Entre as principais dificuldades do desenvolvimento de software de qualidade está a especificação e o projeto conceitual. Neste contexto, a modelagem de sistemas tem um papel importante, pois torna possível a análise das características do projeto e sua validação antes da fase de implementação. Esta tese aborda o problema de modelagem e análise do software embarcado de piloto automático de um VANT utilizando UML e a ferramenta CASE Rational Rose RealTime. A partir do modelo obtido são utilizadas três abordagens para sua análise e avaliação: (1) aplicação de um conjunto de métricas no código gerado pela ferramenta CASE; (2) integração do modelo implementado na ferramenta CASE com um simulador da dinâmica do VANT, desenvolvido em MatLab, de forma a verificar o comportamento do sistema em malha fechada; e (3) conversão do modelo em UML para redes de Petri, um formalismo matemático que permite a verificação formal de propriedades do sistema.

Projetos de sensores embarcados para a área aeroespacial freqüentemente são especificados tendo mente restrições de espaço e de consumo de potência, uso em ambiente hostil, e também a disponibilidade e confiabilidade dos componentes para integrar um sistema embarcado. Mais do que isso, a necessidade de serem processadas diversas funções de controle, demodulação/processamento de sinal, monitoração e registro, todas elas em tempo real, pode levar a um conflito com as exigências das severas especificações técnicas. A integração desejada fica normalmente a cargo do computador de bordo ou, para não haver sobrecarga do mesmo, a cargo de subsistemas locais microprocessados. O presente trabalho aborda o problema de gerenciamento de funções que é exigido de um bloco girométrico de três eixos tipo strap-down, usado para determinar a atitude de veículos em vôo, com relação a um referencial fixo na superfície da Terra. E centra no caso particular de girômetros a fibra óptica, que possuem componentes ópticos e a fibra óptica, eletrônica analógica e digital própria, interfaces e mecânica fina de sustentação do conjunto. A relevância de tal dispositivo reside na impossibilidade de se fazer navegação precisa de um veículo por meios inerciais sem um conjunto girométrico de alta precisão. Para isso, o controle dos parâmetros ópticos e eletrônicos em tempo real é vital, e também o é a geração de sinais de modulação para a fase óptica e o posterior processamento de sinal dos fotodetectores, de modo a se extrair a taxa de rotação a que o veículo está sendo submetido na sua trajetória. Além disso, a monitoração e o registro de variáveis vitais permitem cumprir o ciclo de maturação desta tecnologia sensível durante ensaios em vôo. O presente trabalho apresenta o estudo e a implementação de redes de microcontroladores de pequeno tamanho para a execução destas funções, utilizando uma topologia especial para reduzir o tamanho de circuito e dos barramentos, analógico e digital, com o benefício da redundância que tal implementação permite. Para tal, discute-se inicialmente os pontos técnicos importantes de hardware e de programação demonstrando as dificuldades de implementação em um sistema monoprocessado. Posteriormente mostra-se a solução empregada utilizando rede de microcontroladores, descrevendo as tarefas dos seus diversos integrantes, bem como os resultados obtidos. E, por último, são apresentadas as considerações finais sobre o tema abordado nesta tese.

Os dispositivos eletrônicos, diariamente, estão presentes na vida dos seres humanos. Também encontrados em automóveis, onde recebem a denominação de Autotrônica, seu uso vem aumentando a cada modelo de veículo lançado no mercado. Esses dispositivos vêm apresentando funcionalidades mais complexas e críticas. Alguns dos dispositivos autotrônicos precisam reagir em Tempo-Real a estímulos determinísticos oriundos de outros sistemas embarcados no veículo. Por isso são classificados de Sistemas de Tempo-Real Autotrônicos, e se utilizam de software e hardware para cumprirem seus requisitos específicos. A fim de manter seus custos nos patamares mais baixos possíveis, alguns desses dispositivos autotrônicos se utilizam de hardware com baixo poder computacional, possuindo recursos mínimos, necessários e suficientes para realizarem suas missões. Com isso, cada vez mais, se faz necessário o desenvolvimento de softwares, para serem embarcados nesses hardwares, com maior qualidade, confiabilidade e segurança (safety). Projetistas, desenvolvedores e engenheiros atuantes nessa área, buscam, projeto a projeto, modelos mais eficientes para o desenvolvimento desses softwares. Atualmente, a utilização dos conhecimentos e modelos de desenvolvimento trazidos da Engenharia de Software para os sistemas de software autotrônicos, tais como utilização da Unified Modeling Language - UML e ferramentas de Model Driven Development - MDD, é pouco explorada na área, principalmente, devido à possibilidade de causar desperdício de recursos em hardware e atrasos no desenvolvimento do produto. Este trabalho de pesquisa apresenta uma proposta alternativa às abordagens tradicionais, para o desenvolvimento desses sistemas, através de um Modelo de Desenvolvimento para Sistemas de Software Autotrônicos MODDESSA. Com sua aplicação, foi possível se embarcar esses sistemas em hardware com baixo poder computacional utilizando os principais conceitos da UML, técnicas de Modelagem para a Programação Baseada em Objetos - PBO, ferramentas de MDD e técnicas pertinentes para se automatizar o processo de geração do código do software aplicativo, sem utilizar um Sistema Operacional de Tempo Real - SOTR, obtendo-se um estudo de caso contendo 3 (três) experimentos aplicáveis na área da autotrônica.

