Embedded systems, including critical embedded systems (CES) are increasingly present in the modern society, providing specific solutions from small to large complex systems, such as in cars, airplanes, and healthcare equipment. Failures in these systems can result in damage to human beings, and to the environment, or can represent an unrecoverable financial loss. In this sense, it is very important to ensure they are built with quality. To provide such quality, it is necessary to consider their software architecture, which impacts on the quality of the systems. This way, the main objective of this Masters project is to propose a quality model concerning the most important quality attributes for CES, which may be used to support (but not limited to) architectural activities such as analysis and evaluation in the context of CES. / Sistemas embarcados, incluindo sistemas embarcados críticos (SEC), estão cada vez mais presentes na sociedade moderna, provendo soluções específicas que variam de sistemas pequenos até sistemas grandes e complexos, como é possível encontrar em carros, aviões e equipamentos médicos. Falhas nesses sistemas podem resultar em danos à seres humanos e ao meio ambiente, ou então em uma perda financeira irrecuperável. Sendo assim, é muito importante garantir que os SEC sejam construídos e apresentem um nível adequado de qualidade. Para garantir que esses sistemas alcancem tal qualidade, é necessário considerar sua arquitetura de software, já que esta impacta de maneira significativa na qualidade do software enquanto artefato ou produto. Deste modo, o objetivo deste projeto de mestrado é de propor um modelo de qualidade que contém os atributos de qualidade mais importantes para SEC, servindo como artefato para apoiar a execução de atividades arquiteturais (além de outras que possam se beneficiar) tais como análise e avaliação, no contexto de SEC.

Embedded systems, including critical embedded systems (CES) are increasingly present in the modern society, providing specific solutions from small to large complex systems, such as in cars, airplanes, and healthcare equipment. Failures in these systems can result in damage to human beings, and to the environment, or can represent an unrecoverable financial loss. In this sense, it is very important to ensure they are built with quality. To provide such quality, it is necessary to consider their software architecture, which impacts on the quality of the systems. This way, the main objective of this Masters project is to propose a quality model concerning the most important quality attributes for CES, which may be used to support (but not limited to) architectural activities such as analysis and evaluation in the context of CES. / Sistemas embarcados, incluindo sistemas embarcados críticos (SEC), estão cada vez mais presentes na sociedade moderna, provendo soluções específicas que variam de sistemas pequenos até sistemas grandes e complexos, como é possível encontrar em carros, aviões e equipamentos médicos. Falhas nesses sistemas podem resultar em danos à seres humanos e ao meio ambiente, ou então em uma perda financeira irrecuperável. Sendo assim, é muito importante garantir que os SEC sejam construídos e apresentem um nível adequado de qualidade. Para garantir que esses sistemas alcancem tal qualidade, é necessário considerar sua arquitetura de software, já que esta impacta de maneira significativa na qualidade do software enquanto artefato ou produto. Deste modo, o objetivo deste projeto de mestrado é de propor um modelo de qualidade que contém os atributos de qualidade mais importantes para SEC, servindo como artefato para apoiar a execução de atividades arquiteturais (além de outras que possam se beneficiar) tais como análise e avaliação, no contexto de SEC.

