Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor José Manuel Martins Ferreira

Orientadores: Rodolfo Jardim de Azevedo, Guido Costa Souza de Araujo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-03T21:58:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Castro_PauloEduardoFerreirade_M.pdf: 1132527 bytes, checksum: cfdb0daa4743be271190e616191a0f06 (MD5) Previous issue date: 2004 / Mestrado / Mestre em Matemática

ISIS es una placa madre industrial desarrollada en Chile por Continental Lensa S.A orientada al soporte de SoPCs (Systems on a Programmable Chip) sobre un dispositivo FPGA (Field Programmable Gate Array), integrado con una serie de periféricos on-board. La capacidad de soportar SoPCs basados en el procesador Nios II y el sistema operativo uClinux, en conjunto con diversos núcleos de hardware de propiedad intelectual o IP cores, abre un universo de aplicaciones que abarca desde el control de sistemas, procesamiento digital de señales, y sistemas de radio y televisión digital. ISIS incorpora un conector PMC (PCI Mezzanine Card), que corresponde a una especificación mecánica para sistemas PCI de montaje paralelo y tamaño pequeño, contrario al estándar PCI convencional donde las tarjetas se montan en forma perpendicular. Sin embargo, no es posible controlar dispositivos PCI con la plataforma ISIS sin un adecuado soporte de hardware y software que provea una interfaz de bus acorde a los requerimientos del estándar PCI. El presente trabajo otorga a la plataforma ISIS soporte para conectividad con dispositivos PCI 3.3V 32 bit @ 33 MHz. El trabajo aporta la implementación de un chipset PCI embebido en el dispositivo FPGA, el soporte de software para operación con el sistema operativo uClinux, y una aplicación para control y diagnóstico del hardware. Además, se aporta un nuevo hardware que brinda una solución a la incompatibilidad entre los complejos estándares mecánicos PCI Mezzanine Card y PCI convencional de PC. Uno de los aportes es la implementación del IP core de libre distribución PCI Bridge de Opencores con interfaz de bus Wishbone, en un SoPC con arquitectura de comunicación nativa Avalon System Interconnect Fabric, lo que requiere implementar lógica de adaptación entre dos estándares de interconexión SoC incompatibles. Además, los requerimientos del sistema exigen que el IP core PCI Bridge sea implementado en modo Host, estando disponible solamente con pruebas de operación en modo Guest, lo que implica el desafío de implementar funcionalidades que no cuentan con un proceso de validación. También se desarrolla una capa de software que comunica el hardware PCI con el kernel de Linux, y un programa que permite el control y diagnóstico de los dispositivos presentes en el bus. El presente trabajo se integra como parte fundamental del equipo de radiodifusión digital de tercera generación GSD-21 Exgine. El núcleo de hardware del equipo lo constituye la plataforma ISIS integrada con el dispositivo PCI DUC-II (Next Generation Digital Up Converter), por medio de los sistemas de hardware y software desarrollados. Se obtiene una tasa de transferencia promedio de 14,5 MByte/s para transferencias PCI usando DMA, y una tasa de error de bus igual a cero para 24 horas de operación sin interrupciones del equipo GSD-21.

