O uso de sistemas de assistência ao motorista (DAS) baseados em visão tem contribuído consideravelmente na redução de acidentes e consequentemente no auxílio de uma melhor condução. Estes sistemas utilizam basicamente uma câmera de vídeo embarcada (normalmente fixada no para-brisa) com o propósito de extrair informações acerca da rodovia e ajudar o condutor num melhor processo de dirigibilidade. Pequenas distrações ou a perda de concentração podem ser suficientes para que um acidente ocorra. Este trabalho apresenta uma proposta para o desenvolvimento de algoritmos para extrair informações sobre a sinalização em rodovias. Mais precisamente, serão abordados algoritmos de calibração de câmera explorando a geometria da pista, de extração da marcação de pintura (sinalização horizontal) e detecção e identificação de placas de trânsito (sinalização vertical). Os resultados experimentais indicam que o método de calibração de câmera alcançou bons resultados na obtenção dos parâmetros extrínsecos com erros inferiores a 0:5 . O erro médio encontrado nos experimentos com relação a estimativa da altura da câmera foi em torno de 12 cm (erro relativo aproximado de 10%), permitindo explorar o uso da realidade aumentada como uma possível aplicação. A acurácia global para a detecção e reconhecimento da sinalização horizontal (marcas seccionadas, contínuas e mistas) foi acima de 96% perante uma diversidade de situações apresentadas, tais como: sombras, variação de iluminação, degradação do asfalto e pintura. O uso da câmera calibrada para a detecção da sinalização vertical contribui para delimitar o espaço de varredura da janela deslizante do detector, bem como realizar a procura por placas em uma única escala para cada região de busca, caracterizada pela distância ao veículo. Os resultados apresentados reportam uma taxa global de classificação de aproximadamente 99% para o sinal de proibido ultrapassar, considerando-se uma base de dados limitada a 962 amostras. / The use of driver assistance systems (DAS) based on computer vision has helped considerably in reducing accidents and consequently aid in better driving. These systems primarily use an embedded video camera (usually fixed on the windshield) for the purpose of extracting information about the highway and assisting the driver in a better handling process. Small distractions or loss of concentration may be sufficient for an accident to occur. This work presents the development of algorithms to extract information about traffic signs on highways. More specifically, this work will tackle a camera calibration algorithm that exploits the geometry of the road track, algorithms for the extraction of road marking paint (lane markings) and detection and identification of vertical traffic signs. Experimental results indicate that the proposed method for obtaining the extrinsic parameters achieve good results with errors of less than 0:5 . The average error in our experiments, related to the camera height, were around 12 cm (relative error around 10%). Global accuracy for the detection and classification of road lane markings (dashed, solid, dashed-solid, solid-dashed or double solid) were over 96%. Finally, our camera calibration algorithm was used to reduce the search region and to define the scale of a slidingwindow detector for vertical traffic signs. The use of the calibrated camera for the detection of traffic signs contributes to define the scanning area of the sliding window and perform a search for signs on a unique scale for each region of interest, determined by the distance to the vehicle. The results reported a global classification rate of approximately 99% for the no overtaking sign, considering a limited of 962 samples.

Este trabalho propõe uma nova abordagem para o desenvolvimento de sistemas embarcados, através da combinação da abstração e propriedades de verificação de modelos da linguagem declarativa Alloy com a ampla aceitação de Java na indústria. A abordagem surge no contexto de que a automação de software no domínio embarcado tornou-se extremamente necessária, uma vez que atualmente a maior parte do tempo de desenvolvimento é gasta no projeto de software de produtos tão restritos em termos de recursos. As ferramentas de automação de software embarcado devem atender a demanda por produtividade e manutenibilidade, mas respeitar restrições naturais deste tipo de sistema, tais como espaço de memória, potência e desempenho. As ferramentas de automação de projeto lidam com produtividade e manutenibilidade ao permitir especificações de alto nível, tarefa difícil de atender no domínio embarcado devido ao comportamento misto de muitas aplicações embarcadas. Abordagens que promovem meios para verificação formal também são atrativas, embora geralmente sejam difíceis de usar, e por este motivo não são de grande auxílio na tarefa de reduzir o tempo de chegada ao mercado do produto. Através do uso de Alloy, baseada em lógica de primeira-ordem, é possível obter especificações em altonível e verificação formal de modelos com uma única linguagem. Este trabalho apresenta a poderosa abstração proporcionada pela linguagem Alloy em aplicações embarcadas, assim como regras para obter automaticamente código Java a partir de modelos Alloy. A geração de código Java a partir de modelos Alloy, combinada a uma ferramenta de estimativa, provê exploração de espaço de projeto, atendendo assim as fortes restrições do projeto de software embarcado, o que normalmente não é contemplado pela engenharia de software tradicional. / This work proposes a new approach for embedded software development, by combining the abstraction and model verification properties of the Alloy declarative language with the broad acceptance in industry of Java. The approach comes into play since software automation in the embedded domain has become a major need, as currently most of the development time is spent designing software for such hardconstrained resources products. Design automation tools for embedded systems must meet the demand for productivity and maintainability, but constraints such as memory, power and performance must still be considered. Design automation tools deal with productivity and maintainability by allowing high-level specifications, which is hard to accomplish on the embedded domain due to the mixed behavior nature of many embedded applications. Approaches that provide means for formal verification are also attractive, but their usage is usually not straightforward, and for this reason they are not that helpful in dealing with time-tomarket constraints. By using Alloy, based in first-order logic, it is possible to obtain high-level specifications and formal model verification with a single language. This work shows the powerful abstraction provided by the Alloy language for embedded applications, as well as rules for obtaining automatically Java code from Alloy models. The Java source code generation from Alloy models, combined with an estimation tool, provides design space exploration to match tight embedded software design constraints, what is usually not taken into account by standard software engineering techniques.