Sistemas embarcados críticos (SEC) correspondem aos sistemas embarcados para aplicações críticas, que são aplicações nas quais falhas podem por vidas em perigo. A crescente imersão deste tipo de sistema em nossas atividades cotidianas aumentou sua demanda, e consequentemente, a necessidade por novas técnicas de desenvolvimento que possam aumentar a produtividade dos desenvolvedores. Linha de produtos (LP) é uma técnica de reúso, na qual famílias de produtos similares são desenvolvidos em conjunto, e portanto, objetiva-se o desenvolvimento em larga escala. Com a utilização de LP, pode-se reusar requisitos e arquitetura de forma sistemática. Entretanto, o reúso no domínio de sistemas embarcados críticos ainda é visto de forma cética. Por outro lado, o domínio de SEC tem obtido avanços de desenvolvimento por meio de técnicas orientadas a modelo. A Engenharia orientada a modelos (MDE) concentra-se na importância de modelos no ciclo de vida do sistema, tornando-os parte do produto final. Assim, mantêm-se os modelos simples, e a maioria da complexidade do software passa a pertencer às transformações, que podem ser obtidas automaticamente por motores de transformação. Isso ajuda a aumentar a qualidade do produto final, bem como facilitar a futura evolução do software, que poderá ser feita mudando-se os modelos de alto nível e obtendo-se, de forma automática, o novo produto. MDE é particularmente útil no domínio de SEC, pois a partir de modelos corretos do problema, a chance de introdução de erros durante a codificação é menor se geradores de aplicações forem utilizados em vez de codificação manual. Além disso, o aumento no nível de abstração proporcionado pelo MDE permite que técnicas de validação e verificação sejam usadas desde os estágios iniciais de desenvolvimento, tais como co-design e co-simulação. Portanto, este trabalho visa defender a tese de que é possível oferecer os benefícios do desenvolvimento em larga escala para o domínio de SEC e ainda continuar se beneficiando de técnicas de MDE. Para corroborar esta tese, define-se uma abordagem de desenvolvimento de linha de produtos de sistema com uso de técnicas de engenharia orientada a modelos para o desenvolvimento de famílias de sistemas embarcados críticos. Além disso, apresenta-se um estudo de caso de marca-passo elaborado segundo as indicações da abordagem proposta que indicam a viabilidade de sua utilização. / Safety-critical embedded systems (SCES) correspond to embedded systems for critical applications, i.e., applications where lives can be lost if they fail. The increasing immersion of this type of system in our daily activities increased their demand and, consequently, the need for new development techniques that can increase developers productivity. Product Line (LP) is a promising technique for reuse, in which families of similar products are developed together and, therefore, it aims at large-scale development. With the use of LP we can reuse requirements and architecture systematically. However, developers remain sceptical about reuse in the SCES domain, mainly due to problems in the past, such as the failure of the spacecraft Ariane 5. In addition, advances in development of techniques for the SEC domain have been obtained, for example through model-driven engineering (MDE) approaches. MDE focuses on the importance of models in the software life cycle, making them part of the final product. So, it keeps models simple, and most of the software complexity belongs to the transformations that can be obtained automatically by transformation engines. This helps increasing the quality of the final product, and facilitate the future development of software that can be done by changing the high level models and obtaining, automatically, the new product. MDE is particularly useful in the SCES domain because, from correct models of the problem, the chance of introducing errors during coding is smaller if generators are used in the development instead of manual coding. In addition, the increased level of abstraction provided by MDE allows the use of validation and verification techniques since the early stages of development, such as co-design and co-simulation. Therefore, this work aims to defend the thesis that it is possible to offer the benefits of large-scale development for the SCES domain and still continue to benefit from MDE techniques. In support of this thesis, we define a system product line approach using model-driven techniques for the development of safety-critical embedded families. In addition, we present a case study prepared according to the directions of approach.

