With both tougher competition and legislations, companies always strive to improve their products while cutting unnecessary costs. This master’s thesis investigates if the after-treatment systems department at the heavy-duty vehicle company Scania CV AB in Södertälje, Sweden can improve their development process by implementing automated FEM pre-processes for welded sheet metal components. The research is based upon theory from various fields within product development, knowledge-based engineering, FEM and design optimization, contributing to an understating of what effects this project could have on the development process as a whole. Large parts of the pre-processes used at the department today were identified as repetitive and suitable for automation. Using a simplified CAD model of an after-treatment system as a case study, a methodology for more efficient FEM pre-processes was developed. The methodology includes changes to the workflow between the design engineer and the CAE engineer as well as a software that automatically meshes welded sheet metal products. First of all, the design engineer inserts lines representing the weld positions in the CAD model and exports the model to the CAE engineer. Hereafter, the CAE engineer simply selects necessary settings for the mesh and launches the developed software that automatically meshes the sheet metal components as well as identifies and meshes the welds. The technique used to mesh the welds in HyperMesh fails for certain weld characteristics, resulting in a robustness of 54 % of the total weld length for the worst case in the case study. These characteristics are welds crossing other welds, welds adjacent to a sharp corner and welds containing a sharp corner. By excluding these problem areas when defining the lines in CATIA, the robustness increases substantially to between 72 % and 88 % of the total weld length in the case study, where the exclusion zones represent 3 % of the total weld length. Based on the case study, the developed methodology could potentially shorten the iterative development process between the design and CAE engineer with a total of 25 %, while the CAE engineer’s tasks in the development process can be cut with up to 60 %. This allows for more time being focused on value-adding tasks, resulting in higher quality products and an increased profit for the company.

O trabalho de pesquisa apresentado nesta tese tem por objetivo apoiar o projeto distribuído de sistemas integrados, considerando especificamente a necessidade de interação colaborativa entre os projetistas. O trabalho enfatiza particularmente alguns problemas que foram considerados apenas marginalmente em abordagens anteriores, como a abstração da distribuição em rede dos recursos de automação de projeto, a possibilidade de interação síncrona e assíncrona entre projetistas e o suporte a modelos extensíveis de dados de projeto. Tais problemas requerem uma infra-estrutura de software significativamente complexa, pois possíveis soluções envolvem diversos módulos, desde interfaces com o usuário até bancos de dados e middleware. Para construir tal infra-estrutura, várias técnicas de engenharia foram empregadas e algumas soluções originais foram desenvolvidas. A idéia central da solução proposta é baseada no emprego conjunto de duas tecnologias homônimas: CAD Frameworks (ambientes integrados de apoio ao projeto) e frameworks orientados a objeto. O primeiro conceito foi criado no final da década de 80 na área de automação de projeto de sistemas eletrônicos e define uma arquitetura de software em níveis, voltada ao apoio a desenvolvedores de ferramentas de projeto, administradores de ambientes de projeto e projetistas. O segundo, desenvolvido na última década na área de engenharia de software, é um modelo para arquiteturas de software visando o desenvolvimento de sub-sistemas reusáveis de software orientado a objeto. No presente trabalho, propõe-se a criação de um framework orientado a objetos que inclui conjuntos extensíveis de primitivas de dados de projeto bem como de blocos para a construção de ferramentas de CAD. Esse framework orientado a objeto é agregado a um CAD Framework, onde ele passa a desempenhar funções tipicamente encontradas em tal ambiente, tais como representação e administração de dados de projeto, versionamento, interface com usuário, administração de projeto e integração de ferramentas. O CAD Framework implementado dentro do escopo desta tese foi chamado Cave2 e seguiu a clássica arquitetura em níveis apresentada por Barnes, Harrison, Newton e Spickelmier. Durante o projeto e a implementação do Cave2, uma série de avanços em relação as abordagens anteriores foi obtida com a exploração das vantagens advindas do uso de um framework orientado a objetos: - frameworks orientados a objetos são extensíveis por definição, então o mesmo pode ser dito a respeito das implementações dos conjuntos de primitivas de dados de projeto bem como de blocos para a construção de ferramentas de CAD. Isso implica que tanto o modelo de representação de projeto quanto os módulos de software processando tal modelo podem ser atualizados ou adaptados para uma metodologia de projeto específica, e que essas atualizações e adaptações ainda herdarão os aspectos arquiteturais e funcionais implementados nos elementos básicos do framework orientado a objetos; partes do framework orientado a objetos, mas em modelos claramente separados. Isso possibilita o uso de várias estratégias para a visualização de um conjunto de dados de 15 projeto, o que dá aos participantes de uma sessão de projeto colaborativo a flexibilidade de escolha individual de estratégia de visualização; - o controle de consistência entre semântica e visualização - uma questão particularmente importante em um ambiente de projeto onde coexistem múltiplas visualizações de cada projeto - também está incluído nas fundações do framework orientado a objetos implementado. Esse mecanismo é genérico o bastante para ser usado também pelas possíveis extensões do modelo de dados de projeto, uma vez que ele é baseado na inversão de controle entre a visualização e a semântica. A visualização recebe a intenção do usuário e propaga esse evento ao modelo da semântica, o qual avalia a possibilidade de uma mudança de estado. Se positivo, ele dispara a mudança de estado em ambos os modelos de visualização e semântica. A abordagem proposta nesta tese usa tal inversão de controle para incluir um nível adicional de processamento entre a semântica e a visualização, visando o controle de consistência nos casos de múltiplas visualizações; indisponibilidade de conexão entre elas; - o uso de objetos de proxy aumentou significativamente o nível de abstração da integração de recursos de automação de projeto, pois tanto ferramentas e serviços remotos quanto os instalados localmente são acessados através de chamadas de métodos em um objeto local. A conexão aos serviços e ferramentas remotos é obtida através de um protocolo de look-up, abstraíndo completamente a localização de tais recursos na rede e permitindo a adição e remoção em tempo de execução; - o CAD Framework foi implementato completamente usando a tecnologia Java, usando dessa forma a Java Virtual Machine como intermediário entre o sistema operacional e o CAD Framework, garantindo dessa forma a independência de plataforma. Todas as contribuições listadas anteriormente contribuiram com o aumento do nível de abstração da distribuição de recursos de automação de projeto e também apresentaram um novo paradigma para a interação remota entre projetistas. O CAD Framework no qual tais contribuições foram aplicadas é capaz de suportar colaboração de granularidade