La Tesis presenta el desarrollo de una metodología de análisis y diseño de sistemas distribuidos de tiempo real estricto, y su aplicación a una implementación práctica en lenguaje Ada.Se han optimizado los métodos existentes para la planificación y análisis de sistemas distribuidos de tiempo real mediante un algoritmo heurístico para la asignación de prioridades, y la aplicación del algoritmo de servidor esporádico a la planificación de redes de comunicación de tiempo real. También se ha ampliado el campo de aplicación del análisis a sistemas más complejos en los que existe sincronización por intercambio de eventos o paso de mensajes.Se ha demostrado que la metodología propuesta se puede implementar en sistemas de tiempo real prácticos, a través de su aplicación a sistemas distribuidos programados en lenguaje Ada. / The Thesis presents a methodology to analyze and design distributed real-time systems, and its application to a practical implementation.Existing methods for scheduling and analyzing distributed real-time systems have been optimized through a new heuristic algorithm for assigning priorities, and with the application of the sporadic server algorithm for scheduling real-time communication networks. The area of application of the analysis has been extended to more complex systems, like those with synchronization through event exchange or message passing.It has been demonstrated that the proposed methodology can be implemented in practical real-time systems, through the application to a distributed system programmed in the Ada language.

Se propone una metodología de desarrollo de aplicaciones de tiempo real estricto que van a ser ejecutadas en plataformas distribuidas abiertas. En esta metodología, el diseñador de la aplicación no conoce la carga de trabajo de la plataforma que será ejecutada concurrentemente junto con la aplicación que diseña. La metodología se basa en el paradigma de reserva de recursos, y utiliza como base el concepto de plataforma virtual, tanto para describir el uso de los recursos que una aplicación requiere, como para ejecutar la aplicación satisfaciendo sus requisitos temporales. La plataforma virtual es utilizada en el proceso de negociación con el servicio de reserva de recursos de la plataforma física, con objeto de obtener una configuración de la aplicación que haga compatible su ejecución con la carga de trabajo que ya se está ejecutando en dicha plataforma. La metodología aborda todas las fases del desarrollo de una aplicación: describe la información que debe asociarse al código de la aplicación para poder ser configurado, así como el proceso que permite analizar independientemente su planificabilidad en base a la plataforma virtual; especifica el proceso de despliegue de la aplicación y define la información que se utiliza para negociar su ejecución con el servicio de reserva de recursos de la plataforma física y para generar los datos de configuración que deben ser asignados al código cuando se ejecute. Todos estos procesos son dirigidos por modelos, por lo que la tesis aborda la definición de las transformaciones de modelos requeridas, así como la formulación de los metamodelos formales utilizados en ellas. Por otro lado, aunque la tecnología es independiente de la plataforma de ejecución, se especifica la funcionalidad que debe ofrecer el servicio de reserva de recursos presente en la misma para dar soporte a la metodología propuesta, y se analiza su compatibilidad con algunas implementaciones actualmente disponibles / This thesis proposes a methodology for the development of hard real-time applications that will be executed in open distributed platforms. When this methodology is applied, the application designer does not know the workload of the platform that will execute concurrently with the designed application. The methodology is based on the resource reservation paradigm, and relies on the concept of virtual platform, both to describe the resources usage required by an application to execute, and to run the application guaranteeing the fulfillment of the specified timing requirements. The virtual platform is also used on the negotiation process with the resource reservation service of the physical platform in order to obtain a configuration of the application that supports its execution together with the current workload running on that platform. The methodology deals with all the phases of the application design: it describes the information that must be associated to the application code in order to obtain a proper configuration, as well as the process that allows an independent schedulability analysis of the application based on its virtual platform; it specifies the application deployment process and defines the information that is used to negotiate the execution of the application with the resource reservation service of the physical platform, and to generate the configuration data that must be assigned to the code when it is executed. The methodology follows a model-driven perspective, so the thesis addresses the required models transformations, as well as the formulation of the metamodels used in them. Moreover, although the technology is independent from the execution platform, the functionality that must be provided by the resource reservation service to support the proposed technology is specified and its compatibility with other implementations is analyzed.

