The integration between the computing world and the physical world in a single system is called Cyber-Physical Systems (CPS). CPS systems aim to improve understanding and influence in physical phenomena and environmental behaviors by computing means. The interaction of the computing world with the physical world, through the use of sensors, actuators and network communication often leads to the accomplishment of highly complex and multidisciplinary projects. Project management is a practice that enhances the success probability of a project, monitoring and controlling relevant aspects to the project execution. Project Management Body of Knowledge (PMBOK) is a set of best practices regarding project management which addresses ten knowledge areas aiming to support project managers from any application domain. Although PMBOK proposes a generic approach, some specialized practices for a particular application domain may benefit highly challenging projects. In this context, this research work aims to propose a set of best practices specific for CPS systems development projects. The proposed approach is called CPS-PMBOK (junction of terms cyber-physical systems and project management body of knowledge) and is based on PMBOK\'s three knowledge areas: scope, human resource and stakeholder. CPS-PMBOK includes: \\textit a CPS characterization model which supports the understanding of the system to be developed; and \\textit specializations of these three PMBOK\'s knowledge areas, which provide a whole new process for the project scope management as well as specific improvements of well-known techniques for both the human resource management and the stakeholders management. The goal of CPS-PMBOK is to enhance project effectiveness and CPS quality, embracing both project manager and developers. To evaluate CPS-PMBOK effectiveness and adherence, the practices were presented for project managers and developers in a R\\&D company. The practices: pre-elaborated list of requirements, specialized team division and technical trust showed as more relevant for each respective knowledge area, according to managers. For developers, the review requirements process, cross training and technical trust seems to contribute more for its respective knowledge areas / A integração entre o mundo computacional e o mundo físico em um único sistema é chamada de Sistemas Ciberfísicos (CPS - do inglês \"Cyber-Physical Systems\'\'). Sistemas CPS visam melhorar o entendimento e a influência nos fenômenos físicos por meios computacionais. A interação do mundo computacional com o mundo físico, por meio de sensores, atuadores e redes de comunicação, frequentemente leva à realização de projetos de alta complexidade e multidisciplinares. Gestão de projetos é uma prática que aumenta as chances de sucesso de um projeto, monitorando e controlando aspectos relevantes da realização do projeto. PMBOK (Project Management Body of Knowledge) é uma combinação de boas práticas relacionadas à gestão de projetos que trata dez áreas de conhecimento visando auxiliar gerentes de projeto de qualquer área de aplicação. Embora PMBOK proponha uma abordagem genérica, algumas práticas especializadas para determinadas áreas de aplicação particulares podem beneficiar projetos altamente desafiadores. Neste contexto, este projeto de pesquisa visa propor um conjunto de boas práticas para projetos de desenvolvimento de sistemas CPS. Essa abordagem é chamada de CPS-PMBOK (junção dos termos em inglês: cyber-physical systems e project management body of knowledge) e é baseada em três áreas de conhecimento do PMBOK: escopo, recursos humanos e partes interessadas. CPS-PMBOK inclui: (i) um modelo de caracterização de sistemas CPS que auxilia o entendimento do sistema a ser desenvolvido e (ii) especializações dessas três áreas de conhecimento do PMBOK, que fornecem um inteiramente novo processo para a gestão de escopo do projeto assim como melhorias específicas de técnicas conhecidas do PMBOK para os processos de gestão de recursos humanos e de gestão de partes interessadas. O objetivo da CPS-PMBOK é melhorar a eficácia do projeto e a qualidade do sistema CPS desenvolvido, abrangendo tanto o gerente de projeto quanto os desenvolvedores. Para avaliar a efetividade e aderência da CPS-PMBOK, as práticas foram apresentadas para gerentes de projeto e desenvolvedores em uma empresa de P&D. As práticas: listas pré-elaboradas de requisitos, divisão de equipes especializadas e confiança técnica mostraram-se mais relevantes para cada respectiva área do conhecimento, segundo os gerentes. Para os desenvolvedores, o processo de revisar requisitos, treinamento cruzado e confiança técnica pareceram contribuir mais para suas respectivas áreas do conhecimento

