Este trabalho visa desenvolver através da utilização das técnicas de identificação e controle, um sistema de controle automático da pressão dinâmica do escoamento do túnel aerodinâmico n. 3, do Instituto de Aeronáutica e Espaço, onde são realizados ensaios de calibração de anemômetros. O objetivo principal é a minimização do tempo de realização da calibração através da diminuição do tempo de ajuste da velocidade de um motor. A proposta é identificar o modelo do túnel considerando-o uma caixa preta, e utilizar um controlador PI para atingir a pressão dinâmica desejada para o ensaio de calibração sem que ocorra sobrecarga de corrente. O sinal de erro entre a referência e o sinal proveniente de um transdutor de pressão dinâmica é considerado o sinal de entrada do controlador PI. O sinal de saída é o comando do conversor estático de tensão que alimenta o motor. Todos os procedimentos para a determinação experimental dos parâmetros do controlador PI foram simulados previamente através do Matlab. O controlador PI foi implementado em software Catman 3.1 para utilização com sistema de aquisição de dados Mgcplus, e os sinais simulados foram comparados aos sinais reais. Os resultados obtidos com este trabalho foram considerados satisfatórios, e o controle PI está em utilização no laboratório do Túnel Aerodinâmico n. 3, minimizando de forma significativa o tempo de realização dos ensaios. A repetitividade do ensaio foi uma outra melhoria alcançada, prevista com a introdução dessa inovação tecnológica.

Nas últimas duas décadas, muitos sistemas embarcados de tempo real vêm se utilizando de arquiteturas, modelos e técnicas como a análise estruturada. As ferramentas de ambientes integrados de engenharia de software ajudada por computador (I-CASE-E) não vêm sendo utilizadas de maneira apropriada, a modelagem dos sistemas ainda é vista como um projeto separado e os testes vêm sendo executados somente em fases posteriores do ciclo de desenvolvimento. Este trabalho de pesquisa propõe uma Arquitetura de Software para Sistemas Embarcados de Tempo Real, denominada ASSETRE, bem como um método para a aplicação da arquitetura denominado MAASSETRE. Neste contexto, concebeu-se a ASSETRE, como uma possível solução para as principais dificuldades existentes e inerentes às abordagens tradicionais de desenvolvimento de sistemas de software embarcado de tempo real. A arquitetura proposta baseia-se nas Modelagens UML, SysML, MDD/MDA, nos Processos como RUP e ROPES, e nas ferramentas de I-CASE-E de desenvolvimento e testes até o nível de sistema operacional. Durante a pesquisa, a partir do momento em que ficou claro que a aplicação da ASSETRE não se tratava somente de um conjunto de boas práticas, mas sim de um método definido e caracterizado por um conjunto de aplicações de conceitos técnicos e/ou científicos, identificou-se nove passos que compõem o MAASSETRE. A verificação da aplicação da arquitetura e do método propostos foi realizada por meio de um Estudo de Caso. Ele envolveu o desenvolvimento de um protótipo de sistema de software embarcado de tempo real, denominado Item de Configuração de Software de Computador - ICSC de Determinação e Controle de Atitude (IDECA), para um satélite, e cinco experimentos. Neles, aplicou-se a arquitetura (ASSETRE), o método (MAASSETRE), as métricas de Halstead, de Linhas de Código e Comentário, Complexidade Ciclomática, e algumas Análises em Tempo de Execução, como Utilização de Memória, Perfil de Desempenho e Cobertura de Código.

This thesis presents a very efficient and simple approach to native code generation and dynamic code loading for the RTOS RTEMS on the Blackfin architecture. The whole solution is intended for PLCs implementing the IEC 61131-3 standard. The second part of the solution, native code loading on RTEMS, is also usable for code updates in satellite applications. For the code generation modern parser generator tools have been used to implement a language translator from Instruction List to C language. The generated C language is then feed to the freely distributable GCC compiler which generates efficient native code. This native code is later on loaded and executed on a Blackfin CPU. The execution environment RTEMS has been ported to the Blackfin architecture. RTEMS is a hard real-time operating system which has been widely used in space applications. For the dynamic loading and linking of the native code 2 different loaders have been evaluated and compared. Those loaders are of special interest for satellite applications because they allow for much faster software update over slow communication links. The final systems achieves a speedup of approximately 4 compared to a traditional interpreted IEC 61131-3 system.

