Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-17T02:40:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T21:28:11Z : No. of bitstreams: 1 181974.pdf: 8205885 bytes, checksum: 9f39b2a7eff6bc0cb64eeb852132cf03 (MD5) / Sistemas computacionais de tempo real são identificados como aqueles sistemas submetidos a requisitos de natureza temporal. Nestes sistemas, os resultados devem estar corretos não somente do ponto de vista lógico, mas também devem ser gerados no momento correto. Um problema básico encontrado na construção de sistemas distribuídos de tempo real é a alocação e o escalonamento das tarefas nos recursos computacionais disponíveis. Existe uma dificuldade intrínsica em compatibilizar dois objetivos fundamentais: garantir que os resultados serão produzidos no momento desejado e dotar o sistema de flexibilidade para adaptar-se a um ambiente dinâmico e, assim, aumentar sua utilidade.Uma das técnicas existentes na literatura para resolver o problema de escalonamento tempo real é a Computação Imprecisa. Nesta técnica, cada tarefa da aplicação possui uma parte obrigatória e uma parte opcional. A parte obrigatória é capaz de gerar um resultado com a qualidade mínima, necessária para manter o sistema operando de maneira segura. A parte opcional refina este resultado, até que ele alcançe a qualidade desejada. Esta técnica procura conciliar os dois objetivos fundamentais citados antes. Entretanto, não existe na literatura um estudo amplo sobre a questão de "como resolver o problema do escalonamento quando sistemas de tempo real distribuídos são construidos a partir do conceito de Computação Imprecisa". O objetivo geral desta tese é mostrar como aplicações de tempo real, construídas a partir do conceito de Computação Imprecisa, podem ser escalonadas em ambiente distribuído. Em outras palavras, mostrar que o conceito de Computação Imprecisa pode ser adaptado para um ambiente onde tarefas executam em diferentes processadores e a comunicação entre elas é implementada através de mensagens. É mostrado que o problema proposto pode ser dividido em quatro problemas específicos. São eles:

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T11:42:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T18:21:36Z : No. of bitstreams: 1 173081.pdf: 3526159 bytes, checksum: 77685ced3650970d4244c4c82bbce9e5 (MD5) / O objetivo deste trabalho é validar o Modelo Reflexivo Tempo Real - RTR que explora as potencialidades dos paradigmas de orientação a objetos e reflexão computacional, no sentido de averiguar sua adequação na especificação da sincronização multimídia, visando contribuir para a solução de vários problemas encontrados atualmente nessa classe de especificação. A potencialidade do modelo é demonstrada através de um exemplo envolvendo situações típicas de um cenário multimídia real. Além disso, uma extensão do modelo para especificação de sincronização multimídia é descrita e exemplificada. Adicionalmente, esta dissertação também apresenta um estudo abrangente sobre os requisitos para um modelo multimídia e sobre os principais modelos e linguagens reflexivas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-24T14:34:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 273314.pdf: 2266066 bytes, checksum: 83e4bc5c0b960d6d3a72b771d0afd71e (MD5) / A tractografia por propagação de linhas é um método que, com base na ressonância magnética de tensores de difusão (DT-MRI), revela in vivo a disposição dos tratos neurais no cérebro humano. O alto custo computacional da tractografia, porém, implica um tempo de espera significativamente longo para o cálculo e exibição dos resultados. Esse tempo pode ser reduzido executando-se a tractografia de forma paralela, já que as trajetórias encontradas pelo método de propagação de linhas são independentes umas das outras. Uma plataforma atrativa para a execução paralela de programas é oferecida pelas unidades de processamento gráfico (GPUs) das placas de vídeo atuais. Desse modo, este trabalho propõe a execução paralela da tractografia por propagação de linhas em GPUs através da tecnologia CUDA. Experimentos foram conduzidos para avaliar o desempenho da tractografia em um processador central (CPU) e quatro GPUs distintas. Os resultados mostram que as GPUs são, no melhor caso, até 38 vezes mais velozes que a CPU na execução da tractografia, e até 8 vezes mais rápidas no pior caso. A velocidade obtida através das GPUs permite que os resultados tractográficos sejam calculados e exibidos em tempo real para um número de trajetórias superior a 3.000.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação / Made available in DSpace on 2012-10-22T16:21:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 233629.pdf: 3766536 bytes, checksum: e109e6ae29ea4b6b75e0b93be252f0eb (MD5) / Este trabalho apresenta um método de complexidade linear para correlacionamento estéreo de tempo-real, no qual o tempo de processamento depende apenas da resolução do par de imagens. Regiões ao longo de cada linha epipolar são indexadas para produzir o mapa de disparidades, ao invés de realizar uma busca pela melhor correlação. Métodos locais atuais não possuem complexidade linear, uma vez que dependem de uma busca através de um espaço de possíveis correlações. O método apresentado é limitado a um conjunto de câmeras paralelas ou um par de imagens retificadas, porque todas as disparidades devem ocorrer na mesma direção e sentido. Uma restrição de continuidade é aplicada para remover falsas correlações. O mapa resultante é semi-denso, mas as disparidades são bem distribuídas e as áreas esparsas são preenchidas satisfatoriamente através de interpolação baseada no ponto mais próximo. Nenhum ajuste específico de parâmetros é necessário. Resultados experimentais com conjuntos de dados padrão alcançam aproximadamente 90% de acurácia, usando metodologia de teste bem conhecida e os mesmos parâmetros em todos os testes.

