The industry is now entirely dependent on computer systems in various parts of the organization. As systems become more powerful the opportunities for increased control and precision grows. The more defects and faults that can be detected before delivery, more customer satisfaction is obtained which leads to fewer unnecessary costs connected to, for example, recalls. Of course, this is desirable from the industry and leads to higher demands for information systems.   This report discusses the opportunities to increase the measuring frequency of an existing industrial realtime system running on a PC with Windows as operating system that is designed for test runs and measurements of engines and transmissions. Limitations that comes with using a nonreal time operating system in a real time industrial application is cleared up. The option for real time communication that HiMacs uses, developed by Beckhoff Automation, is also described.   The project was investigative and various proposed solutions were developed and compared to each other to achieve the most reliable solution. / Industrin är idag helt beroende av datasystem till olika delar av verksamheten. I takt med att systemen blir kraftfullare växer möjligheterna för ökad kontroll och precision. Ju fler defekter och fel som kan upptäckas innan leverans desto nöjdare kunder fås och medför färre onödiga kostnader vid exempelvis återkallelser. Givetvis är detta önskvärt från industrins sida och leder till att kraven på datasystemen blir ständigt högre.   Denna rapport avhandlar möjligheterna att höja mätfrekvensen för ett befintligt industriellt realtidssystem som körs på en PC med Windows som operativsystem och är avsett för testkörning och mätning av motorer och transmissioner. Begränsningarna som medföljer då ett ickerealtidsoperativsystem används reds ut och det alternativ som HiMacs använder utvecklat av Beckhoff Automation beskrivs.   Projektet var utredande och olika lösningsförslag togs fram och vägdes mot varandra för att komma fram till den mest pålitliga lösningen.

Traditionally, real-time applications have been executed within an isolatedembedded system, but this is becoming outdated. These systems are growing andbecoming larger, more distributed and complex, and are often closely integratedwith the external structure. The ability to dynamically adapt and regulate thesesort of systems during runtime is an increasingly desired feature. It can increaseits lifespan and save costs in the form of both money and time. This thesisproposes a method to perform this dynamic adaptation and regulation with theconcept of computational reflection. The method is conformed to support theconstrained and varied environment faced when working with distributedembedded real-time systems. A prototype framework of the method has beenrealized in the programming language C++. This framework is lightweight anduses a minimum amount of dependencies. By including this framework into anexisting program and registering variables into the framework, the variables gainreflective properties. These properties are dynamic regulation and limited selfawareness.Lastly, the framework has been evaluated regarding its computationalload and memory consumption. This, in order to show how much extra strainthis sort of method would inflict on an existing system. The results show that,relative the functionality it provides, the strain is low in most of the cases.However, in a hard real-time environment this might not be a viable solution. / Traditionellt har realtidsapplikationer körts inom ett isolerat inbyggt system,men detta har blivit ett föråldrat synsätt. Dessa system växer och blir allt större,mer distribuerade och komplexa, och är ofta nära integrerad med den yttrestrukturen. Förmågan att dynamiskt anpassa sig och reglera denna typ av systemunder drift är en allt mer önskad egenskap. Det kan öka dess livslängd och sparakostnader i form av både pengar och tid. Denna examensrapport föreslår enmetod för att utföra denna dynamiska anpassning och reglering med hjälp avkonceptet kring computational reflection. Metoden är anpassad för att stödja denansträngda och varierad miljö man möter när man arbetar med distribueradeinbyggda realtidssystem. Ett prototyp ramverk för metoden har skapats iprogrammeringsspråket C++. Detta ramverk är lättviktigt och använder ettminimalt antal beroenden. Genom att inkludera detta ramverk i ett befintligtprogram och registrera variabler till ramverket så får variablerna reflektivaegenskaper. Dessa egenskaper är bland annat dynamisk reglering och enbegränsad självkännedom. Slutligen har ramverket utvärderats genom att testadess beräkningslast och minnesförbrukning. Detta, för att visa hur mycket extrapåfrestning denna typ av metod skulle orsaka i ett befintligt system. Resultatenvisar att, relativt dess funktionalitet, så är belastning låg i de flesta av fallen.Men i en hård-realtidsmiljö så är detta antagligen inte en hållbar lösning.

