FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) dinamicamente reconfiguráveis (DR-FPGAs) são soluções promissoras para muitos sistemas embarcados devido a potencial redução de área de silício. Metodologias de projeto e ferramentas CAD relacionadas são ainda muito limitadas para auxiliarem os projetistas a encontrarem soluções dinamicamente reconfiguráveis para diferentes aplicações. Este trabalho propõe uma metodologia de projeto que combina modelos de alto nível em SystemC, técnicas de projeto de baixo nível e a metodologia de projeto modular da XILINX. SystemC foi utilizada para representar o comportamento de alto nível não temporizado e não-RTL, bem como o baixo nível RTL-DCS (Chaveamento Dinâmico de Circuitos). Um estudo de caso da Banda Base de um Controlador Bluetooth foi desenvolvido. Duas partições temporais foram testadas em nove diferentes DR-FPGAs. A exploração espacial mostrou que 33% das soluções investigadas atenderam a restrição da especificação de 625µs de tempo do quadro do pacote Bluetooth, deixando diferentes parcelas de recursos livres que podem ser explorados para acomodar outros módulos IP de sistemas mais complexos no mesmo dispositivo. / Dynamically Reconfigurable Field Programmable Gate Arrays (DR-FPGAs) are promising solutions for many embedded systems due to the potential silicon area reduction. Design methodologies and related CAD tools are still very limited to assist designers to encounter dynamically reconfigurable solutions for different applications. This work proposes a design methodology that combines high level SystemC models and design techniques with the low level modular design proposed by Xilinx. SystemC has been used to represent the high level untimed non-RTL behavior as well as the low level RTL-DCS (Dynamic Circuit Switching). A Bluetooth Baseband unit case study was performed. Two temporal-functional partitions were evaluated on nine different target DR-FPGAs. The design space exploration showed that 33% of the investigated solutions complied with the 625µs Bluetooth packet time frame specification leaving different amounts if free resources that may be explored to accommodate other IP modules of more complex systems on the same device.

A área de engenharia de software passou por muitas alterações desde sua criação. Vista como uma técnica para aumentar a produtividade e baixar os custos, a reutilização de software é um dos principais estudos dos pesquisadores da área de computação. Como a reconfiguração de software é na verdade a reutilização de um software, porém com algumas adaptações, este trabalho tem por objetivo desenvolver uma metodologia e um conjunto de ferramentas que agilizem e facilitem o processo de reutilização/reconfiguração de componentes de software. A associação destas ferramentas constitui um mecanismo de armazenamento, indexação, busca e recuperação de artefatos de software. Este mecanismo trabalha com a estrutura dos projetos de software e também com as relações semânticas existentes entre os termos utilizados no software. Para representar a estrutura interna do software (características e relacionamentos) utiliza-se de um metamodelo. Já as relações semânticas são representadas por meio de um tesauro. Por fim, todas as informações do metamodelo e do tesauro são armazenadas em um repositório de software que é manipulado por agentes de software. / Software engineering area suffered many transformations since its creation. Usually seen as a technique to raise productivity and decrease costs, softwares reusing is one of the main studies in computer field. Since softwares reconfiguration is, in essence, a software reuse, although with some adaptations, this work aims to develop a methodology and a set of tools that speed up and facilitate the process of reuse/reconfiguration of software components. These tools association constitute a mechanism of storing, indexing, search and recovering of software artifacts. This mechanism works with the structure of software projects and also with semantic relationships that exist between the software\'s terms. To represent software\'s inner structure (features and relationships) a metamodel is used. Semantic relationships are represented by a thesaurus. Finally, all the informations from metamodel and thesaurus are stored in a software repository, which is manipulated by software agents.

