Existe uma demanda crescente na indústria aeronáutica por redes de comunicação baseadas em barramentos bidirecionais e capazes de lidar com um maior volume de tráfego produzido pelos modernos sistemas aviônicos, para substituir os padrões antigos, a exemplo do ARINC 429. Estas novas redes devem oferecer confiabilidade e segurança compatíveis com sistemas embarcados distintos, com níveis de criticalidade diferentes, e em grande integração. Por outro lado, há uma preocupação das autoridades certificadoras de aviação em definir normas aplicáveis à integração dessas tecnologias em desenvolvimento aos novos projetos. Neste trabalho, a evolução destas tecnologias é brevemente apresentada e são discutidas as principais características de alguns padrões industriais para redes recentemente disponíveis no mercado: FlexRay, TTP/C, ARINC 629 e AFDX. Esta discussão é orientada por critérios que estão relacionados a segurança e desempenho, conforme as considerações da AC 20-156, publicada pelo FAA em 2006. Desenvolve-se uma análise de risco funcional, e são discutidas algumas hipóteses de falha. São também apresentados conceitos de determinismo e influência do overhead sobre protocolos de comunicação.

Os Sistemas de Manutenção Embarcados atuais das aeronaves executivas VLJ e LJ não são explorados em todo seu potencial. O downtime dessas aeronaves, tempo de indisponibilidade da aeronave para realização de manutenção, é alto em função dos processos de manutenção executados atualmente. O objetivo do trabalho foi de analisar melhorias para os SMEs que visam diminuir o downtime, trazendo para o SME funções de monitoramento de eventos extremos, ativação de built-in tests, integração com Data Link e publicações técnicas. Concluiu-se que incorporar as funções propostas traz uma redução de 81% no downtime na execução dessas funções e uma redução de 17% no downtime global das aeronaves, um resultado bastante expressivo dentro do contexto executivo.

Este trabalho aborda o desenvolvimento de software embarcado em plataformas de aeronaves civis baseando-se na norma DO-178B, que é o guia de desenvolvimento reconhecido pelas autoridades aeronáuticas. Nele, foram estruturadas tarefas e documentações necessárias para atender as exigências da norma para o desenvolvimento de um software Nível C, com foco nos Requisitos de Alto Nível, além de apresentar modelos e exemplos realísticos para se atingir os meios de conformidade com a norma.

Produtos complexos, como uma aeronave, exigem um grande número de projetos de software desenvolvidos paralelamente. No desenvolvimento de software aeronáutico, a conformidade com a norma DO-178C é um desafio e métricas podem auxiliar a sua avaliação e aderência. Este trabalho propõe a criação de um conjunto de métricas de conformidade com objetivos da DO-178C relacionados à fase de desenvolvimento para projetos de software aeronáutico embarcado, monitorando atrasos no cronograma de certificação da aeronave. Estas métricas foram criadas utilizando o modelo PSM (Prática de Medição de Software e Sistemas) como guia. Ao final, um estudo de caso é realizado utilizando as métricas em um projeto de software embarcado aeronáutico real.

Vários fabricantes estão adotando a linguagem Java para desenvolvimento de suas aplicações com intuito de diminuir custos de desenvolvimento, principalmente devido as novas funcionalidades de conexão exigidas pelo mercado.As características da linguagem Java tais como, simplicidade, portabilidade, segurança, reusabilidade e suporte, têm atraído o mercado de sistemas embarcados.Atualmente as aplicações Java podem ser executadas utilizando-se compiladores Java, Máquina Virtual Java (JVM), compiladores Just In Time (JIT) ou processadores Java. Alguns fabricantes têm unido as ferramentas de execução das aplicações Java, com o objetivo de aumentar a velocidade de execução.O objetivo deste trabalho é apresentar um estudo sobre a aplicabilidade da plataforma Java em sistemas embarcados, envolvendo as ferramentas que o mercado tem disponibilizado e apresentar um estudo de caso utilizando uma ferramenta denominada Tiny Internet Interface (TINI), fabricada pela Dallas Semiconductor, através da qual é possível desenvolver várias aplicações utilizando as interfaces serial, paralela, Ethernet, 1-Wire e Rede Controladora de Area (CAN).

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.

A abordagem de safety na aviação civil, por ser fortemente baseada na falha de componentes como principal causa de acidentes, influenciou a maneira como se desenvolve e certifica o software embarcado. Várias autoridades certificadoras reconhecem a norma RTCA/DO-178B como meio aceitável para certificação de software crítico embarcado na aviação civil. Nela, o software é visto como um item do componente e deve ter um nível de integridade compatível com sua função desempenhada nesse componente. Essa integridade se traduz em grau de cuidado no desenvolvimento e rigor de testes do software, ou seja, safety é endereçado de forma indireta, pois falhas de software que têm potencial de afetar safety não são explicitamente identificadas e tratadas. Essa abordagem indireta tem sido questionada e o uso de novas tecnologias no desenvolvimento de software tem exposto suas limitações. Paralelamente, a engenharia de safety amadureceu e diversas técnicas foram desenvolvidas para avaliação de safety da aeronave e seus sistemas. Esse trabalho tem como objetivo adicionar a abordagem direta de safety de software na prática corrente de desenvolvimento e certificação de software crítico embarcado em aeronaves civis. Uma abordagem direta de safety de software é capaz de complementar a prática corrente, minimizando as dificuldades que o uso de novas tecnologias tem introduzido no processo de certificação. É apresentada a prática corrente dentro do contexto de desenvolvimento e certificação da aeronave e seus sistemas, e algumas das novas tecnologias e seus impactos. Em seguida, é introduzido o modelo que adicionada abordagem direta de safety de software. Finalizando, são identificados os benefícios desse modelo em relação às novas tecnologias apresentadas, e feita descrição de casos reais e de trabalhos da comunidade da aviação civil e acadêmica para fornecer evidências que dão suporte ao modelo apresentado.

Esta tese apresenta uma proposta de sistema de arquitetura com redundância de hardware do tipo ativa visando deixar o sistema com maior robustez à presença de falhas no sistema e aumentando a confiabilidade, tendo como foco aplicações em sistemas embarcados. São descritos os procedimentos e arquitetura, sendo efetuada uma implementação em bancada utilizando a proposta de arquitetura deste trabalho com o objetivo de fazer a validação de conceitos. Serão apresentados resultados teóricos e práticos que foram obtidos, onde foi observado o correto gerenciamento do sistema redundante. Os procedimentos adotados pelo sistema diante a inserção de falhas foram satisfatórios, sendo condizentes com os resultados teóricos esperados. Para tornar mais visível e compreensível as atividades nos sub-sistemas, será apresentada a modelagem utilizando redes de Petri, onde são modeladas inserções de falhas e procedimentos do gerenciamento da redundância.

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.