ドローンにおけるRTOS vs Linux：最新設計・セキュリティ・Rust活用法

はじめに

産業用から物流、さらには防衛分野まで、ドローンの自律化が進み、OS設計の重要性はますます高まっています。
RTOS（リアルタイムOS）とLinux、どちらを選ぶべきか？
RustでドローンOSは書けるのか？サイバーセキュリティはどう設計すればいいのか？

この記事では、先進的なドローンOSアーキテクチャの全体像、RTOSとLinuxの違い、そしてRustやセキュリティの最新トピックを解説します。

1. ドローンにおけるRTOS vs Linuxの違い

項目	RTOS	Linux
リアルタイム性	ハードリアルタイム（決定論的）	ソフトリアルタイム（Preempt-RT利用可）
リソース消費	非常に少ない、MCUで動作	RAM・CPU・MMUが必要
起動時間	数ミリ秒	数秒
信頼性	シンプルで堅牢	機能豊富で複雑
開発言語	ベアメタルC/C++（またはRustも可能）	POSIX, Python, C++, Rust
主な役割	フライトコントローラ（制御・安全系）	AI、画像処理、ミッション管理、クラウド連携

現代の主流は？
ハイブリッド設計

RTOS：姿勢制御やセンサー統合、モーター制御など安全・リアルタイムが必要な部分
Linux（例：Raspberry Pi, Jetson）：AI、地図、ミッション計画、ビデオ・クラウド通信など

2. RTOSの「OS」とは？主要な構成モジュール

RTOS（FreeRTOS, Zephyr, ChibiOS, NuttX, Drone OSなど）は
一般的なOSと同じく「カーネル・スケジューラ・ドライバ等のモジュール」を持ちますが、
極めて軽量・高速・決定論的に特化されています。

RTOSの主な構成要素：

タスクスケジューラ：リアルタイム優先度・コンテキストスイッチ
タスク/スレッド管理：生成・停止・スタック監視
タイマー/クロック：周期タスクやタイムアウト制御
タスク間通信：キュー、セマフォ、メールボックス等
メモリ管理：主に静的割り当て、一部ヒープあり
デバイスドライバ：UART, SPI, I2C, PWM, ADC等
割り込み処理：高速・決定論的なISR
（オプション） ファイルシステム/ネットワーク/Shell

RTOSの構成図（テキスト）

+-------------------------+
|   タスクスケジューラ    |
+-------------------------+
|   タスク管理            |
+-------------------------+
|   タイマー/クロック     |
+-------------------------+
|   キュー/セマフォ       |
+-------------------------+
|   メモリ管理            |
+-------------------------+
|   デバイスドライバ      |
+-------------------------+
|   ハードウェア（MCU等） |
+-------------------------+

3. RustはドローンOS開発に使える？

答え：はい、使えます！
組込み（RTOS/Bare-metal）・Linux両方でRust活用が拡大中です。

RTOS/Bare-metal:
Drone OS, RTIC, embedded-hal 等
Linux側のAI/通信/ミッション管理:
rust-mavlink, tokio, axum など
メリット： メモリ安全性、バッファオーバーフロー・ヌルポインタ・データ競合防止

RTICによるリアルタイムタスク管理（Rust例）：

#[task]
fn flight_control(cx: flight_control::Context) {
    // センサー読み取り・PID計算・モーターPWM出力
}

4. ドローンにおけるサイバーセキュリティ設計

現代のドローンは「空飛ぶIoTサーバー」
サイバー攻撃対策は必須です

暗号化： 通信経路は全てTLSやAESで暗号化
認証： ユニークキー・デフォルトパスワード禁止
セキュアブート： 署名済みソフトウェアのみ実行
ネットワーク強化： ファイアウォール・不要ポート無効化・定期アップデート
ランタイム保護： ウォッチドッグ・フェールセーフ・IDS/ログ監視

脆弱性は情報漏えいだけでなく、機体喪失にもつながります！

5. ドローン向けRTOS構成図（テキスト）

+------------------+
| Comms Manager    | <--> GCS / Companion
+------------------+
| Mission Manager  | 
+------------------+
| Flight Control   | <--> Sensor Drivers (IMU, GPS)
+------------------+
| Actuator Drivers | (PWM, ESC)
+------------------+
| Hardware (MCU)   |
+------------------+