組み込みシステムとは？エンジニアの仕事や必要な資格を解説

組み込みシステムとは？

組み込みシステムとは、家電や産業機器に搭載されるコンピュータシステムです。

特定の用途を目的に搭載されるシステムであり、自動車や炊飯器、洗濯機、ロボット型掃除機、スマートフォンなどあらゆる製品に使用されています。

組み込みシステムの特徴は、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって稼働する点です。

マイクロプロセッサやマイクロコンピュータなどを核とし、専用プログラムを組んだソフトウェアで制御を行います。

IoTやAIなどの普及に伴い、組み込みシステムの開発技術は複雑化しています。

従来のように特定の機能を実現するためだけでなく、今後はリアルタイム性や消費電力の低減、小型化も求められると考えられます。

組み込みシステムエンジニアの主な仕事内容

組み込みシステムエンジニアの主な仕事内容は、要件定義とハード・ソフト設計、開発、テストです。

要件定義

要件定義は、開発の方向性を明確にする段階です。

クライアントからヒアリングした要望や製品の仕様に基づき、求められる機能や性能などを明確にします。

要件定義次第で、開発に無駄なコストがかることや顧客のニーズを満たせない製品になる可能性があるため、組み込みエンジニアにとって重要な業務です。

要件定義では、まずハードウェアやソフトウェア、ミドルウェアを含むシステム全体の構成を検討します。

また、開発に必要となるリソースや予算、スケジュールなどを策定もあわせて行われます。

なお、一度リリースしたシステムは、家電や産業機器へ直接組み込まれるため、修正やバージョンアップが容易ではないため、慎重な設計が求められます。

だからこそ要件定義の段階で機能の抽出を入念に行う必要があります。

ハード・ソフト設計

組み込みエンジニアの主要業務の一つが、ハードウェアとソフトウェアの設計です。

要件定義の内容に基づいて基本設計を行い、その後詳細設計へと進むのが一般的です。

ハードウェアの設計では、CPUやメモリ、各種インターフェースなどを選定したうえで回路図を作成します。さらに、基板設計や動作確認もあわせて行います。

ソフトウェアの設計は、要件定義の内容を実現するために必要な基本設計を行ったうえで、設計図を作成するのが基本です。

ハードウェアの仕様にあわせてOSやアプリケーションなどを設計していきますが、仕様に沿わない設計をしてしまうと製品リリース後の不具合発生につながるため、慎重な作業が求められます。

開発

設計した内容に基づき、実際にソフトウェアを作成するフェーズです。

プログラミング言語を用いてプログラムを行い、コンパイルやデバッグを行います。

プログラミング言語は主にC言語を使用します。

C言語はメモリ管理やハードウェア制御など、多様な分野で活用されており、汎用性の高さやプログラムの高速化が可能である点が特徴です。

また、アセンブリ言語も組み込みシステム開発でよく用いられます。

アセンブリ言語とは、コンピュータに動作を指示する機械語を扱いやすくするためのプログラミング言語です。

ほかにも、C++はオブジェクト指向を取り入れた開発に適しており、大規模な組み込みシステムで採用されることがあります。

また、PythonやJavaは、組み込みシステムのテスト、データ処理、機械学習を活用した開発などで用いられることがあります。

テスト

ハードウェアとソフトウェアの開発が完了したら、実際に組み合わせてテストを行います。

要求される機能や性能を満たしているかを確認する重要なフェーズであり、主に4つのステップで行われます。

1. 単体テスト

2. 結合テスト

3. 総合テスト

4. 確認テスト

単体テストは、プログラムが完了して最初に行うテストであり、小単位のモジュールごとに動作をチェックします。

次に行われる結合テストでは、単体テストに合格したそれぞれのモジュールを組み合わせ、基本設計通りに動作するかを確認します。

3つめは開発側で行う最終テストで、総合テストとも呼ばれるシステムテストです。

ハードウェアとソフトウェアを組み合わせ、問題なく動作するかをチェックします。

最後に、実際の使用環境下で問題なく動作するか確認する受け入れテストも実施します。

組み込みシステムエンジニアの平均年収

組み込みエンジニアの年収は、本人のスキルや経験、職場などによって大きく変わります。

厚生労働省が運営している職業情報提供サイト「job tag」によると、「システムエンジニア（組み込み、IoT）」の平均年収は38.6歳で557.6万円となっています。

また、厚生労働省が公表した「IT・デジタル人材の労働市場に関する研究調査事業」の報告書によると、組み込みエンジニアの役職別賃金水準は一般社員レベルで500万円、主任・係長・課長補佐・代理レベルで650万円、課長レベルで670万円、部長・本部長レベル以上は800万円となっていました。

なお、国税庁が公開した『令和5年分 民間給与実態統計調査』によると、35～39歳の平均給与は466万円でした。これらのデータからわかるように、組み込みエンジニアの平均年収は比較的高い傾向にあることが伺えます。