Heutzutage sind wir von Geräten umgeben, die sowohl Hardware wie auch Software- Komponenten beinhalten. Diese Geräte unterstützen ein breites Spektrum an verschiedenen Domänen, so zum Beispiel Telekommunikation, Luftfahrt, Automobil und andere. Derartige Systeme sind überall aufzufinden und werden als Eingebettete Systeme bezeichnet, da sie zur Informationsverarbeitung in andere Produkte eingebettet werden, wobei die Informationsverarbeitung des eingebetteten Systems jedoch nicht die bezeichnende Funktion des Produkts ist. Die ständig zunehmende Komplexität moderner eingebettete Systeme erfordert die Verwendung von mehreren Komponenten um die Funktionen von einem einzelnen System zu implementieren. Eine solche Steigerung der Funktionalität führt jedoch ebenfalls zu einem Wachstum in der Entwurfs-Komplexität, die korrekt und effizient beherrscht werden muss. Neben hohen Anforderungen bezüglich Leistungsaufnahme, Performanz und Kosten hat auch Time-to-Market-Anforderungen großen Einfluss auf den Entwurf von Eingebetteten Systemen. Design Space Exploration (DSE) beschreibt die systematische Erzeugung und Auswertung von Entwurfs-Alternativen, um die Systemleistung zu optimieren und den gestellten Anforderungen an das System zu genügen. Bei der Entwicklung von Eingebetteten Systemen, speziell beim Platform-Based Design (PBD) führt die zunehmende Anzahl von Design-Entscheidungen auf mehreren Abstraktionsebenen zu einer Explosion der möglichen Kombinationen von Alternativen, was auch für aktuelle DSE Methoden eine Herausforderung darstellt. Jedoch vermag üblicherweise nur eine begrenzte Anzahl von Entwurfs-Alternativen die zusätzlich formulierten nicht-funktionalen Anforderungen zu erfüllen. Darüber hinaus beeinflusst jede Entwurfs- Entscheidung weitere Entscheidungen und damit die resultierenden Systemeigenschaften. Somit existieren Abhängigkeiten zwischen Entwurfs-Entscheidungen und deren Reihenfolge auf dem Weg zur Implementierung des Systems. Zudem gilt es zwischen einer spezifischen Heuristik für eine bestimmte DSE, welche zu verbesserten Optimierungsresultaten führt, sowie globalen Verfahren, welche ihrerseits zur Flexibilität hinsichtlich der Anwendbarkeit bei verschiedenen DSE Szenarien beitragen, abzuwägen. Um die genannten Herausforderungen zu lösen wird eine Modellgetriebene Entwicklung (englisch Model-Driven Engineering, kurz MDE) Methodik für DSE vorgeschlagen. Für diese Methodik wird ein DSE-Domain-Metamodell eingeführt um relevante DSEKonzepte wie Entwurfsraum, Entwurfs-Alternativen, Auswertungs- und Bewertungsverfahren, Einschränkungen und andere abzubilden. Darüber hinaus modelliert das Metamodell verschiedenen DSE-Frage- stellungen, was zur Verbesserung der Flexibilität der vorgeschlagenen Methodik beiträgt. Zur Umsetzung von DSE-Regeln, welche zur Steuerung, Einschränkung und Generierung der Ent- wurfs-Alternativen genutzt werden, finden Modell-zu-Modell-Transformationen Anwendung. Durch die Fokussierung auf die Zuordnung zwischen den Schichten in einem PBDAnsatz wird eine neuartige Entwurfsraumabstraktion eingeführt, um multiple Entwurfsentscheidungen als singuläres DSE Problem zu repräsentieren. Diese auf dem Categorial Graph Product aufbauende Abstraktion entkoppelt den Explorations-Algorithmus vom Entwurfsraum und ist für Umsetzung in automatisierte Werkzeugketten gut geeignet. Basierend auf dieser Abstraktion profitiert die DSE-Methode durch die eingeführte MDEMethodik als solche und ermöglicht nunmehr neue Optimierungsmöglichkeiten sowie die Verbesserung der Integration von DSE in Entwicklungsprozesse und die Spezifikation von DSE-Szenarien. / Atualmente dispositivos contendo hardware e software são encontrados em todos os lugares. Estes dispositivos prestam suporte a uma varieadade de domínios, como telecomunicações, automotivo e outros. Eles são chamados “sistemas embarcados”, pois são sistemas de processamento montados dentro de produtos, cujo sistema de processamento não faz parte da funcionalidade principal do produto. O acréscimo de funções nestes sistemas implica no aumento da complexidade de seu projeto, o qual deve ser adequadamente gerenciado, pois além de requisitos rigorosos em relação à dissipação de potência, desempenho e custos, a pressão sobre o prazo para introdução de um produto no mercado também dificulta seu projeto. Exploração do espaço de projeto (DSE) é a atividade sistemática de gerar e avaliar alternativas de projetos, com o objetivo de otimizar suas propriedades. No desenvolvimento de sistemas embarcados, especialmente em Projeto Baseado em Plataformas (PBD), metodologias de DSE atuais são desafiadas pelo crescimento do número de decisões de projeto, o qual implica na explosão da combinação de alternativas. Porém, somente algumas destas resultam em projetos que atedem os requisitos nãofuncionais. Além