fina baseada em eventos, onde cada atualização feita por um projetista pode ser propagada para o restante da equipe, mesmo que estejam todos geograficamente distribuídos. Isto pode aumentar a sinergia de grupo entre os projetistas e permitir uma troca mais rica de experiências entre eles, aumentando significativamente o potencial de colaboração quando comparado com abordages baseadas em acesso a arquivos e registros propostas anteriormente. Três estudos de caso diferentes foram realizados para validar a abordagem proposta, cada um deles envolvendo um sub-conjunto das contribuições da presente tese. O primeiro utiliza a arquitetura de distribuição de recursos baseada em proxies para implementar uma plataforma de prototipação usando módulos de hardware reconfigurável. O segundo estende as fundações do framework orientado a objetos visando suportar projeto baseado em interfaces. Essas extensões - primitivas de representação de projeto e partes de ferramentas - são usadas na implementação de uma ferramenta chamada IBlaDe, que permite a criação colaborativa de modelos funcionais e estruturais de sistemas integrados. O terceiro estudo de caso aborda a possibilidade de integração de metadados multimídia ao modelo de dados de projeto. Essa possibilidade é explorada no contexto de uma plataforma online de educação e treinamento. / The work described in this thesis aims to support the distributed design of integrated systems and considers specifically the need for collaborative interaction among designers. Particular emphasis was given to issues which were only marginally considered in previous approaches, such as the abstraction of the distribution of design automation resources over the network, the possibility of both synchronous and asynchronous interaction among designers and the support for extensible design data models. Such issues demand a rather complex software infrastructure, as possible solutions must encompass a wide range of software modules: from user interfaces to middleware to databases. To build such structure, several engineering techniques were employed and some original solutions were devised. The core of the proposed solution is based in the joint application of two homonymic technologies: CAD Frameworks and object-oriented frameworks. The former concept was coined in the late 80's within the electronic design automation community and comprehends a layered software environment which aims to support CAD tool developers, CAD administrators/integrators and designers. The latter, developed during the last decade by the software engineering community, is a software architecture model to build extensible and reusable object-oriented software subsystems. In this work, we proposed to create an object-oriented framework which includes extensible sets of design data primitives and design tool building blocks. Such object-oriented framework is included within a CAD Framework, where it plays important roles on typical CAD Framework services such as design data representation and management, versioning, user interfaces, design management and tool integration. The implemented CAD Framework - named Cave2 - followed the classical layered architecture presented by Barnes, Harrison, Newton and Spickelmier, but the possibilities granted by the use of the object-oriented framework foundations allowed a series of improvements which were not available in previous approaches: - object-oriented frameworks are extensible by design, thus this should be also true regarding the implemented sets of design data primitives and design tool building blocks. This means that both the design representation model and the software modules dealing with it can be upgraded or adapted to a particular design methodology, and that such extensions and adaptations will still inherit the architectural and functional aspects implemented in the object-oriented framework foundation; - the design semantics and the design visualization are both part of the object-oriented framework, but in clearly separated models. This allows for different visualization strategies for a given design data set, which gives collaborating parties the flexibility to choose individual visualization settings; - the control of the consistency between semantics and visualization - a particularly important issue in a design environment with multiple views of a single design - is also included in the foundations of the object-oriented framework. Such mechanism is generic enough to be also used by further extensions of the design data model, as it is based on the inversion of control between view and semantics. The view receives the user input and propagates such event to the semantic model, which evaluates if a state change is possible. If positive, it triggers the change of state of both semantics and view. Our approach took advantage of such inversion of control and included an layer between semantics and view to take into account the possibility of multi-view consistency; - to optimize the consistency control mechanism between views and semantics, we propose an event-based approach that captures each discrete interaction of a designer with his/her respective design views. The information about each interaction is encapsulated inside an event object, which may be propagated to the design semantics - and thus to other possible views - according to the consistency policy which is being used. Furthermore, the use of event pools allows for a late synchronization between view and semantics in case of unavailability of a network connection between them; - the use of proxy objects raised significantly the abstraction of the integration of design automation resources, as either remote or local tools and services are accessed through method calls in a local object. The connection to remote tools and services using a look-up protocol also abstracted completely the network location of such resources, allowing for resource addition and removal during runtime; - the implemented CAD Framework is completely based on Java technology, so it relies on the Java Virtual Machine as the layer which grants the independence between the CAD Framework and the operating system. All such improvements contributed to a higher abstraction on the distribution of design automation resources and also introduced a new paradigm for the remote interaction between designers. The resulting CAD Framework is able to support fine-grained collaboration based on events, so every single design update performed by a designer can be propagated to the rest of the design team regardless of their location in the distributed environment. This can increase the group awareness and allow a richer transfer of experiences among them, improving significantly the collaboration potential when compared to previously proposed file-based or record-based approaches. Three different case studies were conducted to validate the proposed approach, each one focusing one a subset of the contributions of this thesis. The first one uses the proxy-based resource distribution architecture to implement a prototyping platform using reconfigurable hardware modules. The second one extends the foundations of the implemented object-oriented framework to support interface-based design. Such extensions - design representation primitives and tool blocks - are used to implement a design entry tool named IBlaDe, which allows the collaborative creation of functional and structural models of integrated systems. The third case study regards the possibility of integration of multimedia metadata to the design data model. Such possibility is explored in the frame of an online educational and training platform.