A exploração autônoma de ambientes desconhecidos necessita da construção incremental e consistente de um modelo do local explorado para que o robô possa estimar com sucesso sua localização ao longo do trajeto executado. Este problema é conhecido como localização e mapeamento simultâneo (SLAM), sendo de fundamental importância para o estudo de robôs móveis autônomos. Este trabalho apresenta o resultado do desenvolvimento de um algoritmo para localização e mapeamento simultâneo baseado no algoritmo Iterative Closest Point (ICP). Como ferramenta de desenvolvimento e pesquisa um novo framework voltado a aplicações robóticas chamado Microsoft Robotics Developer Studio foi utilizado. A solução proposta utiliza o ICP para gerar uma estimativa inicial de deslocamento que é avaliada utilizando-se um índice de qualidade em que a varredura da leitura atual do scanner laser é sobreposta a um mapa previamente construído a partir de leituras anteriores do sensor laser. Se o índice for pior que um limite previamente definido, são geradas mais quatro estimativas de deslocamento nas proximidades da estimativa inicial. A que apresentar o melhor valor para o índice de desempenho é utilizada como estimativa final para o deslocamento. Para verificação da efetividade da solução proposta, foram utilizados cinco ambientes simulados diferentes no qual foram avaliados o ICP e a solução proposta. Os resultados das simulações indicam que a solução proposta obtém um desempenho sensivelmente superior ao ICP nos casos em que o ambiente apresenta quinas e saliências pois estas diminuem os efeitos danosos causados pela ambiguidade na estimativa de deslocamento. Destaca-se também a utilização do teste de hipótese pelo método Kolmogorov-Smirnov para duas amostras (KS) para verificação de semelhança e relevância das correções efetuadas pelos algoritmos em teste.

A mineração de dados se divide em algumas categorias, dentre elas a mineração de outliers. Outliers são registros que não seguem padrões esperados. Eles podem ser interpretados como ruídos ou falhas de medição, sendo assim descartados, mas também podem ser considerados casos especiais que trazem relatos úteis que podem ser usados para encontrar novas oportunidades de negócio, falhas ou indícios de fraudes. Em alguns setores, é importante que a detecção de outliers ocorra com a maior antecedência possível, de modo que ações possam ser tomadas o quanto antes. Nesta dissertação, propomos uma abordagem denominada Comprass para mineração de outliers. Utilizamos a técnica de mineração denominada Regras de Associação, mais especificamente o algoritmo Apriori, para definirmos os padrões comportamentais a serem utilizados em nossa abordagem. A abordagem Comprass permite atribuir pesos a variáveis e o valor máximo aceitável para discordância do padrão. Em nosso estudo, os pesos e o valor máximo aceitável é atribuído manualmente pelo especialista da área. O uso da abordagem Comprass permite que a mineração de outliers possa ser feita em tempo real, ou seja, à medida que os dados são coletados pelos sistemas de aquisição de dados. A abordagem Comprass utiliza as regras de associação geradas para comparar o novo registro mensurando, por meio dos pesos atribuídos às variáveis, qual a variação do novo registro em relação ao padrão estabelecido pelas regras. Na abordagem Comprass, uma possível mudança no padrão analisado não é refletida de forma incremental e precisa de nova geração das regras considerando os novos registros. A abordagem Comprass foi testada em bases de dados reais e sintéticos dos setores de telefonia e meteorologia.

