O presente trabalho tem como objetivo extrair conhecimento de um banco de dados que contém as mensagens de alerta geradas pelos computadores embarcados instalados nos veículos de uma grande frota usada no transporte coletivo urbano na cidade de São Paulo. Para tal foi aplicada a técnica de aprendizado de árvores de decisão. Nos experimentos foram usados os algoritmos CART, ID3 e C4.5 implementados nos softwares MATLAB R2007b, Sipina Research e WEKA 3.7.1. A base de dados usada contém cerca de 25 mil mensagens de alerta coletadas durante cerca de 2 meses de operação dos veículos que compõe o sistema de transporte público urbano. Os seguintes 4 atributos de entrada foram investigados: Área (Leste, Noroeste, Norte), Sentido (Centro-Bairro, Bairro-Centro), Período (Madrugada, Manhã, Tarde e Noite) e Dia Útil (Sim ou Não). Como atributo de saída foi usado as variavel ALERTA cujos os possíveis valores são: Catraca, Elétrica, Mecânica, Pneu, Terceiro e Veículo). As diferentes implementações de algoritmos investigadas geraram árvores de decisão similares contendo de 4 a 28 regras do tipo "SE-ENTÃO" com acurácia de 80% e precisão de 40% aproximadamente.

Este trabalho tem como objetivo a análise da aplicação de métodos formais para a modelagem e verificação de produtos de software embarcado para aplicações aeroespaciais de tempo-real. Como abordagem para modelagem, utilizam-se autômatos temporizados e a ferramenta UPPAAL. A verificação do modelo construído é realizada por meio da abordagem de model-checking, utilizando um conjunto de propriedades definidas em CTL que refletem os requisitos do sistema em análise. Particular ênfase é dada ao problema de verificação de requisitos de tempo no sistema em análise. Para tanto, a metodologia proposta inclui a modelagem não apenas do aplicativo de software mas também do sistema operacional que gerencia os diversos processos executados pelo software. Como estudo de caso utiliza-se o computador de bordo de um simulador de satélite com um grau de liberdade. Este estudo de caso inclui a determinação dos tempos utilizados para execução do software aplicativo e dos tempos utilizados pelo sistema operacional. Além da verificação dos requisitos de tempo do sistema, o estudo de caso apresenta uma análise de sensibilidade destes requisitos frente à variação de alguns parâmetros do sistema. Baseado nos resultados do estudo de caso, apontam-se as vantagens e limitações do uso da abordagem de model checking para verificação de sistemas de tempo real para aplicações aeroespaciais.

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.

Atualmente, o software embarcado vem sendo utilizado, principalmente e cada vez mais, para o controle e/ou monitoração de sistemas nas áreas aeroespacial, médica, nuclear, automotiva e de automação industrial. Um problema que tem sido verificado nesses sistemas e que tem causado especial interesse da comunidade científica é a ocorrência de inversões de bits, devidas principalmente à incidência de radiação eletromagnética e/ou partículas radioativas sobre componentes digitais de hardware que fazem parte dos computadores embarcados. Sob o ponto de vista da segurança, as inversões de bits constituem um problema que pode vir a alterar o comportamento do software embarcado de modo a levá-lo a estados perigosos, em conseqüências que podem chegar até à falha catastrófica do sistema. As soluções mais comuns atualmente adotadas utilizam diferentes enfoques. Algumas visam evitar que inversões de bits ocorram, outras visam compensar ou amenizar os efeitos das inversões de bits e outras visam detectar e/ou corrigir inversões de bits. Procurando, então, complementar as soluções já existentes, a busca de soluções alternativas para reduzir os perigos causados pela ocorrência de inversões de bits constituiu-se no principal fator motivador da pesquisa realizada. Assim sendo, este trabalho tem o objetivo de apresentar o desenvolvimento de uma metodologia para a redução dos efeitos perigosos de inversões de bits em sistemas críticos que utilizam conversores digitais-analógicos.

Software embutido para aplicações espaciais é geralmente crítico em relação á segurança e o seu desenvolvimento demanda grandes investimentos, tanto em recursos materiais como humanos. Para assegurar que o produto de software tenha a qualidade especificada, é necessária a utilização de estratégias bem fundamentadas para incorporar as características requeridas por essa aplicação específica em todas as fases do processo de desenvolvimento. A base para o estabelecimento de um processo de engenharia é o uso de técnicas de ferramentas apropriadas, de modo organizado e métodico, para a obtenção de um produto com um nível de qualidade especificado. Para isso é necessário a criação de padrões para nortear o trabalho conjunto de gerentes, engenheiros de sistemas e de software, juntamento com o grupo da garantia da qualidade. Este trabalho apresenta um guia para padronização do desenvolvimento de software para aplicações espaciais de maneira a incorporar os atributos de confiança no funcionamento de software a cada fase de vida do software, através da recomendação de técnicas baseadas na criticalidade potencial que cada item de software representa para todo o sistema. As aplicações futuras do guia, a curto e a longo prazo, para criação de padrões em vários níveis são destacadas na conclusão deste trabalho, que também aponta as principais linhas de pesquisas que podem ser baseadas ou motivadas por ele. As considerações finais mostram alguns aspectos práticos baseados na experiência do desenvolvimento de software para os satélites do INPE, e reforçam a necessidade do envolvimento de toda a organização no esforço de padronização.