O emprego de ferramentas de automação de projetos de circuitos integrados permitiu que projetos complexos atingissem time-to-market e custos de produção factíveis. Neste contexto, o processo de síntese lógica é uma etapa fundamental no fluxo de projeto. O passo independente de tecnologia (parte do processo de síntese lógica, que é realizada sem considerar características físicas) é tradicionalmente realizado sobre equações. O desenvolvimento de novos algoritmos de otimização multi-nível recentemente migrou para o emprego de And-Inverter Graphs (AIGs). O número de nodos e a altura de um grafo apresentam melhor correlação com os resultados em área e atraso de um circuito, se comparados com as características de outras formas de representação. Neste trabalho, um algoritmo de síntese lógica independente de tecnologia, que funciona sobre uma estrutura de AIGs, é proposto. Uma nova abordagem para a construção de AIGs, baseada no novo paradigma de síntese chamado de composição funcional, é apresentado. Esta abordagem consiste em construir o AIG final através da associação de AIGs mais simples, em uma abordagem bottom-up. Durante a construção do grafo, o método controla as características dos grafos intermediários e finais, a partir da aplicação de uma função de custo, como forma de avaliação da qualidade desses AIGs. O objetivo é a minimização do número de nodos e da altura do AIG final. Este algoritmo de síntese lógica multi-objetivo apresenta características interessantes e vantagens quando comparado com abordagens tradicionais. Além disso, este trabalho apresenta a síntese de funções com múltiplas saídas em AIGs, o que melhora a característica de compartilhamento de estruturas, melhorando o circuito resultante. Resultados mostraram a melhora em torno de 5% em número de nodos, quando comparados com os resultados obtidos com a ferramenta ABC. / The use of design automation tools has allowed complex projects to reach feasible time-to-market and cost parameters. In this context, logic synthesis is a critical procedure in the design flow. The technology independent step (part of the logic synthesis which is performed regardless any physical property) is traditionally performed over equations. The development of new multi-level optimization algorithms has recently shifted towards the use of And-Inverter-Graphs (AIGs). The number of nodes and the graphs depth in AIGs present better correlation with resulting circuit area and delay than any characteristic of other representations. In this work, a technology independent synthesis algorithm that works on top of an AIG data structure is proposed. A novel approach for AIG construction, based on a new synthesis paradigm called functional composition, is introduced. This approach consists in building the final AIG by associating simpler AIGs, in a bottom-up approach. The method controls, during the graphs construction, the characteristics of final and intermediate graphs by applying a cost function as a way to evaluate the quality of those AIGs. The goal is to minimize the number of nodes and the depth of the final AIG. This multi-objective synthesis algorithm has presented interesting features and advantages when compared to traditional approaches. Moreover, this work presents a method for AIGs construction for multiple output functions, which enhances structural sharing, improving the resulting circuit. Results have shown an improvement of around 5% in number of nodes when compared to ABC tool.

O emprego de ferramentas de automação de projetos de circuitos integrados permitiu que projetos complexos atingissem time-to-market e custos de produção factíveis. Neste contexto, o processo de síntese lógica é uma etapa fundamental no fluxo de projeto. O passo independente de tecnologia (parte do processo de síntese lógica, que é realizada sem considerar características físicas) é tradicionalmente realizado sobre equações. O desenvolvimento de novos algoritmos de otimização multi-nível recentemente migrou para o emprego de And-Inverter Graphs (AIGs). O número de nodos e a altura de um grafo apresentam melhor correlação com os resultados em área e atraso de um circuito, se comparados com as características de outras formas de representação. Neste trabalho, um algoritmo de síntese lógica independente de tecnologia, que funciona sobre uma estrutura de AIGs, é proposto. Uma nova abordagem para a construção de AIGs, baseada no novo paradigma de síntese chamado de composição funcional, é apresentado. Esta abordagem consiste em construir o AIG final através da associação de AIGs mais simples, em uma abordagem bottom-up. Durante a construção do grafo, o método controla as características dos grafos intermediários e finais, a partir da aplicação de uma função de custo, como forma de avaliação da qualidade desses AIGs. O objetivo é a minimização do número de nodos e da altura do AIG final. Este algoritmo de síntese lógica multi-objetivo apresenta características interessantes e vantagens quando comparado com abordagens tradicionais. Além disso, este trabalho apresenta a síntese de funções com múltiplas saídas em AIGs, o que melhora a característica de compartilhamento de estruturas, melhorando o circuito resultante. Resultados mostraram a melhora em torno de 5% em número de nodos, quando comparados com os resultados obtidos com a ferramenta ABC. / The use of design automation tools has allowed complex projects to reach feasible time-to-market and cost parameters. In this context, logic synthesis is a critical procedure in the design flow. The technology independent step (part of the logic synthesis which is performed regardless any physical property) is traditionally performed over equations. The development of new multi-level optimization algorithms has recently shifted towards the use of And-Inverter-Graphs (AIGs). The number of nodes and the graphs depth in AIGs present better correlation with resulting circuit area and delay than any characteristic of other representations. In this work, a technology independent synthesis algorithm that works on top of an AIG data structure is proposed. A novel approach for AIG construction, based on a new synthesis paradigm called functional composition, is introduced. This approach consists in building the final AIG by associating simpler AIGs, in a bottom-up approach. The method controls, during the graphs construction, the characteristics of final and intermediate graphs by applying a cost function as a way to evaluate the quality of those AIGs. The goal is to minimize the number of nodes and the depth of the final AIG. This multi-objective synthesis algorithm has presented interesting features and advantages when compared to traditional approaches. Moreover, this work presents a method for AIGs construction for multiple output functions, which enhances structural sharing, improving the resulting circuit. Results have shown an improvement of around 5% in number of nodes when compared to ABC tool.

