Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. 2005. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Instituto Superior de Engenharia de Coimbra

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:42:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000391468-Texto+Completo-0.pdf: 1977797 bytes, checksum: 98ced407f5dc7058c0f7c4c8c11f2102 (MD5) Previous issue date: 2007 / Fulfilling Quality of Service (QoS) requirements in embedded systems, e. g., multimedia systems, can be provided in an end-to-end manner, i. e., from a data generator point to a data consumer point. Management and control mechanisms are necessery in operating systems’ (OS) internals, for OSs play a important role in end-to-end QoS provision. The implementation of such mechanisms includes admission control and resource reservation, as well as process scheduling control and active monitoring of the delivered QoS. QoS provisioning for embedded real-time operating systems is the main subject of this work, which presents the study and implementation of processor time reservation in an embedded system scheduler. Based on concepts and analysis of related works, a new scheduling algorithm, ER-EDF, is proposed. EREDF adds performance and simplified hard real-time support to applications. / Atender requisitos de qualidade de serviço (QoS, do inglês, Quality of Service) em sistemas embarcados como, por exemplo, de multimídia, pode ser realizado de forma fim-a-fim, i. e., de um ponto de geração de dados a um ponto de consumo de dados. A inserção de mecanismos de controle e gerência da qualidade faz-se necessária internamente aos sistemas operacionais (SO), pois SOs têm um importante papel na provisão de QoS fim-a-fim. A implementação de tais mecanismos inclui controle de admissão e reserva de recursos, bem como, o controle de escalonamento de processos e monitoração ativa de QoS entregue. Neste trabalho foram realizados o estudo e a implementação da provisão de QoS em escalonadores para sistemas operacionais embarcados de tempo-real. Baseado em conceitos e análise de trabalhos relacionados, um novo algoritmo de escalonamento, ER-EDF, é proposto. ER-EDF apresenta melhorias de performance e suporte simplificado às tarefas de tempo-real do tipo hard.

Neste trabalho apresenta-se um método de desenvolvimento integrado baseado no paradigma de orientação a objetos, que visa abordar todo o ciclo de desenvolvimento de uma aplicação tempo real. Na fase de especificação o método proposto baseia-se no uso de restrições temporais padronizadas pelo perfil da UML-TR, sendo que uma alternativa de mapeamento destas restrições para o nível de programação é apresentada. Este mapeamento serve para guiar a fase de projeto, onde utilizou-se como alvo a interface de programação orientada a objetos denominada TAFT-API, a qual foi projetada para atuar junto ao ambiente de execução desenvolvido no âmbito desta tese. Esta API é baseada na especificação padronizada para o Java-TR. Este trabalho também discute o ambiente de execução para aplicações tempo real desenvolvido. Este ambiente faz uso da política de escalonamento tolerante a falhas denominada TAFT (Time-Aware Fault- Tolerant). O presente trabalho apresenta uma estratégia eficiente para a implementação dos conceitos presentes no escalonador TAFT, que garante o atendimento a todos os deadlines mesmo em situações de sobrecarga transiente. A estratégia elaborada combina algoritmos baseados no Earliest Deadline, sendo que um escalonador de dois níveis é utilizado para suportar o escalonamento combinado das entidades envolvidas. Adicionalmente, também se apresenta uma alternativa de validação dos requisitos temporais especificados. Esta alternativa sugere o uso de uma ferramenta que permite uma análise qualitativa dos dados a partir de informações obtidas através de monitoração da aplicação. Um estudo de caso baseado em uma aplicação real é usado para demonstrar o uso da metodologia proposta.