A constante evolução tecnológica na área de circuitos integrados, tem feito crescer o uso de sistemas computacionais em aplicações consideradas críticas, ou seja, aplicações nas quais o mau funcionamento pode provocar grandes perdas econômicas, ou causar danos a vidas humanas e ao meio ambiente. Estes sistemas exigem o uso de técnicas de tolerância a falhas, como mais uma ferramenta para se conseguir cumprir os requisitos de confiabilidade definidos para o sistema. Algumas dessas aplicações críticas, tais como computadores de bordo de microssatélites, requerem grande capacidade de processamento e armazenamento. Estes requisitos muitas vezes não podem ser cumpridos por um sistema computacional centralizado, então é necessário o uso de um sistema distribuído. Os principais problemas na implementação de sistemas distribuídos tolerantes a falhas, estão relacionados à complexidade das tarefas de roteamento de mensagens e tolerância a falhas. Estas tarefas demandam um grande esforço de desenvolvimento, implementação e execução. Este trabalho apresenta uma análise do uso do dispositivo de roteamento dinâmico de mensagens ICR C416, em sistemas computacionais distribuídos tolerantes a falhas que utilizam o processador transputer. A aplicação escolhida para este trabalho é baseada no computador de bordo do primeiro Satélite de Aplicações Científicas Brasileiro SACI-1. É apresentada a arquitetura geral do hardware e do software do sistema proposto e são descritos seus algoritmos de roteamento de mensagens e de tolerância a falhas. Finalmente, é feita uma análise do comportamento deste sistema na presença de falhas. Esta análise é feita utilizando-se um software de simulação desenvolvido especialmente para esta finalidade.

Este trabalho avalia duas leis de controle com atuação magnética para estabilização e apontamento de um satélite universitário de baixo custo, a ser lançado de carona e que deverá operar estabilizado por rotação (spin) em torno do seu eixo de maior momento de inércia. As duas leis de controle objetivam, partindo da separação do veículo lançador, apontar o eixo de maior momento de inércia do satélite em direção ortogonal ao plano da eclíptica e prover a rotação desejada para sua estabilização. Essa escolha de direção simplifica a análise da estabilidade das leis de controle. Pretende-se que os painéis solares nas laterais do satélite captem mais eficazmente energia solar para carregar as baterias embarcadas. Adicionalmente, o calor gerado pelos componentes embarcados pode ser dissipado pelos painéis superior e inferior do satélite, que não deverão ser demasiadamente expostos ao Sol. A primeira lei de controle é baseada no erro entre momentum angular de referência e o momentum angular do satélite. Já a segunda lei de controle é baseada no erro entre a velocidade angular de referência e a velocidade angular satélite. A primeira lei de controle apresentou resultado insatisfatório quando o movimento inicial foi de capotamento e não havia amortecimento de nutação passivo. No capotamento, a segunda lei investigada mostrou-se muito lenta no apontamento do satélite, o que representa risco para a missão, pois requer maior quantidade de carga elétrica. Assim, foi motivada a inclusão de amortecedor de nutação para auxílio ao sistema de controle. A malha de controle integra-se com os filtros de Kalman estendidos investigados em SANTOS (2008) para estimar o bias de magnetômetro, atitude e velocidade angular. O desempenho é reavaliado a partir de simulações de Monte Carlo, com 50 realizações, utilizando incertezas na estimativa inicial do filtro de Kalman maiores do que as utilizadas originalmente por SANTOS (2008) no movimento lento. Os sensores de baixo custo são um magnetômetro triaxial e sensores de Sol. Os atuadores de baixo custo são magnetotorqueadores com bobinas com núcleo de ar. Este trabalho também considera a dinâmica da corrente elétrica que circula pelas bobinas para avaliar o impacto da dispensa de drivers para regulação da corrente elétrica e consequente simplificação do sistema de acionamento dos atuadores. Também verifica o impacto da variação na tensão no barramento de alimentação elétrica dos atuadores. Inicialmente, o satélite é considerado como corpo rígido. Para amortecer mais eficazmente o ângulo de nutação, cujo decaimento leva dias no controle de atitude com atuação puramente magnética (WASCHBURGER, 2009), investiga-se o auxílio de um amortecedor mecânico de nutação. Nele, uma pequena massa sofre deslocamento devido ao movimento de nutação. O atrito drena energia cinética e, assim, busca-se alinhar o eixo de rotação com o eixo de maior momento de inércia. Resultados mostraram que o uso desta técnica é eficaz para as condições investigadas. São investigados amortecedores mecânicos de nutação com atrito viscoso e com atrito seco. As duas leis de controle investigadas apresentaram resultados satisfatórios quando foram adicionados amortecedores de nutação, isto é, o satélite foi devidamente apontado ortogonalmente à eclíptica em torno do quinto dia de operação. São comparados os resultados obtidos por simulação numérica em ambiente Matlab/Simulink, cuja precisão numérica é dupla, com resultados obtidos com HIL (Hardware-in-the-loop). Neste, uma réplica do computador embarcado se encarrega de executar os filtros de Kalman estendidos, modelos de referência e a lei de controle. Verificou-se o impacto dos erros numéricos do computador embarcado, cuja precisão numérica é simples, com apenas 32 bits.