disso, as decisões influenciam umas às outras, de forma que a ordem em que estas são tomadas alteram a implementação final do sistema. Outro desafio é o balanço entre flexibilidade da metodologia e seu desempenho, pois métodos globais de otimização são flexíveis, mas apresentam baixo desempenho. Já heurísticas especialmente desenvolvidas para o cenário de DSE em questão apresentam melhor desempenho, porém dificilmente são aplicáveis a diferentes cenários. Com o intuito de superar os desafios é proposta uma metodologia de projeto dirigido por modelos (MDE) adquada para DSE. Um metamodelo do domínio de DSE é definido para representar conceitos como espaço de projeto, métodos de avaliação e restrições. O metamodelo também representa diferentes problemas de DSE aprimorando a flexibilidade da metodologia. Regras de transformações de modelos implementam as regras de DSE, as quais são utilizadas para restringir e guiar a geração de projetos alternativos. Restringindo-se ao mapeamento entre camadas no PBD é proposta uma abstração para representar o espaço de projeto. Ela representa múltiplas decisões de projeto envolvidas no mapeamento como um único problema de DSE. Esta representação é adequada para a implementação em ferramentas automática de DSE e pode beneficiar o processo de DSE com uma abordagem de MDE, aprimorando a especificação de cenários de DSE e sua integração no processo de desenvolvimento. / Nowadays we are surrounded by devices containing hardware and software components. These devices support a wide spectrum of different domains, such as telecommunication, avionics, automobile, and others. They are found anywhere, and so they are called Embedded Systems, as they are information processing systems embedded into enclosing products, where the processing system is not the main functionality of the product. The ever growing complexity in modern embedded systems requires the utilization of more components to implement the functions of a single system. Such an increasing functionality leads to a growth in the design complexity, which must be managed properly, because besides stringent requirements regarding power, performance and cost, also time-to-market hinders the design of embedded systems. Design Space Exploration (DSE) is the systematic generation and evaluation of design alternatives, in order to optimize system properties and fulfill requirements. In embedded system development, specifically in Platform-Based Design (PBD), current DSE methodologies are challenged by the increasing number of design decisions at multiple abstraction levels, which leads to an explosion of combination of alternatives. However, only a reduced number of these alternatives leads to feasible designs, which fulfill non-functional requirements. Moreover, each design decision influences subsequent decisions and system properties, hence there are inter-dependencies between design decisions, so that the order decisions are made matters to the final system implementation. Furthermore, there is a trade-off between heuristics for specific DSE, which improves the optimization results, and global optimizers, which improve the flexibility to be applied in different DSE scenarios. In order to overcome the identified challenges an MDE methodology for DSE is proposed. For this methodology a DSE Domain metamodel is proposed to represent relevant DSE concepts such as design space, design alternatives, evaluation method, constraints and others. Moreover, this metamodel represents different DSE problems, improving the flexibility of the proposed framework. Model transformations are used to implement DSE rules, which are used to constrain, guide, and generate design candidates. Focusing on the mapping between layers in a PBD approach, a novel design space abstraction is provided to represent multiple design decisions involved in the mapping as a single DSE problem. This abstraction is based on Categorical Graph Product, decoupling the exploration algorithm from the design space and being well suited to be implemented in automatic exploration tools. Upon this abstraction, the DSE method can benefit from the MDE methodology, opening new optimization opportunities, and improving the DSE integration into the development process and specification of DSE scenarios.