Este trabalho aborda o desenvolvimento de uma arquitetura de controle em tempo real para servoposicionadores pneumáticos, baseada em computadores pessoais (PCs). Os servoposicionadores pneumáticos são de baixo custo, leves, não poluentes e de fácil utilização. Como apresentam boa relação entre peso e força, são bastante atraentes em aplicações de robótica. Entretanto, devido a suas não linearidades, os servoposicionadores pneumáticos apresentam dificuldades em seu controle. Visando compensá-las, são desenvolvidos algoritmos de controle cada vez mais complexos, necessitando de ferramentas mais robustas quanto ao poder de processamento. Ferramentas com características necessárias para o desenvolvimento de algoritmos e para o controle em tempo real de sistemas custam caro, o que dificulta o desenvolvimento de novas tecnologias de controle de servoposicionadores pneumáticos. Este trabalho apresenta uma revisão das soluções utilizadas na construção de sistemas pneumáticos de posicionamento e daquelas adotadas no controle digital de sistemas automáticos. Descrevese o processo de construção de uma bancada experimental, e o desenvolvimento das soluções em hardware e software para o controle digital é discutido. Visando uma solução economicamente atraente, são utilizados unicamente softwares de código aberto e de livre utilização, assim como hardwares de baixo custo.Para verificar a eficiência da solução proposta, a arquitetura de controle é utilizada para realizar a identificação dos parâmetros do sistema pneumático. Dentre eles, destacam-se a vazão mássica e o atrito, informações importantes para simulação e controle do sistema. Também são utilizados controladores do tipo Proporcional-Integral-Derivativo, implementados para apoiar o estudo do desempenho da arquitetura no controle do servoposicionador pneumático.

Os sistemas operacionais de tempo real, assim como os sistemas embarcados, estão inseridos no desenvolvimento de projetos de automação industrial segmentado em diversas áreas de pesquisa como, por exemplo, robótica, telecomunicações, e barramentos industriais. As aplicações de sistemas modernos de controle e automação necessitam de alta confiabilidade, velocidade de comunicação, além de, determinismo temporal. Sistemas operacionais de tempo real (SOTR) têm-se apresentado como uma solução confiável quando aplicadas em sistemas que se fundamentam no cumprimento de requisitos temporais. Além disso, o desempenho computacional é totalmente dependente da capacidade operacional da unidade de processamento. Em um sistema monoprocessado, parte da capacidade computacional da unidade de processamento é utilizada em atividades administrativas, como por exemplo, processos de chaveamento e salvamento de contexto. Em decorrência disto, surge a sobrecarga computacional como fator preponderante para o desempenho do sistema. Este trabalho tem por objetivo, analisar e fornecer uma arquitetura alternativa para realizar o co-processamento de tarefas em uma plataforma IBM-PC, aumentando a capacidade computacional do microprocessador principal. No presente trabalho, a plataforma de coprocessamento realiza a execução do algoritmo de escalonamento do sistema operacional, desta forma distribuiu-se o gerenciamento temporal das tarefas entre a plataforma IBM-PC e a unidade de co-processamento.

Aplicações recentes no setor de automação industrial utilizam barramentos de campo para prover comunicação entre dispositivos. Estas aplicações normalmente exigem que os barramentos apresentem suporte tempo real. A garantia do adequado atendimento a requisitos temporais restritos é de fundamental importância para o correto funcionamento do sistema. Este documento apresenta um sistema de validação temporal para aplicações desenvolvidas utilizando tecnologias de barramentos de campo. O sistema desenvolvido, chamado BR-Tool, permite monitoração em tempo de execução de uma rede de barramento de campo, confrontando os dados obtidos com requisitos temporais previamente definidos pelo operador. O sistema BR-Tool é composto por dois elementos: um sub-sistema de aquisição de mensagens (placa de aquisição) e um sub-sistema de validação (ferramenta computacional). A placa de aquisição foi especialmente projetada para operar com diferentes interfaces de barramentos de campo, realizando as tarefas de captura de eventos, marcação temporal e salvamento de um histórico de eventos. A ferramenta de validação, que roda no computador, realiza as tarefas de filtragem de eventos, especificação de requisitos e validação temporal, permitindo diversos modos de visualização dos resultados. A comunicação entre a placa de aquisição e a ferramenta de validação é implementada por uma interface PCI, permitindo operar com velocidades de até 12Mbps.