A real-time kernel offers many advantages when developing safety-critical real-time applications. It allows for a modular software architecture and provides many services to help meet any timing constraints imposed on the application. However, these benefits come at a price. The use of a real-time kernel can introduce both latency and non-determinism into the system, forcing the application designer to account for worst case execution times which might be overly pessimistic in the average case. This thesis presents a hardware accelerated implementation of the widely popular real-time kernel FreeRTOS, using only off-the-shelf hardware components. A set of benchmark tests were also developed to compare FreeRTOS and the suggested hardware accelerated implementation with respect to performance and determinism. By migrating critical parts of FreeRTOS into hardware, we were able to greatly reduce the delays associated with the kernel. Furthermore, constant execution times for all supported kernel API calls were achieved, facilitating accurate timing analysis of any application running on top of the real-time kernel. / Användandet av en realtidskärna vid utveckling av säkerhetskritiska realtidsapplikationer har flera fördelar. Det underlättar konstruktionen av en modulär mjukvaruarkitektur och erbjuder flera mekanismer för att klara de tidsrelaterade krav som ställs på en applikation. En realtidskärna kan emellertid introducera långa och icke-deterministiska responstider, vilket tvingar applikationsdesignern att alltid ta höjd för det teoretiska värstafallet även om detta är överdrivet pessimistisk jämfört med medelfallet. I denna uppsats presenteras en hårdvaruaccelererad implementation av realtidskärnan FreeRTOS, konstruerad med hjälp av kommersiellt tillgängliga hårdvarukomponenter. Utöver detta presenteras även en uppsättning tester för att jämföra FreeRTOS samt dess hårdvaruaccelererade motsvarighet med avseende på prestanda och determinism. Genom att migrera kritiska delar av FreeRTOS till hårdvara kunde de långa responstiderna kraftigt reduceras. Utöver detta blev exekveringstiden helt deterministiskt i den hårdvaruaccelererade implementationen, något som möjliggör en mer exakt tidsanalys.

Background: A real-time system operates with time constraints, and its correctness depends upon the time on which results are generated. Different industries use different types of real-time systems such as telecommunication, air traffic control systems, generation of power, and spacecraft system. There is a category of real-time systems that are required to handle millions of users and operations at the same time; those systems are called large scale real-time systems. In the telecommunication sector, many real-time systems are large scale, as they need to handle millions of users and resources in parallel. Performance is an essential aspect of this type of system; unpredictable behavior queue cost millions of dollars for telecom operators in a matter of seconds. The problem is that existing models for performance analysis of these types of systems are not cost-effective and require lots of knowledge to deploy. In this context, we have developed a performance simulator tool that is based on the XgBoost, Random Forest, and Decision Tree modeling. Objectives: The thesis aims to develop a cost-effective approach to support the analysis of the performance of large-scale real-time telecommunication systems. The idea is to develop and implement a solution to simulate the telecommunication system using some of the most promising identified factors that affect the performance of the system. Methods: We have performed an improvement case study in Ericsson. The identification of performance factors is found through a dataset generated in a performance testing session, the investigation conducted on the same system, and unstructured interviews with the system experts. The approach was selected through a literature review. Validation of the Performance Simulator performed through static analysis and user feedback received from the questionnaire. Results: The results show that Performance Simulator could be helpful to performance analysis of large-scale real-time telecommunication systems. Performance Simulator ability to endorse performance analysis of other real-time systems is a collection of multiple opinions. Conclusions: The developed and validated approach demonstrates potential usefulness in performance analysis and can benefit significantly from further enhancements. The specific amount of data used for training might impact the generalization of the research on other real-time systems. In the future, this study can establish with more numbers of input on real-time systems on a large scale.

