Este trabalho descreve o desenvolvimento de um ambiente integrado para modelagem, simulação e implementação de sistemas de tempo real distribuídos (STRD), especialmente aqueles voltados para automação industrial. O ambiente proposto faz use do paradigma de orientação a objetos, sendo baseado no ambiente SIMOO, desenvolvido no Âmbito de uma tese de doutorado no CPGCC. A motivação para a realizado deste trabalho surgiu através de alguns estudos de caso, que constataram que as ferramentas CASE existentes não incorporavam todas as propriedades desejadas em termos de suporte para modelagem e implementação dos STRD. Dentre estas propriedades, destacam-se a capacidade para especificação de restrições temporais, o suporte a simulação do modelo desenvolvido e a capacidade de geração automática de código para a aplicação final. O ambiente proposto tem por objetivo suprir as carências observadas, adicionando ao ambiente SIMOO original facilidades para a descrição de restrições temporais e facilidades para descried° de comportamento do modelo desenvolvido. Além disso, é incorporada ao ambiente a capacidade de geração automática de código em uma linguagem que suporte as restrições temporais descritas no modelo. Este trabalho foi desenvolvido no contexto do projeto ADOORATA (A Distributed Object-Oriented Architecture for Real-Time Automation), como parte do Programa de Cooperação entre Brasil e Alemanha, financiado pelas agencias CNPq e DLR. / This work describes the development of an integrated object-oriented environment for modeling, simulation and implementation of distributed real-time systems (DRTS), especially those conceived for industrial automation. This work extends the SIMOO environment, conceived as part of a Ph.D. thesis in the CPGCC at Federal University of Rio Grande do Sul. Its motivation began during some case studies, which concluded that existing CASE tools don't incorporate all the desired features for modeling and implementation of DRTS. Among these features, capacities to specify timing constraints, to simulate/animate the model and to automatically generate the final application code are highlighted. The proposed environment intends to overcome these lacks, adding to the original environment features for the specification of timing requirements and the application behavior, allowing the creation of an object-oriented simulation model. Additionally it automatically generates the application executable code, which makes use of the incorporated specifications to guarantee its correctness. This work has been developed within the context of the ADOORATA project (A Distributed Object-Oriented Architecture for Real-Time Automation), as part of the Brazilian-German Cooperation Program, sponsored by CNPq and DLR.

Sistemas embarcados baseados em processadores têm sido largamente aplicados em áreas críticas no que diz respeito à segurança de seres humanos e do meio ambiente. Em tais aplicações, que compreendem desde o controle de freio de carros a missões espaciais, pode ser necessária a execução confiável de todas as funcionalidades do sistema durante longos períodos e em ambientes desconhecidos, hostis ou instáveis. Mesmo em aplicações não críticas, nas quais a confiabilidade do sistema não é um requisito primordial, o usuário final deseja que seu produto apresente comportamento estável e livre de erros. Daí vem a importância de se considerar o auto-teste on-line no projeto dos sistemas embarcados atuais. Entretanto, a crescente complexidade de tais sistemas somada às fortes restrições a que eles estão sujeitos torna o projeto do auto-teste um problema cada vez mais desafiador. Em aplicações de tempo-real a dificuldade é ainda maior, uma vez que, além dos cuidados com as restrições do sistema alvo, deve-se levar em conta o atendimento dos requisitos temporais da aplicação. Entre as técnicas de auto-teste on-line atualmente pesquisadas, uma tem se destacado pela eficácia obtida a um baixo custo de projeto e sem grande impacto no atendimento dos requisitos e restrições do sistema: o auto-teste baseado em software (SBST – Software-Based Self-Test). Neste trabalho, é proposta uma metodologia para o projeto e aplicação de auto-teste on-line para processadores embarcados, considerando-se também aplicações de temporeal. Tal metodologia, denominada STEP (Self-Test for Embedded Processors), tem como base a técnica SBST e prevê o planejamento, a geração e a seleção de rotinas de teste para o processador alvo. O método proposto garante a execução periódica do autoteste, com o menor período permitido pela aplicação de tempo-real, e assegura o atendimento de todas as restrições do sistema embarcado. Além disso, a solução fornecida pelo método alcança uma boa qualidade de teste enquanto auxilia a redução de custos do sistema final. Como estudo de caso, a metodologia proposta é aplicada a diferentes arquiteturas de processadores Java e os resultados obtidos comprovam a eficiência da mesma. Por fim, é apresentada uma ferramenta que implementa a metodologia STEP, automatizando, assim, o projeto e a aplicação de auto-teste on-line para os processadores estudados. / Processor-based embedded systems have been