Este trabalho consiste no desenvolvimento de uma plataforma dedicada para a implementação de sistemas de controle longitudinal para o Boeing 747-400, utilizando diferentes topologias para a malha de controle. Inicialmente são estudados os conceitos de movimentação longitudinal para um corpo rígido, determinando o modelo aerodinâmico longitudinal completo e também os modelos aproximados para o período curto e longo de uma aeronave genérica. Usando os coeficientes de estabilidade e as derivadas longitudinais do Boeing 747-400, foram determinadas as equações dinâmicas para este avião. Conhecendo as equações dinâmicas para o Boeing 747-400 os controladores foram projetados usando duas topologias distintas de malha de controle. A malha de controle longitudinal composta por uma realimentação de taxa de arfagem é a topologia mais abordada neste trabalho. Utilizando esta abordagem foram projetados os controladores contínuos de altitude e velocidade vertical. Uma outra forma abordada para o projeto dos controladores contínuos de altitude e velocidade vertical, é feita substituindo a malha interna de taxa de arfagem por um sistema de compensação contínua, no qual será usado para estabilizar a resposta de saída da malha interna de controle do ângulo de arfagem. Os controladores contínuos projetados foram devidamente discretizados. As equações de diferença obtida no processo de discretização foram utilizadas para a implementação dos controladores no microprocessador Rabbit 2000. Os controladores digitais implementados no Rabbit 2000 são testado, verificado e validado usando o Boeing 747-400 disponível no simulador de vôo X-Plane. A interação entre o hardware dedicado e o PC portado pelo X-Plane é feita através do envio e recebimento de pacotes de dados por meio do módulo de comunicação Ethernet (TCP/IP) através do protocolo UDP (Uniform Datagram Protocol) disponíveis em ambos os sistemas. Os resultados obtidos nestes ensaios são comparados com os resultados das simulações do sistema de controle longitudinal usando os controladores projetados e as equações dinâmicas do Boeing 747-400 implementadas no MATLAB/SIMULINK.

Entre as principais dificuldades do desenvolvimento de software embarcado crítico e de tempo real está a especificação e o processo de verificação e validação apoiado ao projeto conceitual. Neste contexto, a modelagem de sistemas tem uma importante função, uma vez que um processo complexo possa ser analisado e validado antes de sua real implementação. Esta dissertação aborda o problema de verificação e validação de software embarcado de um satélite com configuração ACDH (Attitude Control and Data Handling) através de uma plataforma aerosuspensa com um grau de liberdade, utilizando a SysML, a ferramenta CASE TELELOGIC Rhapsody e a orientação das normas da ECSS (European Cooperation on Space Standardization). A partir do modelo obtido, são utilizadas três abordagens para análise e avaliação: (1) Especificação e gerenciamento dos requisitos, através dos conceitos determinados pela ECSS; (2) Modelagem do sistema e verificação dos requisitos, através do formalismo matemático dos autômatos utilizando a técnica de model checking através da ferramenta UPPAL; (3) Conversão do modelo em SysML, aplicando a Engenharia de Requisitos e o processo de verificação e validação do sistema, através da simulação na ferramenta CASE.

Atividades de pesquisa enfocando a síntese de sistemas dedicados ou de aplicação específica têm sido bastante intensa, motivada, entre outras causas pela diversidade de aplicações desta classe de sistemas, usados seja em eletrodomésticos, seja em processamento tridimensional, navegação e guiagem, entre outros. Este trabalho trata da implementação de processadores para sistemas dedicados a partir de um conjunto de instruções específicas para uma aplicação. Este conjunto de instruções é a especificação inicial e se deseja dispor de um hardware que o suporte. A fim de auxiliar o projetista nesta situação, neste trabalho é proposta uma abordagem de projeto baseada na visão de um processador constituído de duas partes: o processador de instruções, responsável pela coordenação das operações e o processador de dados onde os dados são transformados. Neste trabalho a função do processador de instruções é desempenhada por um software enquanto que o processador de dados é implementado usando uma ferramenta de síntese para componentes programáveis.