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work presents the implementation and analysis of a system devoted to the extraction and recognition of optical characters which is based on the hardware and software co-design methodology and built over a reconfigurable platform. Since vision is a very important sense, the research in the field of artificial vision systems has been carried out since the very beginning of the digital era, in the early 60 s. Taking into account the recent evolution experienced by the configurable computing area, a new tendency of research and development of heterogeneous artificial vision systems emerges. Among the main benefits provided by the so called systems on chip are the reduction of power dissipation, financial costs and physical area. In this sense, taking a License Plate Recognition System (LPRS) as a case study, the focus of this work is the implementation of the character localization and recognition steps, while the partitioning of hardware and software resources is based in costbenefit heuristics. Initially, a software-only version of the system is build over an x86 platform. More than to allow the evaluation of several character localization related methods, this software-only version is also intended to be used as parameter of comparison for the embedded version of the system. Regarding the character recognition step, it is performed by the means of an Artificial Neural Network. Based on the results provided by the software-only evaluation system, the implementation of the embedded version is performed, considering an FPGA as platform. In this embedded version, the character localization step consists of a dedicated hardware block, while the character recognition step comprises a piece of software executed in a microprocessor that is physically implemented inside the FPGA. Taking into account a 10 times higher frequency of operation for the processor of the x86 platform, as well as the fact that most of the embedded hardware block employs a clock frequency smaller or equal to 25 MHz, the most noticeable result is the 2.25 times faster speed of processing achieved by the embedded version. Regarding the plate recognition capability, both systems have the same performance, being able to successfully recognize plates in 51.62 % of the cases (considering the best case). Beyond LPRSs, the system developed here could also be employed to build other applications that require optical character recognition features, such as automatic traffic signs recognition and serial number reading of items in a production line. / Este trabalho apresenta a implementação e análise de um sistema voltado à extração e reconhecimento de caracteres ópticos a partir do co-projeto de hardware e software sobre uma plataforma reconfigurável. Por conta da importância atribuída ao sentido da visão, sistemas artificiais capazes de emular as tarefas envolvidas neste processo biológico têm sido alvo de pesquisas desde o surgimento dos primeiros computadores digitais, na década de 60. Tendo em vista a recente evolução experimentada na área da computação configurável, surge uma tendência natural à pesquisa e desenvolvimento de sistemas heterogêneos (compostos por uma combinação de blocos de hardware e software) de visão artificial baseados em tal plataforma. Dentre os principais benefícios proporcionados por sistemas em chip podem ser citados a redução no consumo de potência, custos financeiros e área física. Neste sentido, tomando como estudo de caso um Sistema de Reconhecimento de Placas de Licenciamento Veicular (SRPLV), o foco do trabalho está situado na implementação das etapas de localização e reconhecimento de caracteres, sendo o particionamento dos blocos de hardware e software baseado em heurísticas de custo-benefício. Inicialmente é realizada a implementação de uma versão totalmente em software do sistema aqui proposto, sobre plataforma x86, no intuito de avaliar os diversos métodos passíveis de implementação, bem como o de possibilitar um parâmetro de comparação com a versão embarcada do sistema. Os métodos avaliados dizem respeito à etapa de localização de caracteres, haja vista a definição à priori do emprego de Redes Neurais Artificiais no reconhecimento dos mesmos. A partir dos resultados obtidos por esta avaliação é realizada a implementação da versão embarcada do sistema, tendo como plataforma um FPGA. Nesta versão, a etapa de localização de caracteres é implementada como um bloco dedicado de hardware, enquanto a de reconhecimento constitui-se num software executado sobre um microprocessador fisicamente embutido no interior do FPGA. Considerando uma freqüência de operação 10 vezes superior para o processador da plataforma x86, bem como o fato da maior parte do hardware embarcado utilizar um clock menor ou igual a 25 MHz, o principal resultado consiste no ganho de 2,25 vezes no tempo de execução obtido na segunda versão do sistema. No tocante à capacidade de reconhecimento de placas, os sistemas são equivalentes, sendo capazes de reconhecê-las corretamente em 51,62% das vezes, no melhor caso. Além de SRPLVs, o sistema aqui desenvolvido pode ser empregado na criação de outras aplicações que envolvam a problemática do reconhecimento de caracteres óticos, como reconhecimento automático de placas de trânsito e do número de série de itens numa linha de produção.