widely used in safety-critical applications. In such applications, which include from cars break control to spatial missions, the whole system operation must be reliable during long periods even within unknown, hostile and unstable environments. In non-critical applications, system reliability is not a prime requirement, but the final user requires an error free product, with stable behavior. Hence, one can realize the importance of on-line self-testing in current embedded systems. Self-testing is becoming an important challenge due to the increasing complexity of the systems allied to their strong constraints. In real-time applications this problem becomes even more complex, since, besides meeting systems constraints, one must take into consideration the application timing requirements. Among all on-line self-testing techniques studied, Software-Based Self-Test (SBST) has been distinguished by its effectiveness, low-cost and small impact on system constraints and requirements. This work proposes a methodology for the design and implementation of on-line self-test in embedded processors, considering real-time applications. Such a methodology, called STEP (Self-Test for Embedded Processors), is based on SBST technique and encloses planning, generation and selection of test routines for the target processor. The proposed method guarantees periodical self-test execution, at the smallest period allowed by the real-time application, and ensures that all embedded system constraints are met. Furthermore, provided solution achieves high test quality while helping in the optimization of the costs of the final system. The proposed methodology is applied to different architectures of Java processors to demonstrate its efficiency. Finally, this work presents a tool that automates the design and implementation of on-line self-test in the studied processors by implementing the STEP methodology.

A Linguagem RS é destinada a programação de núcleos reativos centralizados. Tais núcleos são responsáveis por toda a lógica de um sistema reativo, manipulando os sinais de entrada, realizando as reações e gerando os sinais de saída. Sendo sua idéia inicial tratar apenas processos centralizados, não houve a preocupação com a distribuição. Este trabalho tem como principal objetivo apresentar os aspectos introduzidos de uma nova versão para a Linguagem e para o Compilador RS, que possibilitam a execução de programas distribuídos. Além da possibilidade de execução de sistemas reativos distribuídos, foi acrescentado à Linguagem RS extensões já previstas na sua criação, como sinais inibidores, regras de exclusão mútua e concomitância, a possibilidade de disparo de mais de uma regra em um mesmo instante e a limpeza léxica do código fonte RS. As modificações incorporadas nesta nova versão da linguagem, foram efetivadas através de um novo compilador, chamado de Compilador RS 5.0. O protótipo implementado oferece a geração de três formatos de código: o formato padrão da linguagem RS (os autômatos e as regras correspondentes), códigos na linguagem C para a simulação dos autômatos (tanto para programas distribuídos quanto não-distribuídos) e arquivos no formato portável OC, que é um formato de código objeto padrão para as linguagens reativas. Para a distribuição e implementação da Linguagem RS foi necessária a criação de um novo núcleo de comunicação do MDX, que é responsável pela comunicação dos autômatos RSD. Este núcleo é dividido em três partes. A primeira trata da definição de um modelo formal com as mudanças necessárias para que a linguagem RS consiga trabalhar de forma distribuída, a segunda mostra o projeto do novo núcleo MDX e a terceira apresenta a implementação em C e MDX dos autômatos gerados pelo Compilador RS 5.0. Por fim, exemplos de aplicação desta nova linguagem são apresentados, onde podem ser vistos a importância e o acréscimo proporcionado por este trabalho tanto à linguagem RS quanto à programação de sistemas reativos síncronos. / The RS language is intended to the programming of centralized reactive kernels. Such kernels are responsible for the logic of a reactive system, manipulating the input signals, carrying through the reactions and generating the output signals. Being its initial idea to treat only centered processes, it did not have the concern with the distribution. The main objective of this work is to describe the process of creation of a new version for the Language and Compiler RS, that make possible the execution of distributed programs. Beyond the possibility of execution distributed reactive systems, it was added to RS language foreseen extensions already in its creation, as inhibiting signals, rules of manual exclusion and concurrence, the possibility of detonation of more than a rule in one exactly instant and the lexical cleanness of the RS code source. The modifications incorporated in this new version of the language, had been accomplished through a new compiler, called Compiler RS 5.0. The implemented archetype offers the generation of three formats of code: the standard format of RS language (the corresponding automatons and rules), codes in the language C for the simulation of the automatons