Nas últimas décadas, o consumo de dispositivos eletrônicos e a alta demanda por armazenamento de dados tem mostrado grandes oportunidades para a criação de novas tecnologias que garantam as necessidades mundiais na área de computação e desenvolvimento. Alguns materiais multiferroicos tem sido amplamente estudados e o BiFeO3, considerado o único material multiferroico em temperatura ambiente, ganhou destaque como candidato para produção de dispositivos lógicos e de memória. O uso de técnicas de crescimento como a deposição por laser pulsado permitiu a produção de filmes finos de BiFeO3 com elevado controle de qualidade. Heteroestruturas de filmes multiferroicos de BiFeO3 e LaBiFeO3 foram crescidas com diferentes espessuras sobre substratos de SrTiO3(100), DyScO3(110) e SrTiO3/Si(100) para avaliação e teste de suas propriedades elétricas e magnéticas. Filmes ferromagnéticos de Co0,9Fe0,1 foram depositados por sputtering sobre os filmes multiferroicos para avaliação da interação interfacial entre ordenamentos magnéticos. Técnicas como fotolitografia foram utilizadas para padronização de microdispositivos gravados sobre as amostras. Tanto os filmes finos de BiFeO3 como os de LaBiFeO3 foram crescidos epitaxialmente sobre os substratos já cobertos com uma camada buffer de SrRuO3 usado como contato elétrico inferior. A estrutura cristalina romboédrica das ferritas de bismuto foi confirmada pelos dados de difração de raios X, bem como a manutenção de tensão estrutural causada pela rede cristalina do substrato para amostras de 20 nm. Os valores de coeficiente do tensor piezelétrico d33 foram da ordem de 0,15 V (∼ 60 kV.cm-2) para amostras com 20 nm de espessura enquanto que os valores de voltagem coerciva para as análises de histerese elétrica foram da ordem de 0,5 V para as mesmas amostras. A relação de coercividade elétrica com a espessura corresponde ao perfil encontrado na literatura pela relação E≈d-2/3. As amostras de CoFe/BFO e CoFe/LBFO depositadas em diferentes substratos apresentam acoplamento interfacial entre ordenamento ferromagnético e antiferromagnético com momento ferromagnético de rede. / For the last few decades, the consumption of electronic devices and the high demand for data storage have shown great opportunities to create modern technologies that assure the worldwide needs in computing and development. Some multiferroic materials have been extensively studied and BiFeO3, considered the only multiferroic material at room temperature, has received attention as a candidate to produce logic and memory devices. The use of growth techniques such as pulsed laser deposition allowed the production of thin films of BiFeO3 with high quality control. Multiferroic film heterostructures of BiFeO3 and LaBiFeO3 were grown with different thicknesses on SrTiO3 (100), DyScO3 (110) and SrTiO3/Si (100) substrates to evaluate and test their electrical and magnetic properties. The allow Co0.9Fe0.1 ferromagnetic films were deposited by sputtering on the multiferroic films to evaluate the interfacial interaction between magnetic ordering. Techniques such as photolithography were used to pattern microdevices on the samples. Both the BiFeO3 and LaBiFeO3 thin films were grown epitaxially on the substrates already covered with a SrRuO3 buffer layer used as the lower electrical contact. The rhombohedral crystalline structure of the bismuth ferrites was confirmed by the X-ray diffraction data as well as the strain maintenance caused by the crystal lattice of the substrate for 20 nm samples. The coefficient values of the piezoelectric tensor d33 were around 0.15 V (∼ 60 kV.cm-2) for 20 nm thick samples whereas the coercive voltage values for the electrical hysteresis analyzes were about 0.5 V for the same samples. The relation between electric coercivity and the thickness corresponds to the profile found in the literature by the relation E≈d-2/3. The samples of CoFe/BFO and CoFe/LBFO deposited in different substrates present interfacial coupling between ferromagnetic and antiferromagnetic arrangement with net ferromagnetic moment.