The integration between the computing world and the physical world in a single system is called Cyber-Physical Systems (CPS). CPS systems aim to improve understanding and influence in physical phenomena and environmental behaviors by computing means. The interaction of the computing world with the physical world, through the use of sensors, actuators and network communication often leads to the accomplishment of highly complex and multidisciplinary projects. Project management is a practice that enhances the success probability of a project, monitoring and controlling relevant aspects to the project execution. Project Management Body of Knowledge (PMBOK) is a set of best practices regarding project management which addresses ten knowledge areas aiming to support project managers from any application domain. Although PMBOK proposes a generic approach, some specialized practices for a particular application domain may benefit highly challenging projects. In this context, this research work aims to propose a set of best practices specific for CPS systems development projects. The proposed approach is called CPS-PMBOK (junction of terms cyber-physical systems and project management body of knowledge) and is based on PMBOK\'s three knowledge areas: scope, human resource and stakeholder. CPS-PMBOK includes: \\textit a CPS characterization model which supports the understanding of the system to be developed; and \\textit specializations of these three PMBOK\'s knowledge areas, which provide a whole new process for the project scope management as well as specific improvements of well-known techniques for both the human resource management and the stakeholders management. The goal of CPS-PMBOK is to enhance project effectiveness and CPS quality, embracing both project manager and developers. To evaluate CPS-PMBOK effectiveness and adherence, the practices were presented for project managers and developers in a R\\&D company. The practices: pre-elaborated list of requirements, specialized team division and technical trust showed as more relevant for each respective knowledge area, according to managers. For developers, the review requirements process, cross training and technical trust seems to contribute more for its respective knowledge areas / A integração entre o mundo computacional e o mundo físico em um único sistema é chamada de Sistemas Ciberfísicos (CPS - do inglês \"Cyber-Physical Systems\'\'). Sistemas CPS visam melhorar o entendimento e a influência nos fenômenos físicos por meios computacionais. A interação do mundo computacional com o mundo físico, por meio de sensores, atuadores e redes de comunicação, frequentemente leva à realização de projetos de alta complexidade e multidisciplinares. Gestão de projetos é uma prática que aumenta as chances de sucesso de um projeto, monitorando e controlando aspectos relevantes da realização do projeto. PMBOK (Project Management Body of Knowledge) é uma combinação de boas práticas relacionadas à gestão de projetos que trata dez áreas de conhecimento visando auxiliar gerentes de projeto de qualquer área de aplicação. Embora PMBOK proponha uma abordagem genérica, algumas práticas especializadas para determinadas áreas de aplicação particulares podem beneficiar projetos altamente desafiadores. Neste contexto, este projeto de pesquisa visa propor um conjunto de boas práticas para projetos de desenvolvimento de sistemas CPS. Essa abordagem é chamada de CPS-PMBOK (junção dos termos em inglês: cyber-physical systems e project management body of knowledge) e é baseada em três áreas de conhecimento do PMBOK: escopo, recursos humanos e partes interessadas. CPS-PMBOK inclui: (i) um modelo de caracterização de sistemas CPS que auxilia o entendimento do sistema a ser desenvolvido e (ii) especializações dessas três áreas de conhecimento do PMBOK, que fornecem um inteiramente novo processo para a gestão de escopo do projeto assim como melhorias específicas de técnicas conhecidas do PMBOK para os processos de gestão de recursos humanos e de gestão de partes interessadas. O objetivo da CPS-PMBOK é melhorar a eficácia do projeto e a qualidade do sistema CPS desenvolvido, abrangendo tanto o gerente de projeto quanto os desenvolvedores. Para avaliar a efetividade e aderência da CPS-PMBOK, as práticas foram apresentadas para gerentes de projeto e desenvolvedores em uma empresa de P&D. As práticas: listas pré-elaboradas de requisitos, divisão de equipes especializadas e confiança técnica mostraram-se mais relevantes para cada respectiva área do conhecimento, segundo os gerentes. Para os desenvolvedores, o processo de revisar requisitos, treinamento cruzado e confiança técnica pareceram contribuir mais para suas respectivas áreas do conhecimento

El estado actual y la previsible evolución de las tecnologías de la información y la comunicación se caracteriza por una inundación de dispositivos, muchos de ellos móviles, con altas capacidades de procesamiento, almacenamiento y comunicación en red, junto con una explosión de servicios proporcionados remotamente según diversos paradigmas de computación en la nube. Esta realidad impulsa el desarrollo de nuevas aplicaciones, muchas de ellas centradas en la ejecución de procesos analíticos y extracción de conocimiento a partir de la gran masa de datos producida, entre otras razones, por tal multiplicidad de dispositivos y servicios. Las nuevas aplicaciones presentan importantes retos tales como la necesidad de satisfacer ciertos parámetros de calidad de servicio, la ejecución de una parte de su procesamiento en tiempo real, la disponibilidad permanente de los servicios, el mantenimiento de la privacidad o el ahorro energético, entre otros. El objetivo general de este trabajo consiste en avanzar en la investigación y el desarrollo de modelos y arquitecturas distribuidas capaces de extraer ventaja de esta gran multiplicidad de recursos locales y remotos para favorecer la construcción de aplicaciones que aporten valor a la sociedad digital. La actividad investigadora se enmarca en el ámbito de tres importantes tendencias convergentes que marcan la actualidad y el futuro de las tecnologías de la información y la comunicación: Internet of things (IoT), computación en la nube (cloud computing) y big data. Dentro de este amplio abanico, el trabajo se centra particularmente en los llamados sistemas ciberfísicos, en los que se enfatiza el análisis y control