Este trabalho contempla o estudo de algoritmos criptográficos para assegurar a comunicação entre sistemas embarcados críticos tendo em vista o grande crescimento na utilização e disseminação desse tipo de sistema, bem como a alta necessidade em se assegurar as informações que são enviadas e recebidas. Um dos desafios a serem contemplados é o estudo e a avaliação do impacto no desempenho desses sistemas, levando em consideração limitações de recursos inerentes a esta plataforma e a criticidade da comunicação em sistemas de tempo real. Os experimentos realizados são de cunho prático por meio de um protótipo implementado em kits Gumstix Overo EVM. Os resultados avaliam os principais algoritmos de criptografia, provendo informações que podem auxiliar na escolha de uma solução criptográfica própria para ambientes embarcados / This research includes the study of cryptographic algorithms to ensure communication among critical embedded systems, considering the large growth of application and dissemination of this type of system, as well as the high necessity to ensure the security of information that is exchanged. One of the challenges to be addressed is the study and evaluation of the performance impact in these systems, considering resource constraints inherent to the platform and the criticality of the communication in real-time systems. The experiments are of practical lead through a prototype implemented in Gumstix Overo EVM kits. The results evaluate the main encryption algorithms, providing information that may help in choosing a cryptographic solution suitable for embedded environments

Modelos de arquitetura têm sido utilizados para permitir o desenvolvimento mais adequado e estruturado de sistemas, desde os mais simples até os mais complexos. A utilização desses modelos em sistemas embarcados, principalmente quando se trata de sistemas embarcados críticos, como é o caso de veículos aéreos não tripulados (VANT), visam a permitir conformidades de padrões, redução no tempo de produção, redução e facilidade no processo de manutenção e desenvolvimento. Sistemas embarcados críticos possuem requisitos específicos, tais como alta confiabilidade e resposta em tempo real, segurança e desempenho. A definição de um modelo arquitetural que permita que esses quesitos sejam levados em consideração, propicie o atendimento aos padrões, além de permitir o desenvolvimento correto e acelerado é inovador, permitindo que não só a comunidade científica venha a ter benefícios com a sua concepção, mas também a indústria brasileira possa ganhar. Nesse sentido, este trabalho desenvolveu um modelo de arquitetura para a interconexão de sistemas aéreos não tripulados (SANTs) em Unified Modeling Language (UML)/System Modelling Language (SysML) denominado LARISSA (Layered ARchitecture model for Interconnection of SystemS in uAs). Como resultado deste trabalho foi possível a modelagem e especificação completa de um SANT fazendo uso desse modelo e a realização de diversos experimentos que permitiram validar o LARISSA. Os experimentos, focados na parte de comunicação, permitiram a concepção de um simulador de redes de VANTs. Os resultados obtidos demonstraram a eficiência e a eficácia do modelo de arquitetura LARISSA, além da sua flexibilidade em permitir que diferentes experimentos possam ser realizados, o que auxilia na obtenção de dados que facilitam o processo de certificação desses VANTs. / Architecture models have been used to allow more adequate and structured development of systems, from the simplest to the most complex. The use of models in embedded systems are used to enable compliance standards, reduction in production time and ease of maintenance and development, especially when it comes to critical embedded systems such as unmanned aerial vehicles. Critical embedded systems have specific requirements, such as high reliability and real-time response, security and performance. The definition of an architectural model that deals with these requirements and standards and provides the service to standards allowing the correct and fast development is innovative and will provide benefits to the scientific and industrial communities. In this sense, this work developed an architectural model for the interconnection of Unmanned Aerial Systems (UAS) in Unified Modeling Language (UML)/System Modelling Language (SysML) called LARISSA (Layered ARchitecture model for Interconnection of SystemS in uAs). As a result of this development it was possible the modelling and specification of a complete UAS and the conduction of several experiments that allowed LARISSA validation. The experiments focused on the communication enabled the design of a UAV networks simulator. The results showed the efficiency and effectiveness of LARISSA architecture model, as well as its flexibility in carrying out different experiments, which helps in getting data to facilitate the certification process of these UAVs.