O trabalho de pesquisa apresentado nesta tese tem por objetivo apoiar o projeto distribuído de sistemas integrados, considerando especificamente a necessidade de interação colaborativa entre os projetistas. O trabalho enfatiza particularmente alguns problemas que foram considerados apenas marginalmente em abordagens anteriores, como a abstração da distribuição em rede dos recursos de automação de projeto, a possibilidade de interação síncrona e assíncrona entre projetistas e o suporte a modelos extensíveis de dados de projeto. Tais problemas requerem uma infra-estrutura de software significativamente complexa, pois possíveis soluções envolvem diversos módulos, desde interfaces com o usuário até bancos de dados e middleware. Para construir tal infra-estrutura, várias técnicas de engenharia foram empregadas e algumas soluções originais foram desenvolvidas. A idéia central da solução proposta é baseada no emprego conjunto de duas tecnologias homônimas: CAD Frameworks (ambientes integrados de apoio ao projeto) e frameworks orientados a objeto. O primeiro conceito foi criado no final da década de 80 na área de automação de projeto de sistemas eletrônicos e define uma arquitetura de software em níveis, voltada ao apoio a desenvolvedores de ferramentas de projeto, administradores de ambientes de projeto e projetistas. O segundo, desenvolvido na última década na área de engenharia de software, é um modelo para arquiteturas de software visando o desenvolvimento de sub-sistemas reusáveis de software orientado a objeto. No presente trabalho, propõe-se a criação de um framework orientado a objetos que inclui conjuntos extensíveis de primitivas de dados de projeto bem como de blocos para a construção de ferramentas de CAD. Esse framework orientado a objeto é agregado a um CAD Framework, onde ele passa a desempenhar funções tipicamente encontradas em tal ambiente, tais como representação e administração de dados de projeto, versionamento, interface com usuário, administração de projeto e integração de ferramentas. O CAD Framework implementado dentro do escopo desta tese foi chamado Cave2 e seguiu a clássica arquitetura em níveis apresentada por Barnes, Harrison, Newton e Spickelmier. Durante o projeto e a implementação do Cave2, uma série de avanços em relação as abordagens anteriores foi obtida com a exploração das vantagens advindas do uso de um framework orientado a objetos: - frameworks orientados a objetos são extensíveis por definição, então o mesmo pode ser dito a respeito das implementações dos conjuntos de primitivas de dados de projeto bem como de blocos para a construção de ferramentas de CAD. Isso implica que tanto o modelo de representação de projeto quanto os módulos de software processando tal modelo podem ser atualizados ou adaptados para uma metodologia de projeto específica, e que essas atualizações e adaptações ainda herdarão os aspectos arquiteturais e funcionais implementados nos elementos básicos do framework orientado a objetos; partes do framework orientado a objetos, mas em modelos claramente separados. Isso possibilita o uso de várias estratégias para a visualização de um conjunto de dados de 15 projeto, o que dá aos participantes de uma sessão de projeto colaborativo a flexibilidade de escolha individual de estratégia de visualização; - o controle de consistência entre semântica e visualização - uma questão particularmente importante em um ambiente de projeto onde coexistem múltiplas visualizações de cada projeto - também está incluído nas fundações do framework orientado a objetos implementado. Esse mecanismo é genérico o bastante para ser usado também pelas possíveis extensões do modelo de dados de projeto, uma vez que ele é baseado na inversão de controle entre a visualização e a semântica. A visualização recebe a intenção do usuário e propaga esse evento ao modelo da semântica, o qual avalia a possibilidade de uma mudança de estado. Se positivo, ele dispara a mudança de estado em ambos os modelos de visualização e semântica. A abordagem proposta nesta tese usa tal inversão de controle para incluir um nível adicional de processamento entre a semântica e a visualização, visando o controle de consistência nos casos de múltiplas visualizações; indisponibilidade de conexão entre elas; - o uso de objetos de proxy aumentou significativamente o nível de abstração da integração de recursos de automação de projeto, pois tanto ferramentas e serviços remotos quanto os instalados localmente são acessados através de chamadas de métodos em um objeto local. A conexão aos serviços e ferramentas remotos é obtida através de um protocolo de look-up, abstraíndo completamente a localização de tais recursos na rede e permitindo a adição e remoção em tempo de execução; - o CAD Framework foi implementato completamente usando a tecnologia Java, usando dessa forma a Java Virtual Machine como intermediário entre o sistema operacional e o CAD Framework, garantindo dessa forma a independência de plataforma. Todas as contribuições listadas anteriormente contribuiram com o aumento do nível de abstração da distribuição de recursos de automação de projeto e também apresentaram um novo paradigma para a interação remota entre projetistas. O CAD Framework no qual tais contribuições foram aplicadas é capaz de suportar colaboração de granularidade fina baseada em eventos, onde cada atualização feita por um projetista pode ser propagada para o restante da equipe, mesmo que estejam todos geograficamente distribuídos. Isto pode aumentar a sinergia de grupo entre os projetistas e permitir uma troca mais rica de experiências entre eles, aumentando significativamente o potencial de colaboração quando comparado com abordages baseadas em acesso a arquivos e registros propostas anteriormente. Três estudos de caso diferentes foram realizados para validar a abordagem proposta, cada um deles envolvendo um sub-conjunto das contribuições da presente tese. O primeiro utiliza a arquitetura de distribuição de recursos baseada em proxies para implementar uma plataforma de prototipação usando módulos de hardware reconfigurável. O segundo estende as fundações do framework orientado a objetos visando suportar projeto baseado em interfaces. Essas extensões - primitivas de representação de projeto e partes de ferramentas - são usadas na implementação de uma ferramenta chamada IBlaDe, que permite a criação colaborativa de modelos funcionais e estruturais de sistemas integrados. O terceiro estudo de caso aborda a possibilidade de integração