Today, the effect of the most common ways to improve the performance of embedded systems and real-time operating systems is stagnating. Therefore it is interesting to examine new ways to push the performance boundaries of embedded systems and real-time operating systems even further. It has previously been demonstrated that the hardware-based real-time operating system, Sierra, has better performance than the software-based real-time operating system, FreeRTOS. These real-time operating systems have also been shown to be similar in many aspects, which mean that it is possible for Sierra to accelerate FreeRTOS. In this thesis an implementation of such acceleration has been carried out. Because existing real-time operating systems are constantly in development combined with that it was several years since an earlier comparison between the two real-time operating systems was per-formed, FreeRTOS and Sierra were compared in terms of functionality and architecture also in this thesis. This comparison showed that FreeRTOS and Sierra share the most fundamental functions of a real-time operating system, and thus can be accelerated by Sierra, but that FreeRTOS also has a number of exclusive functions to facilitate the use of that real-time operating system. The infor-mation obtained by this comparison was the very essence of how the acceleration would be imple-mented. After a number of performance tests it could be concluded that all of the implemented functions, with the exception of a few, had shorter execution time than the corresponding functions in the original version of FreeRTOS. / Idag är effekten av de vanligaste åtgärderna för att förbättra prestandan av inbyggda system och realtidsoperativsystem väldigt liten. På grund av detta är det intressant att undersöka nya åtgärder för att tänja prestandagränserna av inbyggda system och realtidsoperativsystem ytterliggare. Det har tidigare påvisats att det hårdvarubaseraderealtidsoperativsystemet, Sierra, har bättre prestanda än det mjukvarubaseraderealtidsoperativsystemet, FreeRTOS. Dessa realtidsoperativsystem har även visats vara lika i flera aspekter, vilket betyder att det är möjligt för Sierra att accelererera FreeRTOS. I detta examensarbete har en implementering av en sådan acceleration genomförts. Eftersom befintliga realtidsoperativsystem ständigtär i utveckling i kombination med att det är flera år sedan som en tidigare jämförelse mellan de båda systemen utfördes, så jämfördes FreeRTOS och Sierra i fråga om funktionalitet och uppbyggnad även i detta examensarbete.Denna jämförelse visade att FreeRTOS och Sierra delar de mest grundläggande funktionerna av ett realtidsoperativsystem, och som därmed kan accelereras av Sierra, men att FreeRTOS även har ett antal exklusiva funktioner för att underlätta användningen av det realtidsoperativsystemet. Informationen som erhölls av denna jämförelse var sedan grunden för hur själva accelerationen skulle implementeras. Efter ett antal prestandatesterkunde det konstateras att alla implementerade funktioner, med undantag för ett fåtal, hade kortare exekveringstid än motsvarande funktioner i ursprungsversionen av FreeRTOS.

In this thesis, we explored the possibility of introducing a few vulnerabilities to a separation kernel to increase its performance. We made modifications to S3K, an open-source separation kernel that is in the final stages of being designed. To test the viability of our modifications we benchmarked both the unmodified and the modified versions and compared the results. We changed the scheduler and the inter-process communication used for time sharing: we introduced side-channel vulnerabilities to allow the modified functionalities to complete their work faster. The changes to the scheduler increased performance notably when having a high scheduling overhead, but not so much with low overhead. The changes to the inter-process communication proved to have limited usefulness, as the default version was already rather quick, and the new version had the drawback of increasing the time needed for scheduling. We also tested our scheduler modifications in the inter-process communication benchmarks. This greatly improved performance in all scenarios, and it made our modifications to the inter-process communication slightly more viable. To see how our results held up in a scenario closer to a real use case we also implemented a simple cryptographic application and designed tests based on it. When we ran the tests with different combinations of including or excluding our modifications we got similar results to our previous benchmarks. Overall, our modifications to the scheduler seem like a promising change to the separation kernel, given that one is willing to introduce the side-channels that come with the changes. The modifications to the inter-process communication on the other hand are more questionable and are likely only useful in specific scenarios. / I detta arbete utforskade vi möjligheten att introducera några sårbarheter till en separationskärna för att öka dess prestanda. Vi modifierade S3K, en separationskärna med öppen källkod som är i slutstadiet av att designas. För att testa hur praktiskt användbara våra modifikationer var så körde vi benchmarks på både den ursprungliga versionen och den modifierade versionen och jämförde resultaten. Vi ändrade schemaläggaren och interprocesskommunikationen som används för att dela tid: sidokanalssårbarheter introducerades för att tillåta de ändrade funktionerna att göra färdigt sina arbeten snabbare. Ändringarna till schemaläggaren visade sig öka prestandan noterbart när man hade en hög schemaläggnings-overhead, men skillnaden var inte så stor med låg overhead. Ändringarna till interprocesskommunikationen visade sig ha begränsad användbarhet, då standardversionen redan var ganska snabb och den nya versionen hade nackdelen att den ökade schemaläggningstiden. Vi testade också våra schemaläggningsmodifikationer i våra benchmarks för interprocesskommunikationen. Detta ökade prestandan mycket i alla scenarion, och gjorde våra modifikationer till interprocesskommunikationen något mer praktiskt användbara. För att se hur våra resultat stod sig i ett mer verkligt scenario så implementerade vi också en simpel kryptografisk applikation, och utformade test runt den. När vi testade olika kombinationer av att inkludera eller exkludera våra modifikationer fick vi liknande resultat som vi fick i tidigare benchmarks. Överlag så verkar våra modifikationer till schemaläggaren lovande, givet att man är villig att introducera de sidokanalssårbarheter som kommer med ändringarna. Modifikationerna till interprocesskommunikationen är dock mer tveksamma, och är sannolikt bara användbara i specifika scenarion.