Sistemas embarcados críticos (SEC) correspondem aos sistemas embarcados para aplicações críticas, que são aplicações nas quais falhas podem por vidas em perigo. A crescente imersão deste tipo de sistema em nossas atividades cotidianas aumentou sua demanda, e consequentemente, a necessidade por novas técnicas de desenvolvimento que possam aumentar a produtividade dos desenvolvedores. Linha de produtos (LP) é uma técnica de reúso, na qual famílias de produtos similares são desenvolvidos em conjunto, e portanto, objetiva-se o desenvolvimento em larga escala. Com a utilização de LP, pode-se reusar requisitos e arquitetura de forma sistemática. Entretanto, o reúso no domínio de sistemas embarcados críticos ainda é visto de forma cética. Por outro lado, o domínio de SEC tem obtido avanços de desenvolvimento por meio de técnicas orientadas a modelo. A Engenharia orientada a modelos (MDE) concentra-se na importância de modelos no ciclo de vida do sistema, tornando-os parte do produto final. Assim, mantêm-se os modelos simples, e a maioria da complexidade do software passa a pertencer às transformações, que podem ser obtidas automaticamente por motores de transformação. Isso ajuda a aumentar a qualidade do produto final, bem como facilitar a futura evolução do software, que poderá ser feita mudando-se os modelos de alto nível e obtendo-se, de forma automática, o novo produto. MDE é particularmente útil no domínio de SEC, pois a partir de modelos corretos do problema, a chance de introdução de erros durante a codificação é menor se geradores de aplicações forem utilizados em vez de codificação manual. Além disso, o aumento no nível de abstração proporcionado pelo MDE permite que técnicas de validação e verificação sejam usadas desde os estágios iniciais de desenvolvimento, tais como co-design e co-simulação. Portanto, este trabalho visa defender a tese de que é possível oferecer os benefícios do desenvolvimento em larga escala para o domínio de SEC e ainda continuar se beneficiando de técnicas de MDE. Para corroborar esta tese, define-se uma abordagem de desenvolvimento de linha de produtos de sistema com uso de técnicas de engenharia orientada a modelos para o desenvolvimento de famílias de sistemas embarcados críticos. Além disso, apresenta-se um estudo de caso de marca-passo elaborado segundo as indicações da abordagem proposta que indicam a viabilidade de sua utilização. / Safety-critical embedded systems (SCES) correspond to embedded systems for critical applications, i.e., applications where lives can be lost if they fail. The increasing immersion of this type of system in our daily activities increased their demand and, consequently, the need for new development techniques that can increase developers productivity. Product Line (LP) is a promising technique for reuse, in which families of similar products are developed together and, therefore, it aims at large-scale development. With the use of LP we can reuse requirements and architecture systematically. However, developers remain sceptical about reuse in the SCES domain, mainly due to problems in the past, such as the failure of the spacecraft Ariane 5. In addition, advances in development of techniques for the SEC domain have been obtained, for example through model-driven engineering (MDE) approaches. MDE focuses on the importance of models in the software life cycle, making them part of the final product. So, it keeps models simple, and most of the software complexity belongs to the transformations that can be obtained automatically by transformation engines. This helps increasing the quality of the final product, and facilitate the future development of software that can be done by changing the high level models and obtaining, automatically, the new product. MDE is particularly useful in the SCES domain because, from correct models of the problem, the chance of introducing errors during coding is smaller if generators are used in the development instead of manual coding. In addition, the increased level of abstraction provided by MDE allows the use of validation and verification techniques since the early stages of development, such as co-design and co-simulation. Therefore, this work aims to defend the thesis that it is possible to offer the benefits of large-scale development for the SCES domain and still continue to benefit from MDE techniques. In support of this thesis, we define a system product line approach using model-driven techniques for the development of safety-critical embedded families. In addition, we present a case study prepared according to the directions of approach.

Este trabalho contempla o estudo de algoritmos criptográficos para assegurar a comunicação entre sistemas embarcados críticos tendo em vista o grande crescimento na utilização e disseminação desse tipo de sistema, bem como a alta necessidade em se assegurar as informações que são enviadas e recebidas. Um dos desafios a serem contemplados é o estudo e a avaliação do impacto no desempenho desses sistemas, levando em consideração limitações de recursos inerentes a esta plataforma e a criticidade da comunicação em sistemas de tempo real. Os experimentos realizados são de cunho prático por meio de um protótipo implementado em kits Gumstix Overo EVM. Os resultados avaliam os principais algoritmos de criptografia, provendo informações que podem auxiliar na escolha de uma solução criptográfica própria para ambientes embarcados / This research includes the study of cryptographic algorithms to ensure communication among critical embedded systems, considering the large growth of application and dissemination of this type of system, as well as the high necessity to ensure the security of information that is exchanged. One of the challenges to be addressed is the study and evaluation of the performance impact in these systems, considering resource constraints inherent to the platform and the criticality of the communication in real-time systems. The experiments are of practical lead through a prototype implemented in Gumstix Overo EVM kits. The results evaluate the main encryption algorithms, providing information that may help in choosing a cryptographic solution suitable for embedded environments