de metadados multimídia ao modelo de dados de projeto. Essa possibilidade é explorada no contexto de uma plataforma online de educação e treinamento. / The work described in this thesis aims to support the distributed design of integrated systems and considers specifically the need for collaborative interaction among designers. Particular emphasis was given to issues which were only marginally considered in previous approaches, such as the abstraction of the distribution of design automation resources over the network, the possibility of both synchronous and asynchronous interaction among designers and the support for extensible design data models. Such issues demand a rather complex software infrastructure, as possible solutions must encompass a wide range of software modules: from user interfaces to middleware to databases. To build such structure, several engineering techniques were employed and some original solutions were devised. The core of the proposed solution is based in the joint application of two homonymic technologies: CAD Frameworks and object-oriented frameworks. The former concept was coined in the late 80's within the electronic design automation community and comprehends a layered software environment which aims to support CAD tool developers, CAD administrators/integrators and designers. The latter, developed during the last decade by the software engineering community, is a software architecture model to build extensible and reusable object-oriented software subsystems. In this work, we proposed to create an object-oriented framework which includes extensible sets of design data primitives and design tool building blocks. Such object-oriented framework is included within a CAD Framework, where it plays important roles on typical CAD Framework services such as design data representation and management, versioning, user interfaces, design management and tool integration. The implemented CAD Framework - named Cave2 - followed the classical layered architecture presented by Barnes, Harrison, Newton and Spickelmier, but the possibilities granted by the use of the object-oriented framework foundations allowed a series of improvements which were not available in previous approaches: - object-oriented frameworks are extensible by design, thus this should be also true regarding the implemented sets of design data primitives and design tool building blocks. This means that both the design representation model and the software modules dealing with it can be upgraded or adapted to a particular design methodology, and that such extensions and adaptations will still inherit the architectural and functional aspects implemented in the object-oriented framework foundation; - the design semantics and the design visualization are both part of the object-oriented framework, but in clearly separated models. This allows for different visualization strategies for a given design data set, which gives collaborating parties the flexibility to choose individual visualization settings; - the control of the consistency between semantics and visualization - a particularly important issue in a design environment with multiple views of a single design - is also included in the foundations of the object-oriented framework. Such mechanism is generic enough to be also used by further extensions of the design data model, as it is based on the inversion of control between view and semantics. The view receives the user input and propagates such event to the semantic model, which evaluates if a state change is possible. If positive, it triggers the change of state of both semantics and view. Our approach took advantage of such inversion of control and included an layer between semantics and view to take into account the possibility of multi-view consistency; - to optimize the consistency control mechanism between views and semantics, we propose an event-based approach that captures each discrete interaction of a designer with his/her respective design views. The information about each interaction is encapsulated inside an event object, which may be propagated to the design semantics - and thus to other possible views - according to the consistency policy which is being used. Furthermore, the use of event pools allows for a late synchronization between view and semantics in case of unavailability of a network connection between them; - the use of proxy objects raised significantly the abstraction of the integration of design automation resources, as either remote or local tools and services are accessed through method calls in a local object. The connection to remote tools and services using a look-up protocol also abstracted completely the network location of such resources, allowing for resource addition and removal during runtime; - the implemented CAD Framework is completely based on Java technology, so it relies on the Java Virtual Machine as the layer which grants the independence between the CAD Framework and the operating system. All such improvements contributed to a higher abstraction on the distribution of design automation resources and also introduced a new paradigm for the remote interaction between designers. The resulting CAD Framework is able to support fine-grained collaboration based on events, so every single design update performed by a designer can be propagated to the rest of the design team regardless of their location in the distributed environment. This can increase the group awareness and allow a richer transfer of experiences among them, improving significantly the collaboration potential when compared to previously proposed file-based or record-based approaches. Three different case studies were conducted to validate the proposed approach, each one focusing one a subset of the contributions of this thesis. The first one uses the proxy-based resource distribution architecture to implement a prototyping platform using reconfigurable hardware modules. The second one extends the foundations of the implemented object-oriented framework to support interface-based design. Such extensions - design representation primitives and tool blocks - are used to implement a design entry tool named IBlaDe, which allows the collaborative creation of functional and structural models of integrated systems. The third case study regards the possibility of integration of multimedia metadata to the design data model. Such possibility is explored in the frame of an online educational and training platform.