An application build describes compiling and linking the source code of a developed application to libraries and executables. A Continuous Integration (CI) build executes such a build after the source code has been changed and tries to integrate the changes into the existing application. Such CI builds are executed automatically and include automated software tests, which give the developer the assurance that the changes are technically correct. When the time between the discovery of a test failure and the notification to the developer about it is too long, the development process will be impacted negatively and the beneficial effects of CI decrease. Even though several companies already have CI systems that display all events of a single CI build on a terminal during runtime, bigger applications often involve several CI builds in a single CI pipeline to integrate code changes. Observing the events of these CI builds during runtime might require concurrent monitoring of several different terminals. This thesis overcomes this issue by developing a Proof of Concept (PoC) which streams the test failures of a whole CI pipeline in real-time to the developer. To show the feasibility of real-time failure event streaming of CI builds, the PoC is implemented within Spotify’s CI for clientfacing applications. The issues highlighted by this initial PoC will help to refine the whole CI practice. Furthermore, the faster feedback cycles realised by this PoC will lead to a productivity, efficiency and happiness increase for the involved developers and, eventually, higher quality of the developed software. / Ett applikationsbygge beskriver kompilering och länkning av källkod för en utvecklad applikation till bibliotek och körbara filer. Ett Kontinuerlig Integrerings (CI)-bygge kör en sådan bygge efter att källkoden har ändrats och försöker integrera ändringarna i den befintliga applikationen. Sådana CIbyggen exekveras automatiskt och inkluderar automatiserade mjukvarutester, som ger utvecklaren en försäkran om att ändringarna är tekniskt korrekta. När tiden mellan upptäckten av ett testfel och meddelandet till utvecklaren om det är för lång kommer utvecklingsprocessen att påverkas negativt och de fördelaktiga effekterna av CI minskar. Även om flera företag redan har CIsystem som visar alla händelser av ett enskilt CI-bygge i en terminal under körning, involverar större applikationer ofta flera CI-byggen i en och samma CI-pipeline för att integrera kodändringar. Att observera händelserna i dessa CI-byggen under körning kan kräva jämlöpande övervakning av flera olika terminaler. Den här avhandlingen övervinner detta problem genom att utveckla en PoC som strömmar testfelen för en hel CI-pipeline i realtid till utvecklaren. För att visa genomförbarheten av strömning av felhändelser i realtid av CIbyggnader implementeras PoC i Spotifys CI för klientvända applikationer. De problem som lyfts fram av denna första PoC kommer att bidra till att förfina hela CI-praxisen. Dessutom kommer de snabbare återkopplingscyklerna som realiseras av denna PoCatt leda till ökad produktivitet, effektivitet och glädje för de inblandade utvecklarna och, så småningom, högre kvalitet på den utvecklade mjukvaran.