Devido a sua baixa latência de banda, os clusters equipados com o adaptador SCI são uma alternativa para sistemas de tempo real distribuídos. Esse trabalho apresenta o projeto e implementação de uma plataforma de comunicação de tempo real sobre clusters SCI. O hardware padrão do SCI não se mostra adequado para a transmissão de tráfego de tempo real devido ao problema da contenção de acesso ao meio que causa inversão de prioridade. Por isso uma disciplina de acesso ao meio é implementada como parte da plataforma. Através da arquitetura implementada é possível o estabelecimento de canais de comunicação com garantia de banda. Assim, aplicações multimídias, por exemplo, podem trocar com taxa constante de conunicação. Cada mensagem é enviada somente uma vez. Assim, mensagens som a semântica de eventos podem ser enviadas. Além disso, a ordem e o tamanho das mensagens são garantidos. Além do tráfego com largura de banda garantida, a plataforma possibilita a troca de pacotes IP entre diferentes máquinas do cluster. Esses pacotes são inseridos no campo de dados dos pacotes próprios da plataforma e após são enviados através do uso de pacotes IP. Além disso, essa funcionalidade da plataforma permite também a execução de bibliotecas de comunicação baseadas em TCP/IP como o MPI sobre o cluster SCI. A plataforma de comunicação é implementada como modulos do sistema operacional Linux com a execução de tempo real RTAI. A valiação da plataforma mostrou que mesmo em cenários com muita comunicação entre todos os nodos correndo, a largura de banda reservada para cada canal foi mantida.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T19:47:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 270310.pdf: 687729 bytes, checksum: 3142cd72b387e1729623ca7faf587b32 (MD5) / Esta dissertac¸ #ao prop#oe uma infraestrutura para alocac¸ #ao din#amica de tempo de processador em aplicac¸ #oes tempo real multi-modais. A infraestrutura distribui reservas de banda usando modelos de otimizac¸ #ao que podem ser combinados e estendidos para contemplar as necessidades do sistema. Uma vez que a natureza das aplicac¸ #oes varia, diversos modelos s#ao propostos de forma a suportar modos de operac¸ #ao discretos, cont´ýnuos ou h´ýbridos e otimizar um dado crit´erio de desempenho global do sistema ou a justic¸a entre tarefas. Os modelos s#ao generalizac¸ #oes de variada complexidade para o problema da mochila, para os quais algoritmos exatos, heur´ýsticas com garantias de desempenho e esquemas de aproximac¸ #ao em tempo polinomial s#ao propostos. Para fins de avaliac¸ #ao, a infraestrutura foi aplicada no sistema de vis#ao controle e navegac¸ #ao de um rob#o m´ovel, e tamb´em num decodificador multim´ýdia real. Ambas s#ao aplicac¸ #oes que capturam a natureza das tarefas que esta infraestrutura busca suportar. / This dissertation proposes a framework for dynamic, value-based processor time allocation in multi-modal real-time applications. The framework distributes time reservations using optimization models that can be combined and extended to meet the system#s needs. Because the nature of applications varies, several models were proposed to handle discrete, continuous or hybrid modes of operation and optimize task fairness or a given criterion of optimal system performance. The models range from simple to complex generalizations of the knapsack problem for which exac algorithms, heuristics with performance guarantees, and polynomial-time approximation schemes were proposed. As a means of evaluation, the framework was applied to the vision, control and guidance systems on a mobile robot and to a real multimedia decoder, applications that capture the nature of the tasks this framework aims to support.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-22T14:50:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 229254.pdf: 2122573 bytes, checksum: a43d7e8dfffdf45277d2339f63bce8ad (MD5) / Neste trabalho é realizado o estudo e a implementação de um sistema tempo-real embarcado para realizar o controle de seguimento de trajetória em veículos autônomos. O sistema desenvolvido emprega técnica de controle preditivo baseado em modelo, sendo destinado ao controle do comportamento cinemático e também do comportamento dinâmico do veículo. O controle do comportamento cinemático é baseado em modelo linearizado utilizando sistema de coordenadas locais e técnica de geração de trajetórias de aproximação, buscando uma condução suave e factível. O controle do comportamento dinâmico é destinado a aplicações de alto desempenho. O projeto e a implementação do sistema em questão foram desenvolvidos com base no paradigma de orientação a objetos visando a obtenção de código modular e de fácil manutenção, e que apresente estrutura lógica favorável à reutilização de software e à portabilidade. Realizou-se também uma análise criteriosa das restrições temporais do sistema, por ser este um sistema de tempo-real. Através de ensaios experimentais em diferentes plataformas comprova-se a eficiência do sistema embarcado desenvolvido, tanto em termos das técnicas de controle como da estruturação da aplicação. This work presents design and implementation of a real-time embedded system for path following on autonomous vehicle applications. The system uses Model Based Predictive Control algorithm and can be applied to control the kinematic and the dynamic behavior of autonomous vehicles. The kinematic behavior control is based on a linearized model using local frame coordinates and approaching path, to get smooth and feasible guidance. The dynamic behavior control is destined to high performance applications. The system's design and implementation process is based on the object-orientated paradigm, aiming for modularity, maintainability, extensibility, and reusability of the system software. Furthermore, the design process was driven to design the system in a platform-independent manner. Due to real-time caracteristics, detailed time constrains analysis are also performed. Experimental tests were performed to validate the system's eficiency regarding the control technique as far as the application structuring.