O emprego de ferramentas de automação de projetos de circuitos integrados permitiu que projetos complexos atingissem time-to-market e custos de produção factíveis. Neste contexto, o processo de síntese lógica é uma etapa fundamental no fluxo de projeto. O passo independente de tecnologia (parte do processo de síntese lógica, que é realizada sem considerar características físicas) é tradicionalmente realizado sobre equações. O desenvolvimento de novos algoritmos de otimização multi-nível recentemente migrou para o emprego de And-Inverter Graphs (AIGs). O número de nodos e a altura de um grafo apresentam melhor correlação com os resultados em área e atraso de um circuito, se comparados com as características de outras formas de representação. Neste trabalho, um algoritmo de síntese lógica independente de tecnologia, que funciona sobre uma estrutura de AIGs, é proposto. Uma nova abordagem para a construção de AIGs, baseada no novo paradigma de síntese chamado de composição funcional, é apresentado. Esta abordagem consiste em construir o AIG final através da associação de AIGs mais simples, em uma abordagem bottom-up. Durante a construção do grafo, o método controla as características dos grafos intermediários e finais, a partir da aplicação de uma função de custo, como forma de avaliação da qualidade desses AIGs. O objetivo é a minimização do número de nodos e da altura do AIG final. Este algoritmo de síntese lógica multi-objetivo apresenta características interessantes e vantagens quando comparado com abordagens tradicionais. Além disso, este trabalho apresenta a síntese de funções com múltiplas saídas em AIGs, o que melhora a característica de compartilhamento de estruturas, melhorando o circuito resultante. Resultados mostraram a melhora em torno de 5% em número de nodos, quando comparados com os resultados obtidos com a ferramenta ABC. / The use of design automation tools has allowed complex projects to reach feasible time-to-market and cost parameters. In this context, logic synthesis is a critical procedure in the design flow. The technology independent step (part of the logic synthesis which is performed regardless any physical property) is traditionally performed over equations. The development of new multi-level optimization algorithms has recently shifted towards the use of And-Inverter-Graphs (AIGs). The number of nodes and the graphs depth in AIGs present better correlation with resulting circuit area and delay than any characteristic of other representations. In this work, a technology independent synthesis algorithm that works on top of an AIG data structure is proposed. A novel approach for AIG construction, based on a new synthesis paradigm called functional composition, is introduced. This approach consists in building the final AIG by associating simpler AIGs, in a bottom-up approach. The method controls, during the graphs construction, the characteristics of final and intermediate graphs by applying a cost function as a way to evaluate the quality of those AIGs. The goal is to minimize the number of nodes and the depth of the final AIG. This multi-objective synthesis algorithm has presented interesting features and advantages when compared to traditional approaches. Moreover, this work presents a method for AIGs construction for multiple output functions, which enhances structural sharing, improving the resulting circuit. Results have shown an improvement of around 5% in number of nodes when compared to ABC tool.

O trabalho de pesquisa apresentado nesta tese tem por objetivo apoiar o projeto distribuído de sistemas integrados, considerando especificamente a necessidade de interação colaborativa entre os projetistas. O trabalho enfatiza particularmente alguns problemas que foram considerados apenas marginalmente em abordagens anteriores, como a abstração da distribuição em rede dos recursos de automação de projeto, a possibilidade de interação síncrona e assíncrona entre projetistas e o suporte a modelos extensíveis de dados de projeto. Tais problemas requerem uma infra-estrutura de software significativamente complexa, pois possíveis soluções envolvem diversos módulos, desde interfaces com o usuário até bancos de dados e middleware. Para construir tal infra-estrutura, várias técnicas de engenharia foram empregadas e algumas soluções originais foram desenvolvidas. A idéia central da solução proposta é baseada no emprego conjunto de duas tecnologias homônimas: CAD Frameworks (ambientes integrados de apoio ao projeto) e frameworks orientados a objeto. O primeiro conceito foi criado no final da década de 80 na área de automação de projeto de sistemas eletrônicos e define uma arquitetura de software em níveis, voltada ao apoio a desenvolvedores de ferramentas de projeto, administradores de ambientes de projeto e projetistas. O segundo, desenvolvido na última década na área de engenharia de software, é um modelo para arquiteturas de software visando o desenvolvimento de sub-sistemas reusáveis de software orientado a objeto. No presente trabalho, propõe-se a criação de um framework orientado a objetos que inclui conjuntos extensíveis de primitivas de dados de projeto bem como de blocos para a construção de ferramentas de CAD. Esse framework orientado a objeto é agregado a um CAD Framework, onde ele passa a desempenhar funções tipicamente encontradas em tal ambiente, tais como representação e administração de dados de projeto, versionamento, interface com usuário, administração de projeto e integração de ferramentas. O CAD Framework implementado dentro do escopo desta tese foi chamado Cave2 e seguiu a clássica arquitetura em níveis apresentada por Barnes, Harrison, Newton e Spickelmier. Durante o projeto e a implementação do Cave2, uma série de avanços em relação as abordagens anteriores foi obtida com a exploração das vantagens advindas do uso de um framework orientado a objetos: - frameworks orientados a objetos são extensíveis por definição, então o mesmo pode ser dito a respeito das implementações dos conjuntos de primitivas de dados de projeto bem como de blocos para a construção de ferramentas de CAD. Isso implica que tanto o modelo de representação de projeto quanto os módulos de software processando tal modelo podem ser atualizados ou adaptados para uma metodologia de projeto específica, e que essas atualizações e adaptações ainda herdarão os aspectos arquiteturais e funcionais implementados nos elementos básicos do framework orientado a objetos; partes do framework orientado a objetos, mas em modelos claramente separados. Isso possibilita o uso de várias estratégias para a visualização de um conjunto de dados de 15 projeto, o que dá aos participantes de uma sessão de projeto colaborativo a flexibilidade de escolha individual de estratégia de visualização; - o controle de consistência entre semântica e visualização - uma questão particularmente importante em um ambiente de projeto onde coexistem múltiplas visualizações de cada projeto - também está incluído nas fundações do framework orientado a objetos implementado. Esse mecanismo é genérico o bastante para ser usado também pelas possíveis extensões do modelo de dados de projeto, uma vez que ele é baseado na inversão de controle entre a visualização e a semântica. A visualização recebe a intenção do usuário e propaga esse evento ao modelo da semântica, o qual avalia a possibilidade de uma mudança de estado. Se positivo, ele dispara a mudança de estado em ambos os modelos de visualização e semântica. A abordagem proposta nesta tese usa tal inversão de controle para incluir um nível adicional de processamento entre a semântica e a visualização, visando o controle de consistência nos casos de múltiplas visualizações; indisponibilidade de conexão entre elas; - o uso de objetos de proxy aumentou significativamente o nível de abstração da integração de recursos de automação de projeto, pois tanto ferramentas e serviços remotos quanto os instalados localmente são acessados através de chamadas de métodos em um objeto local. A conexão aos serviços e ferramentas remotos é obtida através de um protocolo de look-up, abstraíndo completamente a localização de tais recursos na rede e permitindo a adição e remoção em tempo de execução; - o CAD Framework