de procesos físicos frente a la interconexión de dispositivos en la Internet global. Desde el punto de vista metodológico, el trabajo se encuadra en el área de la informática experimental. La actividad parte de la observación y detección de oportunidades de mejora en aplicaciones concretas. A partir de dicha observación se realiza una caracterización que engloba a todo un conjunto de posibles servicios. A continuación se diseñan modelos, arquitecturas y métodos que aportan soluciones a los problemas planteados. Finalmente, se lleva a cabo un proceso de validación experimental y posterior revisión mediante la puesta en marcha de prototipos y simulaciones. La principal contribución de la investigación es la concepción y desarrollo de modelos y arquitecturas basándose en dos pilares fundamentales que constituyen la hipótesis de trabajo: (1) la monitorización de la carga de los dispositivos locales y servicios en la nube, y (2) el cálculo o estimación del impacto de los procesos de los sistemas ciberfísicos en los recursos de computación disponibles en la red. Las soluciones propuestas permiten acrecentar los recursos disponibles de una forma flexible, poniendo en marcha estrategias que sopesen las variables relevantes tales como condiciones cambiantes de conectividad, el coste de los modelos de utilidad o el consumo de energía, pero manteniendo las restricciones con las que deben ejecutarse los procesos de la aplicación, tales como requerimientos de tiempo real, disponibilidad permanente o coste.

Sistemas Ciberfísicos (SCF) são sistemas onde existe uma união entre computação e física. Os SCF serão utilizados nas mais diversas áreas, formando uma nova era de produtos e estarão em qualquer lugar, sendo utilizados por qualquer um e para qualquer tarefa. Aplicações para SCF incluem sistemas e dispositivos médicos altamente confiáveis, controle de tráfego e segurança, sistemas automotivos avançados, controle de processos, conservação de energia, controle ambiental, aviação, instrumentação, controle de infra estrutura crítica, sistemas de defesa, fabricação e estruturas inteligentes. O cenário de sistemas ciberfísicos (SCF) exigirá dos processadores de sistemas embarcados melhorias em características além de processamento de I/O, consumo de energia e comunicação, ou seja, as futuras arquiteturas de processadores deverão possuir também características de segurança, tolerância à falhas e flexibilidade arquitetural para adequação aos diversos cenários alvo de SCF. Neste contexto, nesta tese de doutorado, idealizou-se uma arquitetura modular multicore (AMM), voltada à SCF, composta por processadores multicore, hardware dedicado ou ambos. Dessa maneira, propõe-se um processador para a arquitetura AMM e avalia-se seu correto funcionamento por meio de simulações no software Modelsim e ferramentas de simulação de circuitos integrados. Apresenta-se um protótipo para uma primeira versão da arquitetura AMM e detalham-se alguns programas especificamente escritos para comprovar as principais características da arquitetura. Na tese, apresentam-se testes funcionais em FPGA para o processador base do protótipo AMM, dados de utilização do protótipo do processador da arquitetura AMM em FPGA e um protótipo do processador da AMM em silício. Analisa-se o protótipo da arquitetura AMM com aplicações criticas e de uso em SCF, tais como: segurança, redundância, e tolerância a falhas; as quais permitem concluir que os processadores futuros de SCF devem ter essas características. A tese mostra que esses quesitos podem ser incluídos em sistemas embarcados com características multicore dedicados a aplicações e necessidades de sistemas SCF. / Cyber-physical Systems (CPS) are systems where there is an union between computing and physics. The CPS will be used in several areas, forming a new era of systems or devices and could be anywhere, being used by anyone and anything. Applications for CPS include highly reliable medical systems and devices, traffic control and security, advanced automotive, process control, energy conservation, environmental control, aviation, instrumentation, control of critical infrastructure, defense systems, manufacturing, and smart structures. So, CPS scenario needs requirements design of embedded systems, composed by processors with new features in addition to I/O processing, power consumption, and communication. Then, the future of processor architectures should also have security, fault tolerance, architectural adaptation and flexibility to various and different scenarios. In this context, in this thesis, it is proposed a modular architecture to multicore processor (AMM) to use in the CPS. It is composed by multicore processors, dedicated hardware or both. Thus, in this thesis, we have proposed one processor architecture and we have done verification based on simulations using Modelsim software and simulation tools for integrated circuits, and we have running applications programs to demonstrate the main features of the AMM architecture. We also show a prototype of AMM using FPGA as well as implementation data such as FPGA usage and resources in silicon area. It is also presented an ASIC prototype of AMM core. The prototype architecture of the AMM was analyzed with critical applications which are used in CPS, such as security, redundancy and fault tolerance, and these tests suggest that the future CPS processors must have those characteristics. Thus, the thesis shows that these aspects can be included in embedded systems with dedicated features to multicore applications and systems used in CPS.