Neste trabalho é proposta uma modelagem matemática para a otimização do problema de corte de carga em sistemas de distribuição de energia elétrica radiais. O problema de corte de carga consiste em uma estratégia de reconfiguração topológica da rede elétrica para interrupção do fornecimento de energia elétrica. O objetivo principal é desligar a quantidade mínima de carga do sistema, de forma a manter restrições físicas e operacionais dentro dos limites da rede elétrica. Um segundo objetivo é alterar o mínimo possível a estrutura topológica inicial do sistema. Para isso, é feita a minimização de chaveamentos. Inicialmente foi modelado como uma programação não-linear inteira mista, e transformado em uma programação cônica de segunda ordem inteira mista, que pode ser resolvida de forma eficiente usando vários solver comerciais. O modelo matemático foi implementado dentro do ambiente de programação matemática GAMS e resolvido utilizando o solver comercial CPLEX. Testes foram realizados no sistema de distribuição de 53 barras. Os resultados encontrados evidenciam a consistência e a eficiência da modelagem proposta neste trabalho. / This research proposed a mathematical model to optimize the load shedding problem in radial distribution power systems. The load shedding problem consists in a topological reconfiguration strategy of the power grid in order to interrupt the power supply. The main goal is to disconnect the minimum amount of system loads while respecting the physical and operational restrictions of the grid. The second goal of this research was to modify as little as possible the initial topological structure of the system. To achieve this, a switching minimization was performed. First, the problem was modeled as a mixed integer nonlinear programming, and then it was transformed into a mixed integer second order cone programming using various commercial solvers. The mathematical model was implemented in the mathematical programming environment GAMS and solved using the CPLEX commercial solver. Tests were performed at the 53 nodes distribution system. The test results showed the consistency and efficiency of the model proposed in this dissertation.

Nos últimos anos, houve um grande avanço na computação reconfigurável, em particular em hardware que emprega Field-Programmable Gate Arrays. Porém, esse aumento de capacidade e desempenho aumentou a distância entre a capacidade de projeto e a disponibilidade de tecnologia para o desenvolvimento do projeto. As linguagens de programação imperativas de alto nível, como C, são mais apropriadas para o desenvolvimento de aplicativos complexos que as linguagens de descrição de hardware. Por isso, surgiram diversas ferramentas para o desenvolvimento de hardware a partir de código em C. A ferramenta ChipCflow, da qual faz parte este projeto, é uma delas. A execução dos programas por meio dessa ferramenta será completamente baseada em seu fluxo de dados, seguindo o modelo dinâmico encontrado nas arquiteturas de computadores a fluxo de dados, aproveitando ao máximo o paralelismo considerado natural desse modelo e as características do hardware parcialmente reconfigurável. Neste projeto em particular, o objetivo é a prova de conceito (proof of concept) para a criação de instâncias, em forma de operadores, de um algoritmo ChipCflow em hardware parcialmente reconfigurável, tendo como base a plataforma Virtex da Xilinx / In recent years, reconfigurable computing has become increasingly more advanced, especially in hardware that uses Field-Programmable Gate Arrays. However, the increase of performance in FPGAs accumulated the gap between design capacity and technology for the development of the design. Imperative high-level programming languages such as C are more appropriate for the development of complex algorithms than hardware description languages (HDL). For this reason, many ANSI C-like programming tools for the development of hardware came to existence. The ChipCflow project, of which this project is part, is one of these tools. The execution of algorithms through this tool will be completely directed by data flow, according to the dynamic model found on Dataflow Architectures, taking advantage of its natural high levels of parallelism and the characteristics of the partially reconfigurable hardware. In this project, the objective is a proof of concept for the creation of instances, in the form of operators, of a ChipCflow algorithm on a partially reconfigurable hardware, taking as reference the Xilinx Virtex boards

FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) dinamicamente reconfiguráveis (DR-FPGAs) são soluções promissoras para muitos sistemas embarcados devido a potencial redução de área de silício. Metodologias de projeto e ferramentas CAD relacionadas são ainda muito limitadas para auxiliarem os projetistas a encontrarem soluções dinamicamente reconfiguráveis para diferentes aplicações. Este trabalho propõe uma metodologia de projeto que combina modelos de alto nível em SystemC, técnicas de projeto de baixo nível e a metodologia de projeto modular da XILINX. SystemC foi utilizada para representar o comportamento de alto nível não temporizado e não-RTL, bem como o baixo nível RTL-DCS (Chaveamento Dinâmico de Circuitos). Um estudo de caso da Banda Base de um Controlador Bluetooth foi desenvolvido. Duas partições temporais foram testadas em nove diferentes DR-FPGAs. A exploração espacial mostrou que 33% das soluções investigadas atenderam a restrição da especificação de 625µs de tempo do quadro do pacote Bluetooth, deixando diferentes parcelas de recursos livres que podem ser explorados para acomodar outros módulos IP de sistemas mais complexos no mesmo dispositivo. / Dynamically Reconfigurable Field Programmable Gate Arrays (DR-FPGAs) are promising solutions for many embedded systems due to the potential silicon area reduction. Design methodologies and related CAD tools are still very limited to assist designers to encounter dynamically reconfigurable solutions for different applications. This work proposes a design methodology that combines high level SystemC models and design techniques with the low level modular design proposed by Xilinx. SystemC has been used to represent the high level untimed non-RTL behavior as well as the low level RTL-DCS (Dynamic Circuit Switching). A Bluetooth Baseband unit case study was performed. Two temporal-functional partitions were evaluated on nine different target DR-FPGAs. The design space exploration showed that 33% of the investigated solutions complied with the 625µs Bluetooth packet time frame specification leaving different amounts if free resources that may be explored to accommodate other IP modules of more complex systems on the same device.

Orientador: Prof. Dr. Edmarcio Antonio Belati / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2014.

Neste trabalho é proposta uma modelagem matemática para a otimização do problema de corte de carga em sistemas de distribuição de energia elétrica radiais. O problema de corte de carga consiste em uma estratégia de reconfiguração topológica da rede elétrica para interrupção do fornecimento de energia elétrica. O objetivo principal é desligar a quantidade mínima de carga do sistema, de forma a manter restrições físicas e operacionais dentro dos limites da rede elétrica. Um segundo objetivo é alterar o mínimo possível a estrutura topológica inicial do sistema. Para isso, é feita a minimização de chaveamentos. Inicialmente foi modelado como uma programação não-linear inteira mista, e transformado em uma programação cônica de segunda ordem inteira mista, que pode ser resolvida de forma eficiente usando vários solver comerciais. O modelo matemático foi implementado dentro do ambiente de programação matemática GAMS e resolvido utilizando o solver comercial CPLEX. Testes foram realizados no sistema de distribuição de 53 barras. Os resultados encontrados evidenciam a consistência e a eficiência da modelagem proposta neste trabalho. / This research proposed a mathematical model to optimize the load shedding problem in radial distribution power systems. The load shedding problem consists in a topological reconfiguration strategy of the power grid in order to interrupt the power supply. The main goal is to disconnect the minimum amount of system loads while respecting the physical and operational restrictions of the grid. The second goal of this research was to modify as little as possible the initial topological structure of the system. To achieve this, a switching minimization was performed. First, the problem was modeled as a mixed integer nonlinear programming, and then it was transformed into a mixed integer second order cone programming using various commercial solvers. The mathematical model was implemented in the mathematical programming environment GAMS and solved using the CPLEX commercial solver. Tests were performed at the 53 nodes distribution system. The test results showed the consistency and efficiency of the model proposed in this dissertation.