foi implementato completamente usando a tecnologia Java, usando dessa forma a Java Virtual Machine como intermediário entre o sistema operacional e o CAD Framework, garantindo dessa forma a independência de plataforma. Todas as contribuições listadas anteriormente contribuiram com o aumento do nível de abstração da distribuição de recursos de automação de projeto e também apresentaram um novo paradigma para a interação remota entre projetistas. O CAD Framework no qual tais contribuições foram aplicadas é capaz de suportar colaboração de granularidade fina baseada em eventos, onde cada atualização feita por um projetista pode ser propagada para o restante da equipe, mesmo que estejam todos geograficamente distribuídos. Isto pode aumentar a sinergia de grupo entre os projetistas e permitir uma troca mais rica de experiências entre eles, aumentando significativamente o potencial de colaboração quando comparado com abordages baseadas em acesso a arquivos e registros propostas anteriormente. Três estudos de caso diferentes foram realizados para validar a abordagem proposta, cada um deles envolvendo um sub-conjunto das contribuições da presente tese. O primeiro utiliza a arquitetura de distribuição de recursos baseada em proxies para implementar uma plataforma de prototipação usando módulos de hardware reconfigurável. O segundo estende as fundações do framework orientado a objetos visando suportar projeto baseado em interfaces. Essas extensões - primitivas de representação de projeto e partes de ferramentas - são usadas na implementação de uma ferramenta chamada IBlaDe, que permite a criação colaborativa de modelos funcionais e estruturais de sistemas integrados. O terceiro estudo de caso aborda a possibilidade de integração de metadados multimídia ao modelo de dados de projeto. Essa possibilidade é explorada no contexto de uma plataforma online de educação e treinamento. / The work described in this thesis aims to support the distributed design of integrated systems and considers specifically the need for collaborative interaction among designers. Particular emphasis was given to issues which were only marginally considered in previous approaches, such as the abstraction of the distribution of design automation resources over the network, the possibility of both synchronous and asynchronous interaction among designers and the support for extensible design data models. Such issues demand a rather complex software infrastructure, as possible solutions must encompass a wide range of software modules: from user interfaces to middleware to databases. To build such structure, several engineering techniques were employed and some original solutions were devised. The core of the proposed solution is based in the joint application of two homonymic technologies: CAD Frameworks and object-oriented frameworks. The former concept was coined in the late 80's within the electronic design automation community and comprehends a layered software environment which aims to support CAD tool developers, CAD administrators/integrators and designers. The latter, developed during the last decade by the software engineering community, is a software architecture model to build extensible and reusable object-oriented software subsystems. In this work, we proposed to create an object-oriented framework which includes extensible sets of design data primitives and design tool building blocks. Such object-oriented framework is included within a CAD Framework, where it plays important roles on typical CAD Framework services such as design data representation and management, versioning, user interfaces, design management and tool integration. The implemented CAD Framework - named Cave2 - followed the classical layered architecture presented by Barnes, Harrison, Newton and Spickelmier, but the possibilities granted by the use of the object-oriented framework foundations allowed a series of improvements which were not available in previous approaches: - object-oriented frameworks are extensible by design, thus this should be also true regarding the implemented sets of design data primitives and design tool building blocks. This means that both the design representation model and the software modules dealing with it can be upgraded or adapted to a particular design methodology, and that such extensions and adaptations will still inherit the architectural and functional aspects implemented in the object-oriented framework foundation; - the design semantics and the design visualization are both part of the object-oriented framework, but in clearly separated models. This allows for different visualization strategies for a given design data set, which gives collaborating parties the flexibility to choose individual visualization settings; - the control of the consistency between semantics and visualization - a particularly important issue in a design environment with multiple views of a single design - is also included in the foundations of the object-oriented framework. Such mechanism is generic enough to be also used by further extensions of the design data model, as it is based on the inversion of control between view and semantics. The view receives the user input and propagates such event to the semantic model, which evaluates if a state change is possible. If positive, it triggers the change of state of both semantics and view. Our approach took advantage of such inversion of control and included an layer between semantics and view to take into account the possibility of multi-view consistency; - to optimize the consistency control mechanism between views and semantics, we propose an event-based approach that captures each discrete interaction of a designer with his/her respective design views. The information about each interaction is encapsulated inside an event object, which may be propagated to the design semantics - and thus to other possible views - according to the consistency policy which is being used. Furthermore, the use of event pools allows for a late synchronization between view and semantics in case of unavailability of a network connection between them; - the use of proxy objects raised significantly the abstraction of the integration of design automation resources, as either remote or local tools and services are accessed through method calls in a local object. The connection to remote tools and services using a look-up protocol also abstracted completely the network location of such resources, allowing for resource addition and removal during runtime; - the implemented CAD Framework is completely based on Java technology, so it relies on the Java Virtual Machine as the layer which grants the independence between the CAD Framework and the operating system. All such improvements contributed to a higher abstraction on the distribution of design automation resources and also introduced a new paradigm for the remote interaction between designers. The resulting CAD Framework is able to support fine-grained collaboration based on events, so every single design update performed by a designer can be propagated to the rest of the design team regardless of their location in the distributed environment. This can increase the group awareness and allow a richer transfer of experiences among them, improving significantly the collaboration potential when compared to previously proposed file-based or record-based approaches. Three different case studies were conducted to validate the proposed approach, each one focusing one a subset of the contributions of this thesis. The first one uses the proxy-based resource distribution architecture to implement a prototyping platform using reconfigurable hardware modules. The second one extends the foundations of the implemented object-oriented framework to support interface-based design. Such extensions - design representation primitives and tool blocks - are used to implement a design entry tool named IBlaDe, which allows the collaborative creation of functional and structural models of integrated systems. The third case study regards the possibility of integration of multimedia metadata to the design data model. Such possibility is explored in the frame of an online educational and training platform.

