Zephyr(RTOS)でOpenPLCを実装してみた

ミソジ　2026/3/27
Zephyr Project meetup: Nagoya, Japan
#ZephyrRTOS

Transcript

1. Zephyr(RTOS)でOpenPLCを 実装してみた ミソジ　2026/3/27 Zephyr Project meetup: Nagoya, Japan #ZephyrRTOS
2. 自己紹介 名前： ミソジ　@misoji_engineer ブログ: エンジニアの電気屋さん(https://misoji-engineer.com/) ハードウェアのエンジニアで、趣味でブログとか書いてます
3. アジェンダ • OpenPLCとは？ • LinuxをRTOSにしたら、もっと高速になるのでは？ • Zephyr(RTOS)に実装した結果・メリット • まとめ Zephyr(RTOS)にOpenPLCを実装した話
4. OpenPLCとは？
5. OpenPLC OpenPLC・・・オープンソースの「ソフトウェアPLC」の一つ PLC… Programmable Logic Controller *工場・FA業界で使われるコントローラ　 + https://autonomylogic.com/ OpenPLC Editor/Runtime 工場でのラダー プログラムなど
6. ラズパイでもPLCが動く 趣味でも十分にデバッグ+遊べる、ソフトウェアPLC ラズパイ含めた色んなボードが使用可能。→　実際にデバッグもできる ラズパイ、 ArduinoもOK
7. デモ動画(通常のOpenPLC) https://youtu.be/51srWoKP_Sg
8. Linux上でのOpenPLC
9. Linux + OpenPLC Raspbian(Linux)上で、簡単にOpenPLCはテスト可能 https://github.com/thiagoralves/OpenPLC_v3 オープンソースで中身は分かる　*ライセンスはGPL デバッグモード・ネットワーク(MQTT/OPCUA)など色々機能あり ラズパイでは Raspbian (Linux)で動く
10. Linux + OpenPLC のジッタのデモ https://youtu.be/3xPex-61GqQ
11. 便利だけど…ちょっと遅い。 標準だとms以下の制御周期が設定できない + ジッタも大きい 数十usのジッタ 最短1ms周期
12. LinuxをRTOSにしたら、 もっと高速になるのでは？
13. 高速周期+低ジッタへ 大体考えることはみんな同じ。Real-Timeのパッチ or OS。 デフォ周期20ms + 数十usジッタ 案①:Linuxカーネルに「PREEMPT_RT」の 　　　Real-Timeのパッチを入れる 　　→ただし、他処理も色々改善いれないとダメそう 案②:ごっそりRTOSに変える + 機能を絞る *OpenPLC公式の掲示版でも色々ネタが上がっていた https://openplc.discussion.community/post/ openplc-hard-real-time-os-10244581 RTOS: Real-Time Operating System
14. Zephyr(RTOS)で実装 機能は最低限で良いので、高速なRTOS環境を作って遊ぶ ms(ミリ)ゆっくり周期＋usレベルのジッタ ↓ us(マイクロ)の高速周期+nsレベルのジッタ 案②:ごっそりRTOSに変える + 機能を絞る RTOS: Real-Time Operating System Zephyr(RTOS)で PLCを動かす
15. Zephyr(RTOS)に 実装した結果
16. Zephyr(RTOS)+OpenPLC Geminiと相談しながら、ポーティング+移植　→ビルドも通った ①Overlay(デバイスツリー)の追加 ・ラズパイ4B ・ラズパイPico2W ・Nordic_nRF54L15-DK ②OpenPLCのライブラリの移植 ・PLC規格のIEC61131-3の 　最低限だけ修正+移植 ③main.cファイルの作成 入出力見て→ラダーのロジック実行 →ループ繰り返し ④prj.conf・Cmakelistの作成 →Zephyrのビルドが通るように
17. GitHubのリンク先 さくっと趣味で作ったPre-test版だから、参考までに *OpenPLCのライブラリを一部移植+修正しているので、ライセンスはGPL。 https://github.com/iotengineer22/ zephyr-openplc-pretest