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-22T15:43:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Apresenta-se uma metodologia para modelagem e análise de sistemas de tempo real com escalonamento utilizando técnicas de verificação de propriedades no contexto do projeto Topcased. Entre as linguagens para descrição de sistemas adotadas em tal projeto, adota-se V-Cotre. A Rede de Petri Temporal com Stopwatch (RPT-Sw) é utilizada como formalismo para exprimir as aplicações de tempo real e os mecanismos de escalonamento. As ferramentas de análise e verificação de Tina para este formalismo servem de base para abordagem proposta. Para validar as proposições apresentadas, três escalonadores clássicos são modelados: Rate Monotonic, Immediate Priority Ceiling Protocol e Earliest Deadline First; mas apenas os dois primeiros são verificados. Constatam-se limitações da linguagem V-Cotre para representação de algumas características destes sistemas e sugere-se um enriquecimento da linguagem como solução para esta limitação. Como a tradução da linguagem V-Cotre para o formalismo de base da verificação ainda não está completamente terminada, modelos simples em RPT-Sw são construídos manualmente para verificação dos dois primeiros tipos de escalonamento citados. Sugere-se um novo formalismo baseado em RPT-Sw de forma a permitir a representação completa destes sistemas. Os resultados de verificações sobre estes modelos com a ferramenta Tina demonstram que a abordagem baseada na verificação produz resultados equivalentes aos dos testes de escalonamento clássicos, sendo que estes podem ser eventualmente complexos em sistemas com muitas tarefas e recursos aninhados. Além disso, os testes efetuados permitem visualizar diversas análises em um nível de abstração "com escalonamento", de forma a aperfeiçoar a utilização de material, permitindo melhores escolhas de tempos relativos aos sistemas de tempo real.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-22T20:38:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 226008.pdf: 721583 bytes, checksum: 0644ee5a5d3b277c4e6abe29a4298356 (MD5) / Este trabalho propõe uma nova abordagem para aplicações de TV Digital. Esta abordagem estende o modelo de Xlet adicionando características tempo real leves (soft real-time) através da utilização da Real-Time Specification for Java (RTSJ) na implementação das Xlets. São apresentadas as vantagens da utilização desta nova abstração, e algumas formas de implementá-la. Visando a sua implementação em aplicações com restrições temporais leves em ambientes sujeitos a sobrecargas, são propostas três técnicas de escalonamento adaptativo: (i) um modelo de tarefas (m,k)-firm e política de escalonamento DBP (Distance Based Priority); (ii) flexibilização do período; e (iii) uso de componentes opcionais (computação imprecisa). Diversos experimentos foram efetuados visando validar o uso da RTXlet em cada uma dessas técnicas.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-23T07:39:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 246664.pdf: 2657579 bytes, checksum: a8b76e320bb0b47deb5f0bcbb64a26d6 (MD5) / O presente trabalho aborda o desenvolvimento de um modelo computacional para aplicações baseadas em agentes móveis imprecisos com restrição temporal, considerando a definição dinâmica do itinerário e seu impacto no tempo de resposta da missão. Neste modelo computacional cada agente possui certa flexibilidade na definição de seu itinerário. Esta flexibilidade está relacionada com características dos recursos. Para auxiliar o agente na definição de seu itinerário são propostas heurísticas. Cada heurística confere ao agente um comportamento distinto que, baseado nas diferentes características de cada recurso, é utilizado pelo agente móvel na definição do itinerário. Essas heurísticas podem ser utilizadas individualmente ou em pares/trios (através do uso de clones). Heurísticas mais elaboradas também foram propostas, capazes de escolher seu comportamento considerando um histórico de benefícios conseguidos em execuções passadas do agente móvel. O agente usa adaptação na partida. Uma vez escolhido o comportamento para a missão em questão, ele prossegue com este comportamento até o final da missão. Para realizar a escolha do comportamento foi utilizada probabilidade condicional baseada nas características do ambiente (sistema distribuído) e nos últimos eventos (histórico). As heurísticas propostas foram avaliadas através de simulações.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-23T21:22:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 252246.pdf: 1232707 bytes, checksum: fc444f67489ad12b2dbb5ad8e8cf777c (MD5) / Este trabalho trata do problema de previsão de perda de deadline em sistemas distribuídos de tempo real. O contexto do trabalho refere-se aos sistemas com restrições temporais não críticas. O objetivo é fornecer mecanismos de previsão de perda de deadline para melhorar o desempenho desses sistemas. São propostos diferentes mecanismos para sistemas construídos a partir de threads distribuídas. Para tanto, define-se um modelo de tarefas e uma arquitetura de sistema. O modelo de tarefas é constituído de tarefas locais periódicas com deadlines críticos e tarefas distribuídas aperiódicas com deadlines firmes. A arquitetura de sistema, presente em cada nodo, é composta por uma tarefa interceptadora e uma tarefa servidora, além de tarefas periódicas locais. A seguir, os mecanismos de previsão de perda de deadlines propostos são descritos. O mecanismo baseado em Milestones utiliza restrições temporais da thread distribuída para definir um tempo de resposta estimado (um milestone). O mecanismo de previsão baseado na folga restante (FR) considera as execuções condicionais da thread distribuída para fins de previsão. O mecanismo Aperiodic Server Queue Length (ASQ) utiliza informações a respeito da carga computacional do sistema, além de informações a respeito da thread distribuída. Os mecanismos propostos foram avaliados através de simulações, considerando diferentes contextos de execução. Os resultados mostram que os mecanismos FR e ASQ geram melhores previsões que o mecanismo baseado em Milestones. De uma maneira geral, os mecanismos de previsão fornecem uma estratégia adequada para melhorar o comportamento do sistema, porque permitem a antecipação de decisões acerca das medidas necessárias para aumentar seu desempenho.