Sistemas eletrônicos embarcados de satélites sofrem grandes cargas de radiações ionizantes, afetando diretamente o silício, criando alta probabilidade de falhas no sistema, advindos de panes transientes e permanentes nos circuitos integrados. Devido ao ambiente hostil em que operam sistemas embarcados espaciais, soluções de robustez são necessárias para o aumento da tolerância a falhas. Neste cenário, a detecção de falhas ajuda o sistema a tomar atitudes de emergência para que a operação não seja prejudicada por completo, nestes casos, consideradas catastróficas, devido o elevado custo associado ao desenvolvimento e produto. Este trabalho tem a finalidade propor uma técnica para sistemas embarcados de tempo real, que possa ser capaz de detectar falhas no nível de tarefas, especificamente com a utilização do Kernel de Tempo Real para Sistemas Multiprocessadores - RTEMS. A técnica proposta foi baseada no projeto de satélite universitário ITASAT, que propõe na arquitetura de hardware um processador operacional em conjunto com um redundante a frio (cold standby). Esses processadores são supervisionados por um arbitrador, ou seja, um terceiro processador que em caso de falha do processador nominal, deve tomar a decisão de entrar em modo emergencial ou acionar o processador redundante. Sistemas Embarcados de Tempo Real utilizam-se de algoritmos de escalonamento que definem a próxima tarefa a ser executada. Essas tarefas podem possuir deadlines rígidos ou moderados. Falhas em tarefas com períodos rígidos ocasionam a perda do sistema por completo. O kernel de tempo real RTEMS é dotado de uma estrutura de dados que possui os dados mínimos das tarefas, para que possam ser executadas e escalonadas corretamente. Estes dados podem ser externalizados por hardware através de portas de E/S na ocasião do chaveamento de contexto, que ocorre em toda troca de tarefa na CPU (troca de contexto). Propõe-se nesse trabalho a captação desses dados para efetuar análises de detecção de falhas, através do comportamento das tarefas que estão sendo executadas no sistema em tempo real.

Neste trabalho, foi arqui teturais destinadas a proposto um conjunto de regras implementaçao de aplicações tempo real em sistemas distribuldos.De modo distribuldas, a permitir a realização de forall desenvolvidas varias tais aplicaçoes ferramentas de "software", tais como um subsistema de troca de mensagens e um nucleo distribuido. Os conceitos e ferramentas apresentados nesta tese foram aplicados com sucesso no desenvolvimento de um sistema de ensaio de ciclagem termica de satelites e seus subsistemas.

Computadores fazem parte da vida de praticamente todo indivíduo nos tempos atuais. Os primeiros foram desenvolvidos objetivando-se propósitos mais genéricos. Houve considerável avanço nesta área. Computadores tiveram seu tamanho e preço reduzidos. Por outro lado, complexidade e propósitos aumentaram. Computadores genéricos ainda existem, mas estes compartilham o mercado com os chamados "embarcados". Em ambos os casos, o aumento da complexidade envolve maior severidade no caso de falhas. Assim, torna-se razoável assumir que falhas podem ocorrer. De fato, não existe sistema livre de falhas. Diante de tal constatação, sistemas computadorizados devem continuar operando o mais perto possível do normal, mesmo na presença de falhas. Dentro deste contexto, este trabalho tem por objetivo o aumento de tolerância a falhas numa classe de sistema denominada sistemas críticos de tempo-real. Uma falha neste tipo de aplicação pode ser inaceitável, uma vez que quase sempre vidas humanas encontram-se envolvidas. Esta pesquisa mostra o aumento da resiliência a falhas pela composição e aplicação de redundância espacial e temporal (multiprocessamento e escalonamento) com migração de tarefas entre processadores no projeto de sistemas críticos de tempo-real. Tais sistemas, mais especificamente, os sistemas aviônicos são considerados como alvo de aplicabilidade. Visando atingir o objetivo proposto, um modelo computacional e conceitual é apresentado para cobrir os aspectos de tolerância a falhas (segurança) e mecanismos de escalonamento (temporalidade). Realiza-se a análise de escalonabilidade em tempo de projeto considerando prioridades fixas. O modelo assume que poderá existir preempção no processamento das tarefas, o sistema baseia-se em multiprocessamento simétrico, as tarefas são escalonadas por algoritmos considerando prioridade fixa e que pode ou não haver restrições de precedência entre as tarefas. O modelo proposto consiste de uma análise de escalonabiliade e de três diferentes algoritmos: (1) Fixed-Priority based Scheduling Algorithm - FPSA; (2) Symmetric Multiprocessor based Dispatcher Algorithm - SMP-DA; e (3) Fault Tolerance Algorithm - FTA. FPSA considera todas as tarefas prontas do sistema, visando produzir um escalonamento viável, arranjando-as numa fila. Neste tipo de sistema, não se pode rejeitar nenhuma tarefa. Para isso, a análise de escalonabilidade é conduzida, a priori, visando remover todas possíveis falhas temporais. SMP-DA avalia qual processador possui capacidade para receber as tarefas da fila onde o fator de carga dos processadores é levado em conta. Por fim, FTA monitora as tarefas em execução e através de um mecanismo original do modelo chamado notification time control, falhas podem ser identificadas e tratadas. Portanto, a principal contribuição deste trabalho de pesquisa considera tanto redundância espacial quanto temporal, visando aumentar a resiliência a falhas com migração de tarefas entre processadores em sistemas críticos de tempo-real.