18. ラダーの自己保持回路のテスト(1) 冒頭のデモでも紹介した、基本のラダー回路 ラダーロジックによるシンプルな 自己保持回路のデモ。 * **X001**: Startボタン（A接点） * **X002**: RESETボタン（B接点） * **M001**: 内部補助リレー * **Y001** : 出力LED *ラダーから.Cへのコンパイラは　 　OpenPLCのものを流用 START RESET 出力
19. デモ動画(Zephyr + OpenPLC + 4B) https://youtu.be/QVRoRsNYECE
20. Zephyr(RTOS)でOpenPLC動く ラズパイ4Bで狙い通り、us(マイクロ)の高速周期　→OK printkのざっくり サイクルタイム ≒1us OK ラダーの 自己保持回路OK
21. ラダーの最短ON/OFF回路のテスト(2) ジッタ測定で紹介した、基本のラダーの最短ON/OFF回路 ラダーロジックによるシンプルな 最短ON/OFFのデモ。 * **Y001** : 出力LED *ラダー→.Cへのコンパイラは　 　OpenPLCのものを流用 前回値を反転出力 →最短ON/OFFループ
22. デモ動画(Zephyr + OpenPLC のジッタ)https://youtu.be/xayHDxoTsn0
23. Zephyr(RTOS)で低ジッタ ラズパイ4Bで狙い通り、ns(ナノ)の低ジッタ　→OK •Linux + OpenPLC ms(ミリ)ゆっくり周期 ＋ usレベルのジッタ ↓ 〇Zephyr(RTOS) + Edtied_OpenPLC us(マイクロ)の高速周期 + nsレベルのジッタ 数十ns(ナノ)のジッタ
24. Zephyr(RTOS)に 実装するメリット
25. Zephyrの良いところ 凄くメリット 大きい *オープニングで紹介した、RTOSの比較表 ハード抽象化が強力 → Zephyr対応のCPUなら簡単に横展できる CPU(マイコン)変えた場合 •レジスタ調査 •コードを書き直し •開発環境を再インストール 　…という苦行から解放
26. 今回のメリット例 メインプログラム(main.c)を変えずに、Pico2W/nRF54L15に横展 ARMコア/メーカ違う 4つのボードを 全てが同じmain.c Overlay(デバイスツリー) 少し調整しただけ ラズパイ4B_A72 Pico2W_M33 nRF54L15-DK_M33 XIAO nRF54L15 Sense M33
27. HAL（Hardware Abstraction Layer） OSがハードウェアの違いを、抽象化(吸収)してくれる https://www.zephyrproject.org/zephyr-overview/ ・Zephyr公式の資料 各IC/メーカの違いを OSが抽象化(吸収) ・ユーザはどのICでも標準的なドライバ・APIを 使える・調整すればOK
28. ビルドも同じ環境 同じZephyr環境で、ボード名変えてビルドしただけ　→OK ラズパイ_4B: west build -p -b rpi_4b ラズパイ_Pico2W: west build -p -b rpi_pico2/rp2350a/m33/w Nordic_nRF54L15-DK: west build -p -b nrf54l15dk/nrf54l15/cpuapp Seeed_XIAO nRF54L15: west build -p -b xiao_nrf54l15/nrf54l15/cpuapp https://www.youtube.com/watch?v=r-i1I2-w9lw https://youtu.be/-4zIHnI9Joc
29. 色んなCPU・ボードに横展開 同じZephyr環境で、ボード名変えてビルドしただけ　→OK https://youtu.be/yJj0W5qVyIY
30. まとめ
31. ・Linux→RTOSを使うことで、高速周期+低ジッタへ 　(オープンソースで中身も分かり、良い勉強になりました) ・Zephyr(RTOS)の抽象化の良いところ紹介できた 　(どのメーカ、どのICでも実装・横展会が可能です) ・OpenPLCのライセンスがGPLなので、注意が必要。 　(教育や勉強用にはちょうど良いのですが...) まとめ Zephyr(RTOS)で OpenPLCを実装+遊べた！