Atualmente, o projeto de sistemas tempo-real embarcados e distribuídos está crescendo em complexidade devido à sua natureza heterogênea e ao crescente número e diversidade de funções que um único sistema desempenha. Sistemas de automação industrial, sistemas eletrônicos em automóveis e veículos aéreos, equipamentos médicos, entre outros, são exemplos de tais sistemas. Tais sistemas são compostos por componentes distintos (blocos de hardware e software), os quais geralmente são projetados concorrentemente utilizando modelos, ferramentas e linguagens de especificação e implementação diferentes. Além disso, estes sistemas tem requisitos específicos e importantes, os quais não representam (por si só) as funcionalidades esperadas do sistema, mas podem afetar a forma como o sistema executa suas funcionalidades e são muito importantes para a realização do projeto com sucesso. Os chamados requisitos não-funcionais são difíceis de tratar durante todo o ciclo de projeto porque normalmente um único requisito não-funcional afeta vários componentes diferentes. A presente tese de doutorado propõe a integração automatizada das fases de projeto de sistemas tempo-real embarcados e distribuídos focando em aplicações na área da automação. A abordagem proposta usa técnicas de engenharia guiada por modelos (do inglês Model Driven Engineering ou MDE) e projeto orientado a aspectos (do inglês Aspect-Oriented Design ou AOD) juntamente com o uso de plataformas previamente desenvolvidas (ou desenvolvida por terceiros) para projetar os componentes de sistemas tempo-real embarcados e distribuídos. Adicionalmente, os conceitos de AOD permitem a separação no tratamento dos requisitos de naturezas diferentes (i.e. requisitos funcionais e não-funcionais), melhorando a modularização dos artefatos produzidos (e.g. modelos de especificação, código fonte, etc.). Além disso, esta tese propõe uma ferramenta de geração de código, que suporta a transição automática das fases iniciais de especificação para as fases seguintes de implementação. Esta ferramenta usa um conjunto de regras de mapeamento, que descrevem como elementos nos níveis mais altos de abstração são mapeados (ou transformados) em elementos dos níveis mais baixos de abstração. Em outras palavras, tais regras de mapeamento permitem a transformação automática da especificação inicial, as quais estão mais próximo do domínio da aplicação, em código fonte para os componentes de hardware e software, os quais podem ser compilados e sintetizados por outras ferramentas para se obter a realização/implementação do sistema tempo-real embarcado e distribuído. / Currently, the design of distributed embedded real-time systems is growing in complexity due to the increasing amount of distinct functionalities that a single system must perform, and also to concerns related to designing different kinds of components. Industrial automation systems, embedded electronics systems in automobiles or aerial vehicles, medical equipments and others are examples of such systems, which includes distinct components (e.g. hardware and software ones) that are usually designed concurrently using distinct models, tools, specification, and implementation languages. Moreover, these systems have domain specific and important requirements, which do not represent by themselves the expected functionalities, but can affect both the way that the system performs its functionalities as well as the overall design success. The so-called nonfunctional requirements are difficult to deal with during the whole design because usually a single non-functional requirement affects several distinct components. This thesis proposes an automated integration of distributed embedded real-time systems design phases focusing on automation systems. The proposed approach uses Model- Driven Engineering (MDE) techniques together with Aspect-Oriented Design (AOD) and previously developed (or third party) hardware and software platforms to design the components of distributed embedded real-time systems. Additionally, AOD concepts allow a separate handling of requirement with distinct natures (i.e. functional and non-functional requirements), improving the produced artifacts modularization (e.g. specification model, source code, etc.). In addition, this thesis proposes a code generation tool, which supports an automatic transition from the initial specification phases to the following implementation phases. This tool uses a set of mapping rules, describing how elements at higher abstraction levels are mapped (or transformed) into lower abstraction level elements. In other words, suchmapping rules allow an automatic transformation of the initial specification, which is closer to the application domain, in source code for software and hardware components that can be compiled or synthesized by other tools, obtaining the realization/ implementation of the distributed embedded real-time system.