A popularização das tecnologias de acesso à Internet por “banda larga” suportam a crescente proliferação de aplicações do tipo “par-a-par” (peer-to-peer), onde o usuário doméstico, tipicamente consumidor de informação, passa também a atuar como provedor. De forma simultânea, há uma popularização crescente dos jogos em rede, especialmente dos “jogos maciçamente multijogador” (MMG ou massively multiplayer game) onde milhares de jogadores interagem, em tempo real, em mundos virtuais de estado persistente. Os MMGs disponíveis atualmente, como EverQuest e Ultima Online, são implementados como sistemas centralizados, que realizam toda a simulação do jogo no “lado servidor”. Este modelo propicia controle de acesso ao jogo pelo servidor, além de ser muito resistente a jogadores trapaceiros. Porém, a abordagem cliente-servidor não é suficientemente escalável, especialmente para pequenas empresas ou projetos de pesquisa que não podem pagar os altos custos de processamento e comunicação dos servidores de MMGs centralizados. Este trabalho propõe o FreeMMG, um modelo híbrido, cliente-servidor e par-a-par, de suporte a jogos maciçamente multijogador de estratégia em tempo real (MMORTS ou massively multiplayer online real-time strategy). O servidor FreeMMG é escalável pois delega a maior parte da tarefa de simulação do jogo para uma rede par-apar, formada pelos clientes. É demonstrado que o FreeMMG é resistente a certos tipos de trapaças, pois cada segmento da simulação distribuída é replicado em vários clientes. Como protótipo do modelo, foi implementado o jogo FreeMMGWizards, que foi utilizado para gerar testes de escalabilidade com até 300 clientes simulados e conectados simultaneamente no mesmo servidor Os resultados de escalabilidade obtidos são promissores, pois mostram que o tráfego gerado em uma rede FreeMMG, entre servidor e clientes, é significativamente menor se comparado com uma alternativa puramente cliente-servidor, especialmente se for considerado o suporte a jogos maciçamente multijogador de estratégia em tempo real.

Sistemas computacionais de tempo-real são tipicamente construídos a partir de primitivas de sincronização que fornecem uma noção do tempo no objetivo de coordenar a execução múltiplos fluxos de instruções em um processador. Quando o processamento é centralizado, a base de tempo destas primitivas é extraída do oscilador local da plataforma, permitindo que as ações do sistema sejam devidamente ordenadas, respeitando restrições de tempo e causalidade. No entanto, em sistemas distribuídos o problema não pode ser resolvido desta forma em decorrência de imperfeições nos dispositivos físicos. Diferenças mínimas na freqüência de osciladores fazem com que as bases de tempo dos componentes divirjam cada vez mais ao longo do tempo, dificultando ou até mesmo impossibilitando um ordenamento consistente de eventos. Por esta razão, sincronização de relógios é um serviço de fundamental importância, sobretudo em aplicações críticas, onde os níveis de confiabilidade exigidos são mais elevados. O presente trabalho consiste na proposta e implementação de uma plataforma de comunicação otimizada para sistemas de controle distribuídos, caracterizados por uma alta regularidade no comportamento da comunicação. O objetivo é propor uma solução em baixo nível com suporte para o projeto de sistemas distribuídos no domínio de aplicações críticas. A plataforma proposta, à qual foi atribuído o nome CASCA, sigla para “Communication Architecture for Safety- Critical Applications”, é de fato uma extensão time-triggered do protocolo CAN. Acima da camada de enlace do protocolo original foram projetados mecanismos sincronização de relógios e criação inicial da base de tempo, implementados na forma de uma combinação de hardware e software. Principais características da plataforma são jitter mínimo, uma base de tempo global essencialmente distribuída e particionamento temporal. Diferentes alternativas de projeto foram consideradas, observando com maior atenção a viabilidade de prototipação em dispositivos FPGA para fins de validação e aplicação imediata em plataformas reconfiguráveis. Como forma de validação da plataforma, um sistema elementar formado por três nodos foi sintetizado com sucesso em bancada obtendo-se como resultado uma base de tempo essencialmente distribuída com precisão menor do que um micro-segundo.

Sistemas de controle industriais precisam atender a requisitos temporais para garantir seu correto funcionamento, sendo por isto considerados sistemas tempo-real. Quando tais sistemas são distribuídos, tais como redes de sensores, atuadores e controladores interligados por barramentos de campo, a comunicação desempenha um papel importante no comportamento temporal. Este trabalho propõe uma ferramenta para validar o comportamento temporal da comunicação em um protocolo de barramento de campo, o Foundation Fieldbus. A proposta inclui a especificação de requisitos e a visualização da validação. Pretende-se auxiliar a compreensão do comportamento temporal e possibilitar a depuração de sistemas tempo-real distribuídos. O sistema desenvolvido encontra-se operacional e foi validado em diversos estudos de caso, os quais são descritos no presente trabalho.