Sistemas Ciberfísicos (SCF) são sistemas onde existe uma união entre computação e física. Os SCF serão utilizados nas mais diversas áreas, formando uma nova era de produtos e estarão em qualquer lugar, sendo utilizados por qualquer um e para qualquer tarefa. Aplicações para SCF incluem sistemas e dispositivos médicos altamente confiáveis, controle de tráfego e segurança, sistemas automotivos avançados, controle de processos, conservação de energia, controle ambiental, aviação, instrumentação, controle de infra estrutura crítica, sistemas de defesa, fabricação e estruturas inteligentes. O cenário de sistemas ciberfísicos (SCF) exigirá dos processadores de sistemas embarcados melhorias em características além de processamento de I/O, consumo de energia e comunicação, ou seja, as futuras arquiteturas de processadores deverão possuir também características de segurança, tolerância à falhas e flexibilidade arquitetural para adequação aos diversos cenários alvo de SCF. Neste contexto, nesta tese de doutorado, idealizou-se uma arquitetura modular multicore (AMM), voltada à SCF, composta por processadores multicore, hardware dedicado ou ambos. Dessa maneira, propõe-se um processador para a arquitetura AMM e avalia-se seu correto funcionamento por meio de simulações no software Modelsim e ferramentas de simulação de circuitos integrados. Apresenta-se um protótipo para uma primeira versão da arquitetura AMM e detalham-se alguns programas especificamente escritos para comprovar as principais características da arquitetura. Na tese, apresentam-se testes funcionais em FPGA para o processador base do protótipo AMM, dados de utilização do protótipo do processador da arquitetura AMM em FPGA e um protótipo do processador da AMM em silício. Analisa-se o protótipo da arquitetura AMM com aplicações criticas e de uso em SCF, tais como: segurança, redundância, e tolerância a falhas; as quais permitem concluir que os processadores futuros de SCF devem ter essas características. A tese mostra que esses quesitos podem ser incluídos em sistemas embarcados com características multicore dedicados a aplicações e necessidades de sistemas SCF. / Cyber-physical Systems (CPS) are systems where there is an union between computing and physics. The CPS will be used in several areas, forming a new era of systems or devices and could be anywhere, being used by anyone and anything. Applications for CPS include highly reliable medical systems and devices, traffic control and security, advanced automotive, process control, energy conservation, environmental control, aviation, instrumentation, control of critical infrastructure, defense systems, manufacturing, and smart structures. So, CPS scenario needs requirements design of embedded systems, composed by processors with new features in addition to I/O processing, power consumption, and communication. Then, the future of processor architectures should also have security, fault tolerance, architectural adaptation and flexibility to various and different scenarios. In this context, in this thesis, it is proposed a modular architecture to multicore processor (AMM) to use in the CPS. It is composed by multicore processors, dedicated hardware or both. Thus, in this thesis, we have proposed one processor architecture and we have done verification based on simulations using Modelsim software and simulation tools for integrated circuits, and we have running applications programs to demonstrate the main features of the AMM architecture. We also show a prototype of AMM using FPGA as well as implementation data such as FPGA usage and resources in silicon area. It is also presented an ASIC prototype of AMM core. The prototype architecture of the AMM was analyzed with critical applications which are used in CPS, such as security, redundancy and fault tolerance, and these tests suggest that the future CPS processors must have those characteristics. Thus, the thesis shows that these aspects can be included in embedded systems with dedicated features to multicore applications and systems used in CPS.