Este trabalho propõe uma nova abordagem para o desenvolvimento de sistemas embarcados, através da combinação da abstração e propriedades de verificação de modelos da linguagem declarativa Alloy com a ampla aceitação de Java na indústria. A abordagem surge no contexto de que a automação de software no domínio embarcado tornou-se extremamente necessária, uma vez que atualmente a maior parte do tempo de desenvolvimento é gasta no projeto de software de produtos tão restritos em termos de recursos. As ferramentas de automação de software embarcado devem atender a demanda por produtividade e manutenibilidade, mas respeitar restrições naturais deste tipo de sistema, tais como espaço de memória, potência e desempenho. As ferramentas de automação de projeto lidam com produtividade e manutenibilidade ao permitir especificações de alto nível, tarefa difícil de atender no domínio embarcado devido ao comportamento misto de muitas aplicações embarcadas. Abordagens que promovem meios para verificação formal também são atrativas, embora geralmente sejam difíceis de usar, e por este motivo não são de grande auxílio na tarefa de reduzir o tempo de chegada ao mercado do produto. Através do uso de Alloy, baseada em lógica de primeira-ordem, é possível obter especificações em altonível e verificação formal de modelos com uma única linguagem. Este trabalho apresenta a poderosa abstração proporcionada pela linguagem Alloy em aplicações embarcadas, assim como regras para obter automaticamente código Java a partir de modelos Alloy. A geração de código Java a partir de modelos Alloy, combinada a uma ferramenta de estimativa, provê exploração de espaço de projeto, atendendo assim as fortes restrições do projeto de software embarcado, o que normalmente não é contemplado pela engenharia de software tradicional. / This work proposes a new approach for embedded software development, by combining the abstraction and model verification properties of the Alloy declarative language with the broad acceptance in industry of Java. The approach comes into play since software automation in the embedded domain has become a major need, as currently most of the development time is spent designing software for such hardconstrained resources products. Design automation tools for embedded systems must meet the demand for productivity and maintainability, but constraints such as memory, power and performance must still be considered. Design automation tools deal with productivity and maintainability by allowing high-level specifications, which is hard to accomplish on the embedded domain due to the mixed behavior nature of many embedded applications. Approaches that provide means for formal verification are also attractive, but their usage is usually not straightforward, and for this reason they are not that helpful in dealing with time-tomarket constraints. By using Alloy, based in first-order logic, it is possible to obtain high-level specifications and formal model verification with a single language. This work shows the powerful abstraction provided by the Alloy language for embedded applications, as well as rules for obtaining automatically Java code from Alloy models. The Java source code generation from Alloy models, combined with an estimation tool, provides design space exploration to match tight embedded software design constraints, what is usually not taken into account by standard software engineering techniques.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:04:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6812.pdf: 4823701 bytes, checksum: d6b0f954a2db7f87a5e2bcda3295cb11 (MD5) Previous issue date: 2014-05-30 / Context: Usually, developers of Embedded Systems (ESs) start the development from models next to the code generation phase, for example, SysML diagrams and Simulink models. Despite the whole use of these models by the ES community, there is a lack of Verification and Validation activities (V&V). The certification standards operate, mainly, on code level. Aim:to define a family of reading techniques Reading Techniques for SysML and Simulink (RTSS) that supports the inspection of these diagrams and models, aiming to improve the process and product quality through defects identification, as soon as artifacts are elaborated. Method: the reading techniques were defined based on a systematic process and they support pairs of artifacts. They take some international certification standards into account, as well as elements from the structure of SysML and Simulink languages. Besides, aiming to suggest the use of these techniques inside a development process, the SYSMOD process was took as reference, since it adopts SysML diagrams and Simulink models along its phases. For evaluating the RTSS techniques two controlled experiments and three case studies were conducted as the techniques were elaborated. Results: the results showed that it is feasible to use the techniques and that they are able to detect defects on the pair of artifacts for the ones they were designed. In addition, it was observed that defects that were not identified and corrected inside the phase they were generated, were propagated to the subsequent phases. Conclusion: Based on these results, we can conclude that the RTSS techniques are able to detect defects as the artifacts are elaborated, avoiding their propagation to further phases. This fact can improve both the process and the product besides minimize the rework and the cost of correcting defects in further phases. Finally, we observed that the techniques can be applied even the SYSMOD process is not being used. In this case, it is enough that the pair of artifacts dialed by each technique is available. / Contexto:Em geral, os desenvolvedores de Sistemas Embarcados (SEs) iniciam tais sistemas a partir da elaboração dos diagramas mais próximos da fase de geração de código, como por exemplo, alguns diagramas SysML e o modelo Simulink. Apesar do amplo uso de tais diagramas pela comunidade de SEs, observa-se uma carência por atividades de Verificação e Validação (V&V). As normas de certificação existentes atuam, principalmente, no nível de código. Objetivo:definir