A reconfiguração de redes é uma técnica utilizada para alterar topologias de redes por meio da mudança dos estados das chaves normalmente aberta e normalmente fechada. Essa técnica é muito utilizada para tratar problemas relacionados ao excesso de perdas ôhmicas em uma rede elétrica. Tais perdas representam um custo considerável no faturamento das empresas distribuidoras. O problema de redução de perdas via reconfiguração de redes pode ser modelado como um problema de otimização combinatória, em que se deve determinar a combinação de estados de chaves que correspondem a configuração radial da rede com menor nível de perdas. De modo a lidar com esse problema por reconfiguração da redes, diversas técnicas computacionais têm sido propostas. Dentre essas técnicas, estruturas de dados eficientes, como a Representação nó-profundidade (RNP), viabilizam a modelagem radial dos sistemas de distribuição (SDs) e o uso combinado com métodos de otimização possibilitam uma redução do espaço de busca de soluções consequentemente pode-se obter melhores soluções. Para otimizar a capacidade de processamento, este trabalho propõe tratar o problema de redução de perdas em SDs via reconfiguração de redes em aceleradores de hardware utilizando da arquitetura de hardware paralelizada em FPGA baseada na RNP (HP-RNP) proposta em (GOIS, 2011). Assim, um problema combinatório é tratado em aceleradoras de hardware reduzindo significativamente o custo computacional devido ao alto grau de paralelismo no processo de busca por soluções. Nesse sentido, foi proposto neste trabalho a extensão da HP-RNP, a partir de modificações no barramento de comunicação da arquitetura original para o envio e recebimentos dos dados que representam os SDs de forma mais eficiente. Além disso, o problema de redução de perdas por reconfiguração de redes foi mapeado em um problema de floresta geradora mínima com restrição de grau (dc-MSFP), a partir de uma aproximação que faz uso de uma heurística de pesos, em que informações relacionadas com grandezas elétricas e características topológicas da rede são transformadas em pesos. A partir da extensão da HP-RNP e do mapeamento do problema em um dc-MSFP, foi possível obter soluções de qualidade (próximas da ótima) em tempo significativamente reduzido quando comparado às outras abordagens. / Network reconfiguration is a technique used to change network topologies by changing the normally open and normally closed switches states. This technique is widely used to problems related to the excess of ohmic losses in distribution companies. Such losses represent a considerable cost in the distribution companies. The problem of network reconfiguration can be modeled as a combinatorial optimization problem, in which the combination of switches states that represent the configuration of the network with the lowest level of losses must be determined. To deal with these problems by network reconfiguration, several computational techniques have been proposed. Among these techniques, efficient data structures, such as the Node-Depth Encoding (NDE), enable the radial modeling of the distribution systems and the combined use of the NDE with optimization methods allow the reduction of the search space of the solutions. In order to optimize the processing capacity, this work proposes to deal with the loss minimization problem in Distribution Systems (DSs) by network reconfiguration using the Hardware Parallelized NDE (HP-NDE) proposed in (GOIS, 2011) to accelerate the network reconfiguration. Thus, a combinatorial problem is addressed in hardware accelerators, reducing significantly the computational cost due to the high degree of the parallelism in the process of search of the solution search. In this context, it was proposed the extension of the HP-NDE, from modifications in the communication bus of the original HP-NDE to send and receive more efficiently the data that represent the DSs. Moreover, the problem of loss reduction was mapped in a minimum spanning forest problem with degree constraint (dc-MSFP), by using an approximation that use a weights heuristic based on the information of the electrical magnitudes and topological characteristics of the network. From the extension of the HP-RNP and the mapping of the problem in a dc-MSFP, it was possible to obtain solutions of the good quality (close to optimal) in a time significantly reduced when compared to the other approaches.