This thesis defines a generic framework that allows building high level services, of both data search and content distribution, for structured peer-to-peer networks (SPN). We consider a twofold genericity: (i) Extensible framework for services and applications, with a dynamic deploy over other P2P systems; and (ii) generic and portable framework over most of the SPNs. / Esta tesis construye un marco de trabajo genérico que permite construir servicios de alto nivel, tanto de gestión de datos como de distribución de contenidos, para redes peer-to-peer estructradas (RPE). Consideramos que la genericidad proporcionada es doble: (i) Marco de trabajo extensible para servicios y aplicaciones, con un despliegue dinámico sobre diferentes sistemas peer-to-peer; (ii) Marco de trabajo genérico y portable de la mayoría de RPEs.

En la última década los ingenieros informáticos se han enfrentado a profundos cambios en el modo en que se diseñan y fabrican los microprocesadores. Los nuevos procesadores no solo deben ser más rápidos que los anteriores, también deben ser factibles en términos de energía y disipación térmica, sobre todo en dispositivos que trabajan con baterías. Los problemas relacionados con consumo y temperatura son muy comunes en estos procesadores. En esta Tesis analizamos el rendimiento, consumo energético y precisión de diferentes mecanismos de reducción de consumo y descubrimos que no son suficientemente buenos para adaptarse a un límite de consumo con una penalización de rendimiento razonable. Para solucionar este problema proponemos diversas técnicas a nivel de microarquitectura que combinan de manera dinámica varios mecanismos de reducción de consumo para obtener una aproximación al límite de consumo mucho más precisa con una penalización de rendimiento mínima. / In the last decade computer engineers have faced changes in the way microprocessors are designed. New microprocessors do not only need to be faster than the previous generation, but also be feasible in terms of energy consumption and thermal dissipation, especially in battery operated devices. In this Thesis we worked in the design, implementation and testing of microarchitecture techniques for accurately adapting the processor performance to power constraints in the single core scenario, multi-core scenario and 3D die-stacked core scenario. We first designed “Power-Tokens”,to approximate the power being consumed by the processor in real time. Later we proposed different mechanisms based on pipeline throttling, confidence estimation, instruction criticality information, to adapt the processor to a predefined power budget . We also propose some layout optimizations for 3D die-stacked vertical designs.

En la presente tesis se propone una metodología de desarrollo de estrategias híbridas para la mitigación de fallos inducidos por radiación en los sistemas empotrados modernos. La propuesta se basa en los principios del co-diseño de sistemas y consiste en la combinación selectiva, incremental y flexible de enfoques de tolerancia a fallos basados en hardware y software. Es decir, la exploración del espacio de soluciones se fundamenta en una estrategia híbrida de grano fino. El flujo de diseño está guiado por los requisitos de la aplicación. Esta metodología se ha denominado: co-endurecimiento. De esta forma, es posible diseñar sistemas embebidos confiables a bajo coste, donde no sólo se satisfagan los requisitos de confiabilidad y las restricciones de diseño, sino que también se evite el uso excesivo de costosos mecanismos de protección (hardware y software).