and archives in OC portable format, that is a object format code standard for the reactive languages. For the distribution and implementation of Language RS was necessary the creation of a new kernel of communication of the MDX, that is responsible for the communication of RSD automatons. It is divided in three parts. The first one deals with the definition of a formal model that defines the necessary changes so that RS language obtains to work of distributed form, the second shows the design of new MDX kernel and third presents the implementation in C and MDX of the automatons generated for Compiler RS 5.0. Finally, examples of application of this new language are presented, where the importance and the proportionate upgrade for this work to RS language how to the programming of synchronous reactive systems can in such a way be seen.

Sistemas embarcados baseados em processadores têm sido largamente aplicados em áreas críticas no que diz respeito à segurança de seres humanos e do meio ambiente. Em tais aplicações, que compreendem desde o controle de freio de carros a missões espaciais, pode ser necessária a execução confiável de todas as funcionalidades do sistema durante longos períodos e em ambientes desconhecidos, hostis ou instáveis. Mesmo em aplicações não críticas, nas quais a confiabilidade do sistema não é um requisito primordial, o usuário final deseja que seu produto apresente comportamento estável e livre de erros. Daí vem a importância de se considerar o auto-teste on-line no projeto dos sistemas embarcados atuais. Entretanto, a crescente complexidade de tais sistemas somada às fortes restrições a que eles estão sujeitos torna o projeto do auto-teste um problema cada vez mais desafiador. Em aplicações de tempo-real a dificuldade é ainda maior, uma vez que, além dos cuidados com as restrições do sistema alvo, deve-se levar em conta o atendimento dos requisitos temporais da aplicação. Entre as técnicas de auto-teste on-line atualmente pesquisadas, uma tem se destacado pela eficácia obtida a um baixo custo de projeto e sem grande impacto no atendimento dos requisitos e restrições do sistema: o auto-teste baseado em software (SBST – Software-Based Self-Test). Neste trabalho, é proposta uma metodologia para o projeto e aplicação de auto-teste on-line para processadores embarcados, considerando-se também aplicações de temporeal. Tal metodologia, denominada STEP (Self-Test for Embedded Processors), tem como base a técnica SBST e prevê o planejamento, a geração e a seleção de rotinas de teste para o processador alvo. O método proposto garante a execução periódica do autoteste, com o menor período permitido pela aplicação de tempo-real, e assegura o atendimento de todas as restrições do sistema embarcado. Além disso, a solução fornecida pelo método alcança uma boa qualidade de teste enquanto auxilia a redução de custos do sistema final. Como estudo de caso, a metodologia proposta é aplicada a diferentes arquiteturas de processadores Java e os resultados obtidos comprovam a eficiência da mesma. Por fim, é apresentada uma ferramenta que implementa a metodologia STEP, automatizando, assim, o projeto e a aplicação de auto-teste on-line para os processadores estudados. / Processor-based embedded systems have been widely used in safety-critical applications. In such applications, which include from cars break control to spatial missions, the whole system operation must be reliable during long periods even within unknown, hostile and unstable environments. In non-critical applications, system reliability is not a prime requirement, but the final user requires an error free product, with stable behavior. Hence, one can realize the importance of on-line self-testing in current embedded systems. Self-testing is becoming an important challenge due to the increasing complexity of the systems allied to their strong constraints. In real-time applications this problem becomes even more complex, since, besides meeting systems constraints, one must take into consideration the application timing requirements. Among all on-line self-testing techniques studied, Software-Based Self-Test (SBST) has been distinguished by its effectiveness, low-cost and small impact on system constraints and requirements. This work proposes a methodology for the design and implementation of on-line self-test in embedded processors, considering real-time applications. Such a methodology, called STEP (Self-Test for Embedded Processors), is based on SBST technique and encloses planning, generation and selection of test routines for the target processor. The proposed method guarantees periodical self-test execution, at the smallest period allowed by the real-time application, and ensures that all embedded system constraints are met. Furthermore, provided solution achieves high test quality while helping in the optimization of the costs of the final system. The proposed methodology is applied to different architectures of Java processors to demonstrate its efficiency. Finally, this work presents a tool that automates the design and implementation of on-line self-test in the studied processors by implementing the STEP methodology.