Orientador: Prof. Dr. Edmarcio Antonio Belati / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2017. / Os sistemas elétricos de Potência englobam os campos da engenharia elétrica que tratam da geração, transmissão e distribuição de energia elétrica. A confiabilidade e otimização são itens de suma importância para o funcionamento correto e eficiente das instalações elétricas. Esta pesquisa tem o seu foco voltado para os sistemas de distribuição, tratando especificamente da reconfiguração desses sistemas visando minimizaras perdas ativas. A reconfiguração é uma boa estratégia para diminuir perdas, pois demanda um baixo custo de investimento e apresenta resultados eficazes. Por tratar-se de um problema de otimização (minimização das perdas), o mesmo está sujeito às restrições impostas: 1) manutenção da radialidade; 2) ilhamento de cargas; 3) limite de tensão admissível nos nós; 4) balanço de potências do sistema. O método apresentado neste trabalho para a solução dessas questões baseia-se em uma metaheurística desenvolvida a partir da observação do comportamento e interação socioambiental de vaga-lumes. Através do seu tratamento e adequação ao problema, o algoritmo desenvolvido será utilizado em conjunto com um Fluxo de Carga CA para a determinação das perdas. Também é estabelecido um critério para diminuir o espaço de busca dos sistemas, tornando a busca pelo ponto ótimo mais eficaz. As simulações computacionais do método proposto foram realizadas em sistemas teóricos e reais e, os resultados, comparados com outros disponíveis na literatura especializada. / The Electrical Power Systems covers the electrical engineering fields that deal with electrical energy generation, transmission and distribution. Reliability and optimization are one of the most important subjects concerning the correct and efficient operation of electrical facilities. This research focuses on the distribution system, dealing specifically with its reconfiguration aiming active losses reduction. Reconfiguration is a good strategy for loss decreasing, because demands a low investment cost and shows efficient results. As an optimization problem (loss reduction), the same is subject to the imposed constraints: 1) radiality; 2) load islanding; 3) bus voltage limit; 4) system load flow balance. The method presented for this issues solution, is based on a metaheuristic developed through the observation of fireflies behavior and socioenvironmental interaction. Through its treatment and adjustment to the problem being studied, the algorithm developed will be applied with an AC Power Flow to determine active losses. Also, is proposed a criterion to reduce the systems search space, to improve the accuracy of the optimum point search. The computational simulations of the method herein proposed were performed on theoretical and real systems and, its results, compared with other methods applied by the authors of the specialized literature.

Submitted by Maykon Nascimento (maykon.albani@hotmail.com) on 2015-08-03T18:18:50Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Roteamento sensível ao contexto em redes de sensores sem fio. Uma abordagem baseada em regras de aplicação para o protocolo RPL.pdf: 1746170 bytes, checksum: 7293ea85d09a8c011b6f38ae51b024de (MD5) / Approved for entry into archive by Elizabete Silva (elizabete.silva@ufes.br) on 2015-08-17T19:10:23Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Roteamento sensível ao contexto em redes de sensores sem fio. Uma abordagem baseada em regras de aplicação para o protocolo RPL.pdf: 1746170 bytes, checksum: 7293ea85d09a8c011b6f38ae51b024de (MD5) / Made available in DSpace on 2015-08-17T19:10:23Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Roteamento sensível ao contexto em redes de sensores sem fio. Uma abordagem baseada em regras de aplicação para o protocolo RPL.pdf: 1746170 bytes, checksum: 7293ea85d09a8c011b6f38ae51b024de (MD5) Previous issue date: 2015 / Este trabalho apresenta um serviço de reconfiguração dinâmica para Redes de Sensores sem Fio. O trabalho inclui o projeto e a definição de uma arquitetura conceitual que suporta a coleta de uma variedade de informações contextuais e provê uma abstração alto nível para especificação de roteamento sensível ao contexto através de reconfiguração de métricas de roteamento e parâmetros de comunicação. O objetivo da infraestrutura proposta é possibilitar a criação de regras que adaptem o comportamento da rede em tempo de execução, em função dessas informações contextuais. Uma implementação da arquitetura para o protocolo RPL e o sistema operacional Contiki foi realizada, mostrando a viabilidade da abordagem proposta. / This work presents a dynamic reconfiguration service for wireless sensor networks. The work includes the design and definition of a conceptual architecture that supports collecting a variety of contextual information and provides a high level abstraction for context-sensitive routing specification through reconfiguration of routing metrics and communication parameters. The objective of the proposed infrastructure is enabling the creation of rules that change the network's behavior at run time, in the light of these contextual information. An implementation of the architecture for the RPL Protocol and the Contiki operating system was performed, showing the feasibility of the proposed approach.