Nas últimas décadas, o consumo de dispositivos eletrônicos e a alta demanda por armazenamento de dados tem mostrado grandes oportunidades para a criação de novas tecnologias que garantam as necessidades mundiais na área de computação e desenvolvimento. Alguns materiais multiferroicos tem sido amplamente estudados e o BiFeO3, considerado o único material multiferroico em temperatura ambiente, ganhou destaque como candidato para produção de dispositivos lógicos e de memória. O uso de técnicas de crescimento como a deposição por laser pulsado permitiu a produção de filmes finos de BiFeO3 com elevado controle de qualidade. Heteroestruturas de filmes multiferroicos de BiFeO3 e LaBiFeO3 foram crescidas com diferentes espessuras sobre substratos de SrTiO3(100), DyScO3(110) e SrTiO3/Si(100) para avaliação e teste de suas propriedades elétricas e magnéticas. Filmes ferromagnéticos de Co0,9Fe0,1 foram depositados por sputtering sobre os filmes multiferroicos para avaliação da interação interfacial entre ordenamentos magnéticos. Técnicas como fotolitografia foram utilizadas para padronização de microdispositivos gravados sobre as amostras. Tanto os filmes finos de BiFeO3 como os de LaBiFeO3 foram crescidos epitaxialmente sobre os substratos já cobertos com uma camada buffer de SrRuO3 usado como contato elétrico inferior. A estrutura cristalina romboédrica das ferritas de bismuto foi confirmada pelos dados de difração de raios X, bem como a manutenção de tensão estrutural causada pela rede cristalina do substrato para amostras de 20 nm. Os valores de coeficiente do tensor piezelétrico d33 foram da ordem de 0,15 V (∼ 60 kV.cm-2) para amostras com 20 nm de espessura enquanto que os valores de voltagem coerciva para as análises de histerese elétrica foram da ordem de 0,5 V para as mesmas amostras. A relação de coercividade elétrica com a espessura corresponde ao perfil encontrado na literatura pela relação E≈d-2/3. As amostras de CoFe/BFO e CoFe/LBFO depositadas em diferentes substratos apresentam acoplamento interfacial entre ordenamento ferromagnético e antiferromagnético com momento ferromagnético de rede. / For the last few decades, the consumption of electronic devices and the high demand for data storage have shown great opportunities to create modern technologies that assure the worldwide needs in computing and development. Some multiferroic materials have been extensively studied and BiFeO3, considered the only multiferroic material at room temperature, has received attention as a candidate to produce logic and memory devices. The use of growth techniques such as pulsed laser deposition allowed the production of thin films of BiFeO3 with high quality control. Multiferroic film heterostructures of BiFeO3 and LaBiFeO3 were grown with different thicknesses on SrTiO3 (100), DyScO3 (110) and SrTiO3/Si (100) substrates to evaluate and test their electrical and magnetic properties. The allow Co0.9Fe0.1 ferromagnetic films were deposited by sputtering on the multiferroic films to evaluate the interfacial interaction between magnetic ordering. Techniques such as photolithography were used to pattern microdevices on the samples. Both the BiFeO3 and LaBiFeO3 thin films were grown epitaxially on the substrates already covered with a SrRuO3 buffer layer used as the lower electrical contact. The rhombohedral crystalline structure of the bismuth ferrites was confirmed by the X-ray diffraction data as well as the strain maintenance caused by the crystal lattice of the substrate for 20 nm samples. The coefficient values of the piezoelectric tensor d33 were around 0.15 V (∼ 60 kV.cm-2) for 20 nm thick samples whereas the coercive voltage values for the electrical hysteresis analyzes were about 0.5 V for the same samples. The relation between electric coercivity and the thickness corresponds to the profile found in the literature by the relation E≈d-2/3. The samples of CoFe/BFO and CoFe/LBFO deposited in different substrates present interfacial coupling between ferromagnetic and antiferromagnetic arrangement with net ferromagnetic moment.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Describe el desarrollo de un equipo electrónico prototipo utilizando dispositivos lógicos programables complejos (CPLD’s) que controla al sistema de recepción del radar del radio observatorio de Jicamarca (ROJ). Los CPLD’s han sido programados mediante el lenguaje de descripción de hardware VHDL, utilizando para la síntesis, simulación, implementación y programación de estos dispositivos el software de distribución gratuita QUARTUS II de ALTERA. Ha sido necesario la utilización de tres CPLD’s, programados para cumplir sus propias funciones y las complementarias con los otros, motivo por el cual ha sido necesario darles la capacidad de comunicarse entre ellos. Finalmente, el prototipo ha sido sometido a pruebas y ha demostrado ser de características superiores a otro desarrollado en el ROJ denominado REX-2X y es comparable y superior en algunas de sus características al equipo comercial ECHOTEK GC214, satisface las necesidades del ROJ y cumple con las exigencias del mercado, por lo que ha tenido aceptación en otras instituciones nacionales como la Marina de Guerra del Perú y otras entidades extranjeras que se dedican a la investigación de la ionósfera, contribuyendo de esta manera con el desarrollo de la tecnología nacional. / Tesis