A Linguagem RS é destinada a programação de núcleos reativos centralizados. Tais núcleos são responsáveis por toda a lógica de um sistema reativo, manipulando os sinais de entrada, realizando as reações e gerando os sinais de saída. Sendo sua idéia inicial tratar apenas processos centralizados, não houve a preocupação com a distribuição. Este trabalho tem como principal objetivo apresentar os aspectos introduzidos de uma nova versão para a Linguagem e para o Compilador RS, que possibilitam a execução de programas distribuídos. Além da possibilidade de execução de sistemas reativos distribuídos, foi acrescentado à Linguagem RS extensões já previstas na sua criação, como sinais inibidores, regras de exclusão mútua e concomitância, a possibilidade de disparo de mais de uma regra em um mesmo instante e a limpeza léxica do código fonte RS. As modificações incorporadas nesta nova versão da linguagem, foram efetivadas através de um novo compilador, chamado de Compilador RS 5.0. O protótipo implementado oferece a geração de três formatos de código: o formato padrão da linguagem RS (os autômatos e as regras correspondentes), códigos na linguagem C para a simulação dos autômatos (tanto para programas distribuídos quanto não-distribuídos) e arquivos no formato portável OC, que é um formato de código objeto padrão para as linguagens reativas. Para a distribuição e implementação da Linguagem RS foi necessária a criação de um novo núcleo de comunicação do MDX, que é responsável pela comunicação dos autômatos RSD. Este núcleo é dividido em três partes. A primeira trata da definição de um modelo formal com as mudanças necessárias para que a linguagem RS consiga trabalhar de forma distribuída, a segunda mostra o projeto do novo núcleo MDX e a terceira apresenta a implementação em C e MDX dos autômatos gerados pelo Compilador RS 5.0. Por fim, exemplos de aplicação desta nova linguagem são apresentados, onde podem ser vistos a importância e o acréscimo proporcionado por este trabalho tanto à linguagem RS quanto à programação de sistemas reativos síncronos. / The RS language is intended to the programming of centralized reactive kernels. Such kernels are responsible for the logic of a reactive system, manipulating the input signals, carrying through the reactions and generating the output signals. Being its initial idea to treat only centered processes, it did not have the concern with the distribution. The main objective of this work is to describe the process of creation of a new version for the Language and Compiler RS, that make possible the execution of distributed programs. Beyond the possibility of execution distributed reactive systems, it was added to RS language foreseen extensions already in its creation, as inhibiting signals, rules of manual exclusion and concurrence, the possibility of detonation of more than a rule in one exactly instant and the lexical cleanness of the RS code source. The modifications incorporated in this new version of the language, had been accomplished through a new compiler, called Compiler RS 5.0. The implemented archetype offers the generation of three formats of code: the standard format of RS language (the corresponding automatons and rules), codes in the language C for the simulation of the automatons and archives in OC portable format, that is a object format code standard for the reactive languages. For the distribution and implementation of Language RS was necessary the creation of a new kernel of communication of the MDX, that is responsible for the communication of RSD automatons. It is divided in three parts. The first one deals with the definition of a formal model that defines the necessary changes so that RS language obtains to work of distributed form, the second shows the design of new MDX kernel and third presents the implementation in C and MDX of the automatons generated for Compiler RS 5.0. Finally, examples of application of this new language are presented, where the importance and the proportionate upgrade for this work to RS language how to the programming of synchronous reactive systems can in such a way be seen.