uma família de técnicas de leitura Reading Techniques for SysML and Simulink (RTSS) que dê suporte à atividade de inspeção desses tipos dos diagramas, com o intuito de melhorar a qualidade do processo e do produto gerado, identificando defeitos tão logo os artefatos sejam construídos. Metodologia: as técnicas de leitura foram definidas por meio de um processo sistemático e dão suporte à inspeção de pares deartefatos. Elas levam em consideração algumas normas internacionais de certificação de SEs, além de elementos pertinentes às estruturas das linguagens SysML e Simulink. Além disso, para propiciar o uso das técnicas ao longo de um processo de desenvolvimento, utilizou-se como referência o processo SYSMOD, que adota diagramas SysML e modelos Simulink ao longo de suas fases. Para avaliar as técnicas RTSS foram conduzidos dois experimentos controlados e três exemplos de aplicação,à medida que as técnicas foram elaboradas.Resultados: os resultados mostraram que as técnicas são viáveis de serem utilizadas e que elas são capazes de identificar defeitos nos pares de artefatos para os quais elas foram projetadas. Além disso, constatou-se que defeitos que não foram identificados e corrigidos em uma determinada fase do desenvolvimento, foram propagados para fases subsequentes. Conclusão: Com base nesses resultados, pode-se concluir que as técnicas RTSS são capazes de detectar defeitos à medida que os artefatos são construídos, evitando que eles sejam propagados para fases futuras. Isso pode melhorar a qualidade do processo e do produto e pode também minimizar o retrabalho e o custo de se corrigir um defeito em fases adiantadas. Adicionalmente, as técnicas podem ser aplicadas mesmo que o processo SYSMOD não seja adotado, bastando que se tenha disponível o par de artefatos que é tratado em cada uma das técnicas.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:06:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5452.pdf: 2351043 bytes, checksum: 0d55a4fbf3ab7f02e097b7df0101db3c (MD5) Previous issue date: 2011-12-13 / Financiadora de Estudos e Projetos / Embedded systems (ES) has become more important to everyday life due to technology advance and increasing application field. Engineers start ES development using tools like Matlab/Simulink. Usually, Simulink models are low level abstraction models following an ad-hoc design, which difficult the model comprehension. Hence, new trends start to apply software engineering to support ES design. Goal: This work was developed in a research group that is defining a development process to support ES development from initial phases to Simulink models implementation. Particularly, this works goal is to explore UML Statchart technique to depict Simulink models in a high level abstraction view, and become the group s desired component part of the process. Method: The investigation process was conducted in three actions exploring UML Statchart based in the Research Action methodology: (i) a reengineering activity starting from Simulink model; (ii) a forward engineering starting from a requirement document; and (iii) a survey investigating the use of UML Statechart by ES developers. Outcomes: The first and second action showed that UML Statechart is an appropriated technique to depict the application behavior, contributing to implement Simulink models. It also organizes Simulink models and facilitates the system comprehension as a whole. Conclusion: Due to the conducted actions outcomes, UML Statechart can be considered as a candidate to compose one of the artifacts to be implemented during the process that is being defined by the research group. However, this work conducted investigations are limited to two system applications, needing to accomplish more complement studies, we can say that Simulink models implemented with support of UML Statechart, are better structured and more comprehensive. This features an increasing quality in ES design. / Os sistemas embarcados (SE) têm se tornado cada vez mais presentes na vida das pessoas em decorrência dos avanços tecnológicos e do aumento na diversidade em suas áreas de aplicação. Em geral, os desenvolvedores desse tipo de sistema iniciam o desenvolvimento com o uso de ferramentas do tipo Matlab/Simulink, elaborando modelos em um nível baixo de abstração, que são construídos de forma desorganizada, o que dificulta o entendimento da aplicação. Em decorrência disso, observam-se iniciativas de uso da engenharia de software nesse tipo de sistema. Objetivo: O grupo de pesquisa no qual este trabalho foi desenvolvido está definindo um processo para o desenvolvimento de SEs que dê suporte das fases iniciais até a construção dos modelos Simulink. Em particular, este trabalho tem o objetivo de explorar o uso da UML Statechart para retratar o modelo Simulink em um nível mais alto de abstração, tornando-se então um dos componentes do processo almejado pelo grupo. Método: Para fazer essa investigação, utilizou-se a metodologia Pesquisa-Ação e três ações foram conduzidas, explorando-se a UML Statechart em: (i) uma atividade de reengenharia, partindo do Simulink e reestruturando-o; (ii) em uma atividade de engenharia avante, partindo de um documento de requisitos; e (iii) em um survey, caracterizando o uso da UMS Statechart por desenvolvedores de SEs. Resultados: Nas duas primeiras ações, a UML Statechart se mostrou apropriada para representar o comportamento da aplicação, de forma a contribuir na construção do modelo Simulink, facilitando a compreensão do sistema como um todo e permitindo a elaboração de um Simulink mais organizado. Conclusões: Os resultados obtidos nas ações permitem considerar que a UML Statechart é uma forte candidata para compor um dos artefatos a serem construídos durante o processo que está sendo definido pelo grupo de pesquisa. Embora as investigações conduzidas neste trabalho estejam limitadas a duas aplicações, requerendo que outros estudos sejam realizados, pode-se dizer que os modelos Simulink construídos com o apoio do modelo UML Statechart são mais estruturados e mais compreensíveis. Isso caracteriza uma melhora de qualidade no desenvolvimento de SEs.