Este trabalho propõe e avalia a aplicação da técnica de verificação model checking no desenvolvimento de software embarcado de satélites universitários. Inicialmente, apresenta uma revisão do cenário atual de projetos de satélites universitários, com foco no computador de bordo e a adoção de normas para este subsistema. Esta revisão aponta que os satélites universitários tendem a adotar estratégias simples e de baixo custo para garantir dependabilidade, o que torna o uso de model checking uma solução atrativa, viável e factível para verificação da especificação de software embarcado crítico destes satélites. Como estudo de caso, utiliza-se a ferramenta UPPAAL, baseada em autômatos temporizados, para verificação da especificação de software do módulo de comunicação (CM) do computador de bordo do satélite universitário ITASAT. Este módulo executa programas sequenciais que contemplam: recepção de telecomando, execução de comandos diretos, verificação dos principais canais e envio de telemetria. A primeira etapa do processo de aplicação de model checking consistiu na modelagem, de forma isolada, de cada um dos dois submódulos do CM. Para cada modelo, foram feitas verificações de propriedades básicas e dos requisitos de software. Foras discutidas estratégias práticas para contornar o problema de explosão de número de estados. Numa segunda etapa, os modelos dos dois submódulos foram integrados em um único modelo. Para o modelo integrado, foram verificadas as propriedades de alcançabilidade, ausência de deadlock e propriedades referentes a interação entre os módulos. Apesar das restrições de comandos disponíveis, devido ao problema de explosão de estados, foram criados cenários de verificação para observar a relação entre módulos. Ao final, conclui-se que a utilização do model checking permitiu a identificação de erros e de oportunidades de melhoria na especificação de requisitos e que é uma solução viável para atender a proposta de satélites universitários.

Automação de veículos é uma ciência que vem crescendo nos últimos anos, ganhando espaço no setor militar e, principalmente, nas áreas de monitoramento e segurança, tanto pessoal quanto governamental.Este trabalho desenvolveu um sistema de navegação e determinação de atitude inercial para aeronaves não tripuladas, baseado em sensores de baixo custo. Utilizaram-se acelerômetros, girômetros e magnetômetros para inicializar e determinar a atitude da aeronave durante o voo, definida pelos três ângulos de Euler, ?, ?, ?; e computada através da matriz de rotação DCM. Foram incluídos sensores para posicionamento via GPS e de informações atmosféricas de altitude-pressão e velocidade em relação ao ar. Para que seja possível extrair o máximo de precisão utilizando sensores de baixo custo, foi estudado o processo de calibração de cada sensor, sendo que parâmetros de correção foram calculados individualmente para cada sensor, em vez de utilizar-se dos parâmetros típicos fornecidos pelos fabricantes. Foi feito um voo de teste com o sistema de navegação embarcado em um aeromodelo, e os valores de cada variável puderam ser comparadas com as demais para que, efetuando-se o cruzamento de informações, se verificasse a correta execução do sistema implementado.

A tecnologia embarcada está se tornando dominante em muitas áreas, tais como comunicação, aeroespacial, manufatura e controle de processos, equipamentos médicos entre outras. No setor automotivo estão se tornado elementos fundamentais para propiciar mais segurança e desempenho operacional. Recentes Leis de Trânsito que tornam obrigatória a instalação em carros novos de equipamentos especiais, como rastreadores e freios ABS, estão criando oportunidades para empresas nacionais desenvolverem soluções que cumpram essas exigências. Entretanto, os processos de desenvolvimento praticados pelas empresas, principalmente pequenas e médias, não estão adequados à dinâmica do setor automobilístico. Para atender esse mercado é essencial a utilização de um conjunto de boas práticas de engenharia de sistemas de modo a reduzir os custos e aumentar a agilidade, tornando eficiente o processo de desenvolvimento de produtos. O objetivo desta dissertação é formular uma metodologia de desenvolvimento de sistemas embarcados automotivos, adequada às empresas de tecnologia de pequeno porte. Foi proposto um Framework de Desenvolvimento que agregou conceitos de engenharia de software baseada em componentes e plataforma de hardware reutilizável, associados à técnica de teste Pair-wise. A metodologia proposta foi avaliada através de um estudo de caso de um fabricante de sistemas embarcados. Foram comparados dois tipos de desenvolvimentos de um sistema de rastreamento veicular. O primeiro foi baseado no método tradicional e o segundo utilizou o Framework de Desenvolvimento. Os resultados mostraram que o método proposto, proporciona no longo prazo uma redução de custos de desenvolvimento da ordem de 30 %. Uma perspectiva que se vislumbra é a aplicação desta metodologia de desenvolvimento em outros segmentos da indústria além do setor automobilístico.