O trabalho desenvolvido apresenta desde um estudo sobre os sensores de estrelas como um todo até uma análise dos componentes ópto-eletrônicos destinados à aplicações aeroespaciais, mais especificamente àqueles destinados ao sensor de estrelas. Na eletrônica, busca-se sempre a redução de massa, dimensões, custo e consumo de energia dos componentes e sistemas. Essa redução se torna ainda mais crítica para satélites, onde um maior consumo de energia, maiores dimensões e massa elevada podem implicar em maior custo da missão, por exemplo, com painéis solares maiores, mais combustível para o lançamento, etc. Assim sendo, a proposta do trabalho foi desenvolver o hardware de um sensor de estrelas que, através da utilização de um sensor de imagem do tipo APS (sensor de pixel ativo) em substituição ao já consagrado CCD (dispositivo de carga acoplada), pudesse ter sua massa, suas dimensões, seu custo e seu consumo de energia reduzidos. Como forma de garantir a substituição do sensor antecessor pelo agora desenvolvido sem perdas das mínimas características necessárias, foram realizados testes de funcionamento com ambos emulando situações simples e outras que pudessem causar problemas na imagem. Através destes testes, pode-se comprovar uma superioridade do novo sensor de estrelas na maioria dos quesitos analisados, demonstrando um bom nível de compatibilidade e menores problemas nas situações de maior exigência. O sensor de estrelas é um projeto do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, Divisão de Eletrônica Aeroespacial, onde o mestrando Fernando Celso Tomasi Marques participou de uma equipe responsável pelo desenvolvimento de sensores para aplicações em satélites. Através do controlador, este equipamento é capaz de fornecer para o sistema de atitude a posição dos pontos rastreados. No protótipo de laboratório, as funções do controlador são executadas através de um microcomputador por meio de uma interface apropriada. A eletrônica do sensor executa as funções de geração dos relógios para o sensor de imagem e para a aquisição dos dados de vídeo digitalizados.

Atualmente, existem disponíveis processadores embarcados de diferentes procedências e tecnologias, incorporando em suas arquiteturas, memória cache e pipeline, além de otimizações por compilador. As alternativas incluem desde microcontroladores de 8 bits até processadores de 16 e 32 bits que custam entre uma faixa de preço de até 10 dólares. Nesse contexto, a grande variedade de soluções em nível de arquitetura torna relevante a identificação de métodos apropriados para medir o desempenho de um processador, tomando por base de comparação a CPU (Central Processing Unit) de um CLP (Controlador Lógico Programável). Este trabalho procura preencher essa lacuna e tem como objetivo principal a avaliação de processadores embarcados que possam ser utilizados em novos projetos de sistemas no campo da automação de processos industriais. Nesta tese, será introduzido o princípio de funcionamento do CLP, seguido de conceitos e métodos relativos à avaliação de desempenho em sistemas microprocessados. Será discutida a métrica apresentada pelos fabricantes de CLP para fornecer o desempenho das suas CPUs. A partir do estudo estatístico em programas ladder com aplicações reais, é definida uma workload padrão consistindo de um programa em linguagem ladder utilizado como fundamento na criação de um benchmark sintético para a avaliação do desempenho dos processadores em estudo. Finalmente, são apresentados os resultados para três processadores com arquiteturas diferenciadas e as razões que propiciaram o aumento de desempenho com relação ao processador utilizado na CPU do sistema tomado como referência comparativa.

O processo de consolidação do SISGEA (Sistema de Guerra Eletrônica da Aeronáutica) levou à aquisição do Lab-Volt Radar Training System para suas instituições de ensino técnico-operacional. Este sistema é capaz de implementar em laboratório um ambiente eletromagnético para estudos de Guerra Eletrônica composto por radar de alta resolução operando na banda X, alvos passivos (Target Positioning System) e ativos (Radar Jamming Pod). A experiência adquirida com o seu uso permitiu vislumbrar o potencial didático de sua operação integrada com ferramentas de Instrumentação Virtual. O objetivo deste trabalho foi estender as possibilidades de emprego deste equipamento como ferramenta de ensino e pesquisa através de sua integração em um sistema empregando instrumentos programáveis através do barramento GPIB e porta serial. Para atingir este objetivo foram necessárias a análise do ensino prático de radar no modelo convencional para determinação das funcionalidades demandadas, o desenvolvimento de dispositivos de interfaceamento (hardware) e programas em Linguagem "G" empregando o LabVIEWTM (Instrumento Virtual - VI), bem como a aplicação das ferramentas desenvolvidas nas aulas práticas do Laboratório de Radar do Curso de Especialização em Análise de Ambiente Eletromagnético (CEAAE) do Instituto Tecnológico de Aeronáutica.

Será apresentada nesta tese uma discussão sobre os aspectos de implementação de um sistema tolerante a falhas, apresentando uma arquitetura de um votador voltado ao acionamento de sistemas mecânicos/mecatrônicos que se utiliza da velocidade computacional para o controle confiável de atuadores e variáveis, considerados lentos frente à velocidade de processamento. A arquitetura proposta empregará a técnica de abstenção para certos modos de falhas, ocasionando o aumento na confiabilidade geral do sistema.