Submitted by Viviane Lima da Cunha (viviane@biblioteca.ufpb.br) on 2016-02-16T13:26:42Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3970645 bytes, checksum: d514b848324ac20a549db632034383d7 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-16T13:26:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3970645 bytes, checksum: d514b848324ac20a549db632034383d7 (MD5) Previous issue date: 2015-10-10 / The purpose of this study is to adapt and embed a navigation system and control of mobile robots, based on NMPC, in a low-cost board existent on the market, to provide sufficient com-putational resources so that the robot is able to converge, without losing performance, using the same horizons applied in a Laptop. The obtained results demonstrate the proposed scenario according with the experiments, proving that it is possible to use low cost boards, to a navigation system and control of mobile robots, based on NMPC, using the same predictive and control horizons applied in a Laptop. / A proposta desse trabalho é adaptar e embarcar um sistema de navegação e controle de robôs móveis, baseado em NMPC, em uma placa de baixo custo já existente no mercado, que dispo-nibilize recursos computacionais suficientes para que o Robô seja capaz de convergir, sem perda de desempenho e utilizando os mesmos horizontes aplicados em um Laptop. Os Resulta-dos obtidos demonstram todo o cenário proposto e de acordo com os experimentos realizados, comprovou-se que é possível o uso de placas de baixo custo, para controle de robôs móveis, baseado em NMPC, utilizando os mesmos horizontes de predição e controle aplicados em uma Laptop.

CAPES / Um sistema monitor de consumo de energia elétrica para setores internos de unidades consumidoras foi desenvolvido para um projeto de P&D (Pesquisa e Desenvolvimento) ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica). O sistema utiliza Redes de Sensores sem Fios (RSSF) alocadas em pontos estratégicos da rede de energia elétrica e conectadas por radioenlace a um banco de dados remoto. Os sensores fornecem dados que são registrados e posteriormente acessados por um aplicativo que apresenta informativos ao usuários por meio de alertas, relatórios e interfaces gráficas. As RSSF são empregadas em sistemas de aquisição de sinais de múltiplos sensores dispersos em grandes áreas, em redes escalonáveis quanto ao número de dispositivos e flexíveis quanto a topologias, que podem ser formadas automaticamente em função das melhores rotas ou das rotas disponíveis em um dado momento. As RSSF também têm sido úteis em sistemas relacionados ao conceito da Smart Grid, oferecendo uma ferramenta “inteligente”, que permite integrar informações colhidas a partir de cargas elétricas nas unidades consumidoras ao sistema de geração e distribuição de energia, com o objetivo de melhorar o desempenho do sistema nos picos de demanda. Apesar da disponibilidade tecnológicas, dispositivos comerciais ainda são escassos no mercado, resultando em custos finais elevados para sistemas de monitoramento de consumo. Assim, para preencher esta lacuna foi desenvolvida uma configuração de infraestrutura de baixo custo, com módulos sensores interligados por barramentos I2C com uma memória compartilhada, formando um cluster que é ligado em RSSF capaz de formar redes em malha por meio do protocolo Miwi P2P (Peer to Peer). Como múltiplos sensores ocupam uma única antena para enviar dados, os custos são minimizados. Outro diferencial do método é dar acesso a sensores concentrados dentro de armários e gabinetes metálicos, que de outra forma não poderiam ser conectados em uma RSSF. / An electric power consumption monitoring system for indoor sectors of costumers was developed to an ANEELR&D project. The system uses wireless sensor networks (WSN) placed at strategic points of the power grid and connected by radio link to a remote database. The sensor provide data, that are recorded and later accessed by a software presenting information to end users through alerts, reports and graphical interfaces. The WSN systems are used to acquire signals from multiple sensors scattered over large areas, with number of devices scalable in networks and flexible topologies, which can be formed automatically choosing the best routes or available routes. The WSNs have been useful in systems related with smart grid, offering a "smart" tool that allows collect information from electric loads in consumer units to the system of generation and distribution of energy, with the aim of improving system performance at peak demand by an electric utility. Despite the availability of technological, commercial devices are still scarce in the Brazilian market, resulting in high costs for final consumption monitoring systems. Therefore, to fill a gap a new configuration was developed presenting an infrastructure affordably with sensor modules connected by I2C bus with a shared memory forming clusters that are connected in WSN but can work in mesh networks through miwi P2P (Peer to Peer) protocol. With multiple sensors sharing a single antenna to send data, costs are reduced. Another exclusive feature of this method is to give access to sensors inside of cabinets and enclosures, which otherwise would not connected to a WSN.