El objetivo de este trabajo es la definición de una metodología para la representación y análisis del comportamiento de tiempo real de sistemas que han sido diseñados utilizando el paradigma de orientación a objetos. La metodología que se propone, denominada UML-MAST, concilia las diferencias entre la visión del diseñador de sistemas de tiempo real y la del de sistemas orientados a objetos. A tal fin define un nivel de abstracción adecuado para los elementos de modelado del comportamiento de tiempo real, que permite formularlos con una estructura paralela a la arquitectura lógica del sistema, y vincularlos a esta. La semántica de modelado sigue el perfil UML para planificabilidad, rendimiento y tiempo (SPT) estandarizado por el OMG, del que UML-MAST puede considerase una implementación. La propuesta se integra con las herramientas de análisis y diseño de sistemas de tiempo real MAST (Modeling and Analysis Suite for Real-Time Applications), que analiza los modelos y retorna los resultados al modelo inicial para su interpretación por el diseñador. Asimismo, se han definido criterios para la extensión de esta metodología a otros niveles de abstracción tales como sistemas basados en componentes y sistemas implementados utilizando Ada 95. Parte de los resultados de este trabajo han sido incorporados por el OMG a su perfil SPT. / The main objective of this work has been the definition of a methodology for the representation and analysis of the timing behaviour of real-time distributed systems designed following the object oriented paradigm. The methodology proposed is called UML-MAST, and reconciles the mismatch between the visions of the object oriented designer and the real-time systems designer. To get this, it has been developed a particular level of abstraction that holds all the modelling elements needed to represent real-time behaviour, structuring the models following the logical architecture of the system. The semantics of the modelling elements follows the "UML Profile for Schedulability, Performance and Time" (SPT), a standard of the Object Management Group (OMG) to which this thesis has reported a number of contributions. UML-MAST can also be considered a particular specialization of its schedulability analysis sub-profile. UML-MAST is integrated in the framework of the Modeling and Analysis Suite for Real-Time Applications (MAST), a modelling environment with a set of tools that enable the analysis of a model and the recovery of its results in it. Criteria for the extension of the methodology to higher levels of abstraction have been defined. As examples, its extension to the modelling of component-based systems as well as to distributed systems developed with Ada95 have been explored and formulated.

El objetivo de la tesis es definir una metodología de desarrollo de aplicaciones de tiempo real basadas en componentes, orientada a aplicaciones cuyos requisitos temporales se especifican utilizando un modelo reactivo de comportamiento temporal. La metodología se construye en base a extensiones que incorporan a las especificaciones, modelos de referencia y procesos estándares propios de la ingeniería de componentes convencionales, esto es, sin requisitos temporales, los datos y los procesos necesarios para la especificación, diseño y análisis de los aspectos relativos al comportamiento temporal. La metodología se sustenta en cuatro contribuciones principales:- Se propone la metodología de modelado modular del comportamiento temporal Mod-MAST, que permite construir el modelo de una aplicación basada en componentes por composición de los modelos de los componentes que la forman. - Se propone la extensión RT-D&C de la especificación Deployment and Configuration of Component-based Distributed Applications de OMG, que permite incluir metadatos relativos a comportamiento temporal en los descriptores de componentes, plataformas de ejecución y aplicaciones. - Se especifica la tecnología de componentes RT-CCM como una extensión de la especificación estándar Lightweight CCM de OMG, que añade los mecanismos necesarios para desarrollar aplicaciones con comportamiento temporal predecible.- Se propone la tecnología de componentes Ada-CCM como implementación concreta de RT-CCM basada en el lenguaje de programación Ada 2005.Todos estos elementos se integran en un proceso completo de diseño de tiempo real de aplicaciones basadas en componentes. / The objective of this work is to define a methodology for the development of real-time component-based applications, focused on applications whose timing requirements are specified according to a reactive model of the timing behaviour. The methodology is built through a set of extensions that incorporate to the standard specifications, reference models and processes typical from the conventional components engineering, i.e. components without timing requirements, the data structures and the processes required for the specification, design and analysis of the aspects related to timing behaviour. The methodology relies on four main contributions:- The Mod-MAST modular modelling methodology, which allows building the real-time model of a component-based application by composing the models of the components that form it.- The RT-D&C extension of the Deployment and Configuration of Component-based Distributed Applications Specification of the OMG, which allows including metadata related to timing behaviour in the descriptors of components, execution platforms and applications.- The RT-CCM components technology, which is an extension of the standard Lightweight CCM Specification of the OMG that incorporates mechanisms to develop applications with predictable timing behaviour.- The Ada-CCM components technology has been developed. It is an implementation of the RT-CCM technology based on the Ada 2005 programming language.All these elements have been integrated in a complete real-time design process for component-based applications.