La principale contribution de cette thèse porte sur la proposition et le développement d'une approche d'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM), liée à une méthodologie basée sur des composants, pour faciliter la conception, design et implantation des Systèmes Dynamiquement Reconfigurables sur puce (FPGA). La méthodologie proposée repose sur l'utilisation du paradigme Metadata-based Composition Framework, et fortement basée sur des standards, tels qu'UML MARTE et, en particulier, l'IEEE IP-XACT, qui est exploitée comme représentation intermédiaire pour les IPs utilisés et pour la plateforme matérielle composée aux hautes-niveaux d'abstraction. Un procès d'emballage permet la réutilisation des bloques IP, qui ont été enveloppés par des interfaces PLB (IP statiques) et propriétaires (IP dynamiques). Subséquemment, la libraire est utilisée pour la composition d'un modèle de plateforme en UML, mais qui étant générative, permet la création d'une description cible de la composante matérielle de la plateforme, dans la forme d'un modèle spécifique à Xilinx Platform Studio, obtenu par des transformations des modèles. Les chaines de transformations pour la création de la libraire et de la plateforme, respectivement, ont été développées et implantées en utilisant Sodius MDWorkbench, un outil IDM conçu pour la création et manipulation des modèles et leur méta - modèles, ainsi que la définition et exécution des transformations des modèles associées / The main contribution of this thesis consists on the proposition and development a Model-driven Engineering (MDE) framework, in tandem with a component-based approach, for facilitating the design and implementation of Dynamic Partially Reconfigurable (DPR) Systems-on-Chip. The proposed methodology has been constructed around the Metadata-based Composition Framework paradigm, and based on common standards such as UML MARTE and the IEEE IP-XACT standard, an XML representation used for storing metadata about the IPs to be reused and of the platforms to be obtained at high-levels of abstraction. In fact, a componentizing process enables us to reuse the IP blocks, in UML MARTE, by wrapping them with PLB (static IPs) and proprietary (DPR blocks) interfaces. This is attained by reflecting the associated IP metadata to IP-XACT descriptions, and then to UML MARTE templates (IP reuse). Subsequently, these IP templates are used for composing a DPR model that can be exploited to create a Xilinx Platform Studio FPGA-design, through model transformations. The IP reflection and system generation chains were developed using Sodius MDWorkbench, an MDE tool conceived for the creation and manipulation of models and their meta-models, as well as the definition and execution of the associated transformation rules.

Design of systems in the low-end nanometer domain has introduced new dimensions in power consumption and dissipation in CMOS devices. With continued and aggressive scaling, using low thickness SiO2 for the transistor gates, gate leakage due to gate oxide direct tunneling current has emerged as the major component of leakage in the CMOS circuits. Therefore, providing a solution to the issue of gate oxide leakage has become one of the key concerns in achieving low power and high performance CMOS VLSI circuits. In this thesis, a new approach is proposed involving dual dielectric of dual thicknesses (DKDT) for the reducing both ON and OFF state gate leakage. It is claimed that the simultaneous utilization of SiON and SiO2 each with multiple thicknesses is a better approach for gate leakage reduction than the conventional usage of a single gate dielectric (SiO2), possibly with multiple thicknesses. An algorithm is developed for DKDT assignment that minimizes the overall leakage for a circuit without compromising with the performance. Extensive experiments were carried out on ISCAS'85 benchmarks using 45nm technology which showed that the proposed approach can reduce the leakage, as much as 98% (in an average 89.5%), without degrading the performance.

The intent of the thesis is to automate the generation of computer numerical control (CNC) codes from geometrical computer-aided design (CAD) models. The work is carried out using two machines, the MDX 40A milling machine, and the HAAS VM3 machine. The case study is to determine the potential in automating the code generation process. The empirical findings from the research studies reveal that the manual process for programming the codes for the models pose a challenge of consuming more time using the procedures in computer-aided manufacturing and manual operations performed by a programmer. One crucial factor to meet these requirements is the productivity of the machining process. Design automation for machining is the potent tool to increase productivity in this process. The main methods used in the study to fulfill the main objective of the thesis are addressed. The programming of the code is automated for these two machines and the outcome is compared with the manual approach. The need of automating the codes is to provide better accuracy and efficiency. Further, automation is beneficial as it increases the capability to accommodate the new changes in the design of the model. The conclusion drawn from the results of the study is that the automation for code programming results in increasing the speed of the machining process by reducing time consumption. Though the approach of automating codes is carried out for two machines, the potential of this approach is that the code generation process is not dependant on the post-processor of any specific machine / <p>The Master Thesis (Master of Science degree in Mechanical Engineering)</p>