A utilização de processadores modernos no segmento espacial possibilitou o aumento de desempenho dos sistemas embarcados críticos, tornando a operação através de um Sistema Operacional de Tempo Real - SOTR inevitável. Entretanto, os efeitos que as características do núcleo do SOTR tem na aplicação devem ser considerados. Assim, o principal requisito de uma aplicação espacial baseada em um SOTR, segundo a norma "ECSS-E-ST-40C: Software", é a verificação se o comportamento de tempo real é previsível. Atualmente, estão disponíveis abordagens baseadas em software para a verificação temporal, tais como a utilização de modelos analíticos e simulação, conjuntos dedicados ao teste de temporização, benchmarks e análise estática de código. Uma vez que não há padronização acerca das metodologias, essas abordagens podem resultar na superestimação temporal e de recursos. Nesse contexto, a utilização de ferramentas de hardware externas para medir o desempenho das características do núcleo de um SOTR são de suma importância nas aplicações espaciais. O presente trabalho propõe o Ambiente de análise de Desempenho de Tempo Real - ADTR para a medição de overheads e verificação temporal das características do núcleo de um SOTR. A abordagem é baseada em uma ferramenta de hardware minimamente intrusiva projetada utilizando uma Field Programmable Gate Array - FPGA. Os experimentos foram conduzidos com a nova ferramenta em um estudo de caso de aplicação em computadores de bordo para satélites, baseado no processador ERC32 e o SOTR Real-Time Executive for Multiprocessor Systems - RTEMS. São apresentados dois modelos de teste, considerados aqui como duas características do núcleo do RTEMS: chaveamento de contexto com preempção e latência de interrupção externa com preempção. Os resultados mostram a eficiência da nova ferramenta para medição das duas características. É possível utilizar o novo ambiente para complementar outros métodos de verificação temporal para o atendimento da norma.

Este trabalho trata da avaliação experimental de um controlador preditivo robusto projetado via desigualdades matriciais lineares para um sistema de dinâmica rápida largamente utilizado na literatura. Tal sistema consiste de dois carros conectados entre si através de uma mola, com apenas um atuador. Em particular, é considerado um problema de descasamento de modelo, relacionado com alterações na constante elástica da mola, que pudessem decorrer de uma falha. O objetivo do controle é conduzir o sistema para uma posição desejada, respeitando restrições impostas sobre tensão de entrada e compressão da mola. De modo a levar em conta o tempo computacional necessário para o cálculo do controle, foi incluído no modelo da planta um atraso de um período de amostragem, considerando que o controle calculado seja armazenado para aplicação no próximo instante de amostragem. Resultados obtidos por meio de simulação e ensaio em bancada comprovaram que tal providência é importante para evitar instabilidade da malha de controle. Tendo-se tratado o problema do atraso computacional, verificou-se que o controlador preditivo robusto foi capaz de conduzir o sistema para próximo da posição de referência (com erro em regime devido à presença de atrito seco), respeitando as restrições de entrada e saída, mesmo na presença de incerteza sobre a constante de mola.