組み込みシステムエンジニアに求められるスキル

ハードウェアの知識

組み込みエンジニアには、CPUやメモリ、各種インターフェースに関する基本的な知識が不可欠です。

また、回路図読解や作成、部品選定など設計に必要な知識に加え、デジタル・アナログ回路、マイクロコントローラに関する専門的な知識も求められます。

また、組み込みエンジニアの実務では、仕様書や設計書がないまま設計を任されるケースも少なくありません。

回路図をもとにエンジニア自身が設計を進めることもあり、回路図の読解力やモジュールへの深い理解が求められます。

OS・開発言語の知識

組み込みエンジニアには、組み込みOSの基本的な知識が必須です。

組み込みシステムに用いられる主な組み込みOSには、WindowsやLinux、ITRONなどが挙げられます。

また、組み込みソフトウェア特有の知識も求められます。たとえば、リアルタイム性や割り込み処理などで、製品ごとのさまざまなアクションを実現させるために高い技術が求められます。

開発言語の知識も必須です。組み込みシステム開発で用いられる主な言語には、C言語、C++、Javaなどがあります。

ハードウェアに直接アクセスして制御を行うアセンブリ言語に関する知識も欠かせません。

設計・開発のプロセス

ハードウェアとソフトウェア設計の手法として、統一モデリング言語と呼ばれるUML（Unified Modeling Language）に関する知識も必要です。

UMLはシステムの流れや要素間の関係などを可視化する際に用いられ、システム構造の共有もしやすいことから開発現場で採用されています。

また、プロジェクトの期日管理や品質管理の知識も不可欠です。

組み込みエンジニアは、設計や開発へ直接的に関わるため、要件定義からソフトウェア開発までの流れを把握し、それぞれのフェーズでどのようなスキルが求められるのかも把握しておく必要があります。

最新のAIに関する知識

近年、組み込みシステムへのAI活用が進んでいるため、組み込みエンジニアにもAIの知識があるとより市場価値の高い人材として見られる場合が多いです。

たとえば、製造業ではAIを組み込んだシステムによる外観検査や設備保全などの活用が進んでいます。

電動アシスト自転車のタイヤ空気圧監視ソリューションや、物体検出AIモデル使用による個人用保護具の検出、物流分野におけるセンサーとAIを用いた荷物の分類など、活用シーンはますます広がっています。

そのため、AIの基本である機械学習やディープラーニングだけでなく、画像・音声認識、自然言語処理といったAIの応用技術まで知識を得ておくと、実務で活躍できる可能性が高まります。

英語力

組み込みエンジニアには、英語力も求められる場合もあります。

英語を基盤としたプログラミング言語の習得やIT情報の読み取りにも役立ちます。

また、海外から部品を取り寄せることも多く、英語で書かれた仕様書を理解するためにも一定水準の英語力が求められます。

組み込みシステムエンジニアへの転職で有利になる資格

組み込みエンジニアとして活躍するために必須の資格はありません。

しかし、転職が有利になる可能性が高い資格はいくつか存在します。

転職の成功率を高めたい場合は資格の取得も視野に入れてみるとよいかもしれません。

情報処理技術者試験

情報処理技術者試験は、「独立行政法人　情報処理推進機構」が実施している資格試験です。経済産業省が認定している国家資格であり、基本情報技術者試験やITストラテジスト試験、エンベデッドシステムスペシャリスト試験など、12の試験があります。

まず挑戦するものとしては、ITエンジニアの基礎資格として広く認知されている基本情報技術者試験や、より高度な知識を求められる応用情報技術者試験がおすすめです。これらは組み込みシステム開発に必要な知識も含まれています。

より高みを目指すのなら、エンベデッドシステムスペシャリスト試験がおすすめです。組み込みシステム開発に特化した資格であり、高度な専門知識とスキルの証明に役立ちます。

ETEC（組み込み技術者試験制度）

ETEC（組み込み技術者試験制度）は、「組込みシステム技術協会（JASA）」が実施している民間資格試験です。

組み込みエンジニアを対象とした試験で、組み込みソフトウェア開発に関する一定以上の知識とスキルを証明できるため、転職活動が有利になる可能性があります。

試験はスキルにあわせてエントリーレベルのクラス2と、ミドルレベルのクラス1から選んで受験できます。なお、組み込み技術のスキルを体系的かつ客観的に評価する試験のため合否判定はありません。

（OMG認定組み込み技術者資格試験）

OCRESは組み込みシステムエンジニア向けの国際資格であり、OMG（Object Management Group）が運営しています。

世界基準の技術試験であり、国際的に通用するため海外でも活躍したいと考える組み込みエンジニアにおすすめです。

試験は初級、中級、上級に分かれ、UMLを用いた組込みシステムの設計、開発に関する知識と利活用レベルを判定します。

ただし、OCRESの試験対策に特化した日本の書籍は少ないため、海外の書籍やWebサイトなどを活用しつつ勉強を進めましょう。

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