Multicore systems excel at providing concurrent execution of applications, giving true parallelism where all cores can execute sequences of machine instructions at the same time. However, multicore systems come with their own sets of problems, most notably when cores in a system (or core tiles) share hardware components such as memory modules or Input/Output (IO) peripherals. This increased level of complexity makes it especially difficult to design and verify safety- critical systems that require real- time operation, such as flight controllers in airplanes and airbag controllers in the automotive industry. Verifying that that systems are predictable is therefore essential, requiring methods for measuring and finding out the Worst- Case Execution Times (WCETs) and Best- Case Execution Times (BCETs). Additionally, the designer must ensure isolation between running applications (indicating that the platform is composable). This thesis work consists of designing a predictable Multiprocessor System On- Chip (MPSoC) using Qsys and Quartus II, as well as providing methods and test benches that can support all claims made about the platform’s reported behavior. A shared- memory loosely coupled multicore design was implemented, which can be horizontally scaled from 2 to 8 core tiles. A high- level Hardware Abstraction Layer (HAL) is written for the platform to simplify its use. Using Nios II/e processors as the logical cores in the platform’s core tiles gives predictable (mostly static) latencies when the platform is tested, showing no erratic or unexplained timing variations. However, due to the Round Robin (RR) nature of the arbitration logic in the Avalon Switch Fabric (ASF), composability was not fully achieved in the platform. Groundwork for implementing Time- Division Multiplexing (TDM) arbitration logic is proposed and will ideally be fully implemented in future work. / Mångkärniga processorsystem utmärker sig när det kommer till samkörning mellan applikationer. De ger en sann parallellism, där alla kärnor kan köra processorinstruktioner samtidigt. Mångkärniga system kommer med sina egna problem, framför allt när kärnorna ska dela komponenter så som minnesmoduler och Input/Output tillbehör. Den ökade komplexiteten gör att det är extra svårt att designa och verifiera säkerhetskritiska system som kräver körning i realtid, så som flygkontrollers på flygplan och styrenheter för krockkudden i bilar. Verifiering av att systemen är förutsägbara är essentiellt, detta behöver metoder för att mäta och hitta den värsta möjliga exekveringstiden (WCET) och den bästa möjliga exekveringstiden (BCET). Utöver detta måste designern säkerställa att processerna som körs på kärnorna är isolerade ifrån varandra (komponerbara). Detta arbetet består av att designa ett förutsägbart mångkärnigt system på chip (MPSoC) med Qsys och Quartus II, samt att ge metoder och testbänkar som kan bevisa systemets hävdade beteende. Ett löst kopplat mångkärnigt system med delat minne implementerades, där systemets kärnor kan ökas horisontellt från 2 till 8 stycken. Ett Hardware Abstraction Layer (HAL) skapades för systemet för att simplifiera användningen. Användningen av Nios II/e som processorkärna gav förutsägbara exekveringstider när systemet testades och visade inga oförklarliga tids variationer. Däremot, på grund av att Avalon Switch Fabric (ASF) tilldelar access med Round Robin (RR), är systemet inte komponerbart. Basen för att implementera Time- Division Multiplexing (TDM) istället är föreslaget och kommer idealt implementeras som fortsatt arbete.

Syftet med denna studie är att förbättra effektiviteten och noggrannheten hos YOLO-modeller genom att optimera dem, särskilt när de står inför begränsade datorresurser. Det akuta behovet av objektigenkänning i nära realtid i tillämpningar som övervakningssystem och autonom körning understryker betydelsen av bearbetningshastighet och exceptionell noggrannhet. Avhandlingen fokuserar på svårigheterna med att implementera komplexa modeller för objektidentifiering på enheter med låg kapacitet, nämligen Jetson Orin Nano. Den föreslår många optimeringsmetoder för att övervinna dessa hinder. Vi utförde flera försök och gjorde metodologiska förbättringar för att minska bearbetningskraven och samtidigt bibehålla en stark prestanda för objektdetektering. Viktiga komponenter i forskningen inkluderar noggrann modellträning, användning av bedömningskriterier och undersökning av optimeringseffekter på modellprestanda i verkliga miljöer. Studien visar att det är möjligt att uppnå optimal prestanda i YOLO-modeller trots begränsade resurser, vilket ger betydande framsteg inom datorseende och maskininlärning. / The objective of this study is to improve the efficiency and accuracy of YOLO models by optimizing them, particularly when faced with limited computing resources. The urgent need for near realtime object recognition in applications such as surveillance systems and autonomous driving underscores the significance of processing speed and exceptional accuracy. The thesis focuses on the difficulties of implementing complex object identification models on low-capacity devices, namely the Jetson Orin Nano. It suggests many optimization methods to overcome these obstacles. We performed several trials and made methodological improvements to decrease processing requirements while maintaining strong object detecting performance. Key components of the research include meticulous model training, the use of assessment criteria, and the investigation of optimization effects on model performance in reallife settings. The study showcases the feasibility of achieving optimal performance in YOLO models despite limited resources, bringing substantial advancements in computer vision and machine learning.