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um ambiente integrado para modelagem, simulação e implementação de sistemas de tempo real distribuídos (STRD), especialmente aqueles voltados para automação industrial. O ambiente proposto faz use do paradigma de orientação a objetos, sendo baseado no ambiente SIMOO, desenvolvido no Âmbito de uma tese de doutorado no CPGCC. A motivação para a realizado deste trabalho surgiu através de alguns estudos de caso, que constataram que as ferramentas CASE existentes não incorporavam todas as propriedades desejadas em termos de suporte para modelagem e implementação dos STRD. Dentre estas propriedades, destacam-se a capacidade para especificação de restrições temporais, o suporte a simulação do modelo desenvolvido e a capacidade de geração automática de código para a aplicação final. O ambiente proposto tem por objetivo suprir as carências observadas, adicionando ao ambiente SIMOO original facilidades para a descrição de restrições temporais e facilidades para descried° de comportamento do modelo desenvolvido. Além disso, é incorporada ao ambiente a capacidade de geração automática de código em uma linguagem que suporte as restrições temporais descritas no modelo. Este trabalho foi desenvolvido no contexto do projeto ADOORATA (A Distributed Object-Oriented Architecture for Real-Time Automation), como parte do Programa de Cooperação entre Brasil e Alemanha, financiado pelas agencias CNPq e DLR. / This work describes the development of an integrated object-oriented environment for modeling, simulation and implementation of distributed real-time systems (DRTS), especially those conceived for industrial automation. This work extends the SIMOO environment, conceived as part of a Ph.D. thesis in the CPGCC at Federal University of Rio Grande do Sul. Its motivation began during some case studies, which concluded that existing CASE tools don't incorporate all the desired features for modeling and implementation of DRTS. Among these features, capacities to specify timing constraints, to simulate/animate the model and to automatically generate the final application code are highlighted. The proposed environment intends to overcome these lacks, adding to the original environment features for the specification of timing requirements and the application behavior, allowing the creation of an object-oriented simulation model. Additionally it automatically generates the application executable code, which makes use of the incorporated specifications to guarantee its correctness. This work has been developed within the context of the ADOORATA project (A Distributed Object-Oriented Architecture for Real-Time Automation), as part of the Brazilian-German Cooperation Program, sponsored by CNPq and DLR.