Made available in DSpace on 2014-07-29T14:57:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jacson Rodrigues.pdf: 1414026 bytes, checksum: a4679b63023d053723ea70b3a0eac3f1 (MD5) Previous issue date: 2011-07-28 / Computing is becoming increasingly critical in the embedded applications space and depending on the software, its malfunction may result in a severe financial loss to the loss of human life. Considering this scenario, we presented a systematic literature review in order to investigate the evolution of work-related activity test critical embedded software in order to evaluate the level of compliance found in the work to the standard DO- 178B (Software Considerations in Airborne Systems and Equipment Certification). This research, in addition to conducting a systematic review of publications about this issue, has resulted in the composition of primary studies to define a process of quality testing and including the requirements of DO-178B at their different levels of criticality. / A computação ganha cada vez mais espaço em aplicações embarcadas críticas e, dependendo do software, seu mau funcionamento pode provocar desde um grave prejuízo financeiro até a perda de vidas humanas. Considerando este cenário, é apresentado uma revisão sistemática com o objetivo de investigar a evolução dos trabalhos relacionados a atividade de teste de software embarcado crítico visando avaliar o nível de aderência dos trabalhos encontrados em relação à norma DO-178B (Software Considerations in Airborne Systems and Equipment Certification). Esta pesquisa, além de realizar a revisão sistemática dos trabalhos relacionados ao tema, apresenta como resultado a composição de estudos primários para definição de um processo de teste de qualidade e que contemple as exigências da DO-178B em seus diferentes níveis de criticalidade.

Modelos de arquitetura têm sido utilizados para permitir o desenvolvimento mais adequado e estruturado de sistemas, desde os mais simples até os mais complexos. A utilização desses modelos em sistemas embarcados, principalmente quando se trata de sistemas embarcados críticos, como é o caso de veículos aéreos não tripulados (VANT), visam a permitir conformidades de padrões, redução no tempo de produção, redução e facilidade no processo de manutenção e desenvolvimento. Sistemas embarcados críticos possuem requisitos específicos, tais como alta confiabilidade e resposta em tempo real, segurança e desempenho. A definição de um modelo arquitetural que permita que esses quesitos sejam levados em consideração, propicie o atendimento aos padrões, além de permitir o desenvolvimento correto e acelerado é inovador, permitindo que não só a comunidade científica venha a ter benefícios com a sua concepção, mas também a indústria brasileira possa ganhar. Nesse sentido, este trabalho desenvolveu um modelo de arquitetura para a interconexão de sistemas aéreos não tripulados (SANTs) em Unified Modeling Language (UML)/System Modelling Language (SysML) denominado LARISSA (Layered ARchitecture model for Interconnection of SystemS in uAs). Como resultado deste trabalho foi possível a modelagem e especificação completa de um SANT fazendo uso desse modelo e a realização de diversos experimentos que permitiram validar o LARISSA. Os experimentos, focados na parte de comunicação, permitiram a concepção de um simulador de redes de VANTs. Os resultados obtidos demonstraram a eficiência e a eficácia do modelo de arquitetura LARISSA, além da sua flexibilidade em permitir que diferentes experimentos possam ser realizados, o que auxilia na obtenção de dados que facilitam o processo de certificação desses VANTs. / Architecture models have been used to allow more adequate and structured development of systems, from the simplest to the most complex. The use of models in embedded systems are used to enable compliance standards, reduction in production time and ease of maintenance and development, especially when it comes to critical embedded systems such as unmanned aerial vehicles. Critical embedded systems have specific requirements, such as high reliability and real-time response, security and performance. The definition of an architectural model that deals with these requirements and standards and provides the service to standards allowing the correct and fast development is innovative and will provide benefits to the scientific and industrial communities. In this sense, this work developed an architectural model for the interconnection of Unmanned Aerial Systems (UAS) in Unified Modeling Language (UML)/System Modelling Language (SysML) called LARISSA (Layered ARchitecture model for Interconnection of SystemS in uAs). As a result of this development it was possible the modelling and specification of a complete UAS and the conduction of several experiments that allowed LARISSA validation. The experiments focused on the communication enabled the design of a UAV networks simulator. The results showed the efficiency and effectiveness of LARISSA architecture model, as well as its flexibility in carrying out different experiments, which helps in getting data to facilitate the certification process of these UAVs.