み機器向けC/C＋＋ソフトウエア開発に使える一連のプラグイン・モジュールを用意した。CDTはビューワー、ウィザード、エディター、デバッガーなどで構成される。市販の開発ツール・ソフトウエアと統合するための拡張機能も提供されている。
　また、ユニックス・ベースのC/C＋＋開発ツール・プロジェクト「KDevelop*」がある（図4）。同プロジェクトが開発したツールは、ウエブ・サイトから無料でダウンロードできる。
　このほか、オープンソースのソフトウエア・バージョン管理システムもある。このシステム「CVS*」（図5）は、大規模な分散開発チームにとって利用価値が高い。インターネット接続さえできれば、どこからでも最新版のソフトウエア・コードにアクセスできるからだ。もちろん、個人の開発者にとっても有用である。
　CVSは、バージョン数の管理用に制限を設けないチェックアウト・モデルを使用している。一般の排他的なチェックアウト・モデルで発生する衝突（コンフリクト）を回避するためである。CVSのクライアント・ツールは、ウインドウズあるいはリナックスを搭載したシステムで利用できる。CVSとそのドキュメントは、プロジェクトのウエブ・サイトから無料でダウンロードできる。
　オープンソースの動きは、独自にソフトウエアを開発してきた大手ベンダーを注目させ、ビジネス・モデルの再検討を迫った。すなわち、あるベンダーはソース・コードでソフトウエアをユーザーに提供し、ほかのベンダーはロイヤルティーを不要にし、またあるベンダーはソフトウエアの一部をオープンソース・コミュニティーにリリースするようになった。少なくとも今後しばらくの間は、こういった手法が共存するだろう。どこからでもさまざまな情報にすぐにアクセスできる機器を低いコストで提供するよう、消費者は要求している。その需要は急拡大しており、組み込み機器メーカーは先を争ってこたえようとしているからだ。 END

フリー・ソフトの「フリー」は無料ではない

ハンク・コーエン *1）米ウインドリバー・システムズ社
Hank Cohen 　　　　　　Wind River Systems, Inc.

　オープンソースのソフトウエア製品を選択するとき、コストは恐らく最も重要だが最も誤解しやすい要件である。リナックスを支持する人々、特にリナックス製品の販売やサポートを展開している人々は、「フリー・ソフトウエア」の「フリー」とは自由という意味であり、無料という意味ではないということを認めている。しかし購入費用が低いとか、ロイヤルティーがゼロであるといったことを主張しないわけではない。
　米ウインドリバー・システムズ社*は、組み込み機器用ソフトウエア開発のコストに関する大規模な調査を実施した。その結果、ソフトウエアのライセンス購入と組み込みのロイヤルティーはコスト全体のわずか4％にとどまることが分かった。残る96％の半分は、新たにソフトウエアを開発する費用が占める。そしてソフトウエアを選び、統合し、保守し、テストし、製造し、次期プロジェクトのために調整する費用が残りの半分を占めた。リナックスが無料だったとしても、削減できるコストは4％に過ぎない。
　ライセンス費用は、ソフトウエアの統合やテストなどのコストに比べると目立ちやすい。ライセンス費用は現金支出であるのに対し、統合やテストなどの費用はおおむね人件費であるからだ。
　組み込み機器開発のプロジェクト・マネジャーは、フリー・ソフトウエアと市販ソフトウエアのどちらを採用するか決定する前の段階で、開発プロジェクトを構成するコスト要素のすべてを調べなければならない。リナックス関連ソフトウエアの統合とテスト、保守に何人の技術者を割り当てなければならないのか、判断する必要がある。こういった技術者は、プロジェクトでは基本的なコストの一部として組み込まれている。しかし組み込み機器開発プロジェクトの主要な業務に関っているのではない。プロジェクトの主要な業務は、競争の厳しい市場で製品を差異化するアプリケーション・ソフトウエアを開発することなのである。


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