Unmanned, as well as manned space missions have seen a high failure rate in the early era of space technology. However, this decreased a lot since technology advanced and engineers learnt from previous experiences and improved critical real time systems with fault detection mechanisms. Fault detection, isolation and recovery, nowadays, is generally available in every flying device. However, the cost of hardware can bottleneck the process of creating such a system that is both robust and responsive. This thesis analyses the possibility of implementing a fault detection, isolation and recovery system inside of a single-threaded, cooperative scheduling operating system. The thesis suggests a cooperative implementation of such a system, where every task is responsible for parts of the fault detection. The analysis is done from both the integration layer, across the operating system and its tasks, as well as from the inside of the detection system, where two key components are implemented and analyzed: debug telemetry and operation modes. Results show that it is possible to implement a fault detection system that is spread across all the components of the satellite and acts cooperatively. Furthermore, the comparison with a traditional, dedicated fault detection system proves that errors can be caught faster with a cooperative mechanism. / Obemannade såväl som bemannade rymduppdrag har sett ett högt misslyckande i rymdteknikens tidiga era. Detta har dock förbättrats mycket sedan ingenjörer började lära sig av sina tidigare erfarenheter och utrustade kritiska realtidssystem med feldetekteringsmekanismer. Idag är alla flygande enheter utrustade med feldetekterings-, isolerings- och återställningsmekanismer. Däremot kan kostnaden för hårdvara vara ett problem för processen att skapa ett sådant system som är både robust och mottagligt. Denna uppsats analyserar möjligheten att implementera ett feldetekterings-, isolerings- och återställningssystem inuti ett enkelgängat samarbetsplaneringssystem. Denna uppsats föreslår ett samarbete för implementering av ett sådant system, där varje uppgift ansvarar för delar av feldetekteringen. Analysen görs från både integrationsskiktet, över operativsystemet och dess uppgifter, samt från insidan av detekteringssystemet, där två nyckelkomponenter implementeras och analyseras. Resultaten visar att det är möjligt att implementera ett feldetekteringssystem som täcker alla satellitkomponenter och som är mottaglig. Dessutom visar jämförelsen med ett traditionellt, dedikerat feldetekteringssystem att fel kan fångas snabbare med en mottagligmekanism. / Misiunile spat,iale cu oameni, atât cât s, i fara oameni, au avut o rata a es, ecurilor destul de ridicata în perioada init,iala a erei tehnologiei spat,iale. În schimb, aceasta a scazut semnificativ odata cu dezvoltarea tehnologiei, dar s, i datorita faptului ca inginerii au învat,at din experient,ele precendente s, i au îmbunatat, it sistemele critice în timp real cu mecanisme de detect,ie a erorilor. Sisteme de detect,ie, izolare s, i recuperare din erori sunt disponibile astazi în aproape toate sistemele spat,iale. Însa, costul echipamentelor poate împiedica crearea unor astfel de sisteme de detect,ie, care sa fie robuste s, i responsive. Aceasta teza analizeaza posibilitatea implementarii unui sistem de detect,ie, izolare s, i recuperare de la erori într-un satelit care este echipat cu un procesor cu un singur fir de execut,ie, care are un sistem de planificare cooperativ în sistemul de operare. Aceasta teza sugereaza o implementare cooperativa a unui astfel de sistem, unde fiecare proces este responsabil de câte o parte din detectarea erorilor. Analiza este realizata atât din perspectiva integrarii în sistemul de operare s, i procesele acestuia, cât s, i din interiorul acestui sistem de detect,ie, unde doua elemente importante sunt implementate s, i analizate: telemetria de depanare s, i modurile de operare. Rezultatele arata faptul ca este posibila implementarea unui sistem de detect,ie care este împart, it în toate componentele sistemului unui satelit s, i se comporta cooperativ. Mai departe, comparat,ia cu un sistem tradit,ional, dedicat, de detect,ie a erorilor arata ca erorile pot fi detectate mai rapid cu un sistem cooperativ.