Orientador: Marconi Kolm Madrid / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-10T03:57:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Castro_EbervalOliveira_M.pdf: 4698124 bytes, checksum: 0a0a438cbad7212bdba90f2c96875871 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A solução de modelos dinâmicos de robôs em tempo real é um dos principais desafios da robótica. Este trabalho propõe um multiprocessador de quatro núcleos fortemente acoplados, o SMM-4 (Sistema Multiprocessado Monolítico), consistindo de uma arquitetura de processamento paralelo monolítica sintetizada em FPGA para aplicações em controle de sistemas robóticos. Uma análise quantitativa e qualitativa é realizada em contraste a sistemas uniprocessadores, evidenciando os ganhos obtidos através desta abordagem em FPGA. O SMM-4 foi desenvolvido no Laboratório de Sistemas Modulares Robóticos (LSMR/Unicamp) como uma das alternativas para o cálculo das equações dos modelos de robôs em tempo real / Abstract: The solution of robots¿ dynamic models in real-time is one of major challenges of the robotics. This work presents a strongly coupled quad-core multiprocessor ¿ the MMS-4 (Monolithic Multiprocessor System) ¿ consisting of a monolithical parallel processing architecture synthesized on FPGA for applications on robotic control systems. A quantitative and qualitative analysis is performed in contrast with uniprocessor systems for the purpose of evince the benefits obtained choosing this approach in FPGA. The MMS-4 was developed at Robotic Modular Systems Laboratory (LSMR/Unicamp) as an alternative to calculate the equations systems of robots¿ models on real-time / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um ambiente integrado para modelagem, simulação e implementação de sistemas de tempo real distribuídos (STRD), especialmente aqueles voltados para automação industrial. O ambiente proposto faz use do paradigma de orientação a objetos, sendo baseado no ambiente SIMOO, desenvolvido no Âmbito de uma tese de doutorado no CPGCC. A motivação para a realizado deste trabalho surgiu através de alguns estudos de caso, que constataram que as ferramentas CASE existentes não incorporavam todas as propriedades desejadas em termos de suporte para modelagem e implementação dos STRD. Dentre estas propriedades, destacam-se a capacidade para especificação de restrições temporais, o suporte a simulação do modelo desenvolvido e a capacidade de geração automática de código para a aplicação final. O ambiente proposto tem por objetivo suprir as carências observadas, adicionando ao ambiente SIMOO original facilidades para a descrição de restrições temporais e facilidades para descried° de comportamento do modelo desenvolvido. Além disso, é incorporada ao ambiente a capacidade de geração automática de código em uma linguagem que suporte as restrições temporais descritas no modelo. Este trabalho foi desenvolvido no contexto do projeto ADOORATA (A Distributed Object-Oriented Architecture for Real-Time Automation), como parte do Programa de Cooperação entre Brasil e Alemanha, financiado pelas agencias CNPq e DLR. / This work describes the development of an integrated object-oriented environment for modeling, simulation and implementation of distributed real-time systems (DRTS), especially those conceived for industrial automation. This work extends the SIMOO environment, conceived as part of a Ph.D. thesis in the CPGCC at Federal University of Rio Grande do Sul. Its motivation began during some case studies, which concluded that existing CASE tools don't incorporate all the desired features for modeling and implementation of DRTS. Among these features, capacities to specify timing constraints, to simulate/animate the model and to automatically generate the final application code are highlighted. The proposed environment intends to overcome these lacks, adding to the original environment features for the specification of timing requirements and the application behavior, allowing the creation of an object-oriented simulation model. Additionally it automatically generates the application executable code, which makes use of the incorporated specifications to guarantee its correctness. This work has been developed within the context of the ADOORATA project (A Distributed Object-Oriented Architecture for Real-Time Automation), as part of the Brazilian-German Cooperation Program, sponsored by CNPq and DLR.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:46:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 07535.pdf: 5658873 bytes, checksum: bfc9a035eb51ae184a489a4570c8c827 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Safety-critical applications have to function correctly even in presence of faults. This thesis deals with techniques for tolerating effects of transient and intermittent faults. Reexecution, software replication, and rollback recovery with checkpointing are used to provide the required level of fault tolerance. These techniques are considered in the context of distributed real-time systems with non-preemptive static cyclic scheduling. Safety-critical applications have strict time and cost constrains, which means that not only faults have to be tolerated but also the constraints should be satisfied. Hence, efficient system design approaches with consideration of fault tolerance are required. The thesis proposes several design optimization strategies and scheduling techniques that take fault tolerance into account. The design optimization tasks addressed include, among others, process mapping, fault tolerance policy assignment, and checkpoint distribution. Dedicated scheduling techniques and mapping optimization strategies are also proposed to handle customized transparency requirements associated with processes and messages. By providing fault containment, transparency can, potentially, improve testability and debugability of fault-tolerant applications. The efficiency of the proposed scheduling techniques and design optimization strategies is evaluated with extensive experiments conducted on a number of synthetic applications and a real-life example. The experimental results show that considering fault tolerance during system-level design optimization is essential when designing cost-effective fault-tolerant embedded systems.