A tecnologia embarcada está se tornando dominante em muitas áreas, tais como comunicação, aeroespacial, manufatura e controle de processos, equipamentos médicos entre outras. No setor automotivo estão se tornado elementos fundamentais para propiciar mais segurança e desempenho operacional. Recentes Leis de Trânsito que tornam obrigatória a instalação em carros novos de equipamentos especiais, como rastreadores e freios ABS, estão criando oportunidades para empresas nacionais desenvolverem soluções que cumpram essas exigências. Entretanto, os processos de desenvolvimento praticados pelas empresas, principalmente pequenas e médias, não estão adequados à dinâmica do setor automobilístico. Para atender esse mercado é essencial a utilização de um conjunto de boas práticas de engenharia de sistemas de modo a reduzir os custos e aumentar a agilidade, tornando eficiente o processo de desenvolvimento de produtos. O objetivo desta dissertação é formular uma metodologia de desenvolvimento de sistemas embarcados automotivos, adequada às empresas de tecnologia de pequeno porte. Foi proposto um Framework de Desenvolvimento que agregou conceitos de engenharia de software baseada em componentes e plataforma de hardware reutilizável, associados à técnica de teste Pair-wise. A metodologia proposta foi avaliada através de um estudo de caso de um fabricante de sistemas embarcados. Foram comparados dois tipos de desenvolvimentos de um sistema de rastreamento veicular. O primeiro foi baseado no método tradicional e o segundo utilizou o Framework de Desenvolvimento. Os resultados mostraram que o método proposto, proporciona no longo prazo uma redução de custos de desenvolvimento da ordem de 30 %. Uma perspectiva que se vislumbra é a aplicação desta metodologia de desenvolvimento em outros segmentos da indústria além do setor automobilístico.

O domínio de sistema de software crítico embarcado requer atividades de Engenharia Reversa de Software especializadas para atender características típicas a esse tipo de sistema. A Engenharia Reversa de Software para sistemas de software críticos embarcados não tem focado na análise temporal de tais sistemas. Um dos desafios é a construção de um modelo para análise com detalhes suficientes para expressar as propriedades temporais que são de interesse de uma atividade de Engenharia Reversa de Software. Este trabalho propõe uma abordagem de Engenharia Reversa de Software para sistema de software crítico embarcado visando propiciar um entendimento dos aspectos temporais e segurança do software por meio de um modelo formal, a fim de prover o entendimento completo de tais aspectos. A solução é essencialmente baseada nas atividades de verificação formal de software e modelo e em uma base de conhecimento para armazenar os resultados dessas atividades. Os resultados da aplicação da abordagem em um software aeroespacial sugerem que a abordagem é viável de ser executada e correta ao atingir seu objetivo principal, que é aumentar a compreensão geral do sistema tanto para manutenção, evolução bem como para desenvolvimento de software novo.

A utilização de processadores modernos no segmento espacial possibilitou o aumento de desempenho dos sistemas embarcados críticos, tornando a operação através de um Sistema Operacional de Tempo Real - SOTR inevitável. Entretanto, os efeitos que as características do núcleo do SOTR tem na aplicação devem ser considerados. Assim, o principal requisito de uma aplicação espacial baseada em um SOTR, segundo a norma "ECSS-E-ST-40C: Software", é a verificação se o comportamento de tempo real é previsível. Atualmente, estão disponíveis abordagens baseadas em software para a verificação temporal, tais como a utilização de modelos analíticos e simulação, conjuntos dedicados ao teste de temporização, benchmarks e análise estática de código. Uma vez que não há padronização acerca das metodologias, essas abordagens podem resultar na superestimação temporal e de recursos. Nesse contexto, a utilização de ferramentas de hardware externas para medir o desempenho das características do núcleo de um SOTR são de suma importância nas aplicações espaciais. O presente trabalho propõe o Ambiente de análise de Desempenho de Tempo Real - ADTR para a medição de overheads e verificação temporal das características do núcleo de um SOTR. A abordagem é baseada em uma ferramenta de hardware minimamente intrusiva projetada utilizando uma Field Programmable Gate Array - FPGA. Os experimentos foram conduzidos com a nova ferramenta em um estudo de caso de aplicação em computadores de bordo para satélites, baseado no processador ERC32 e o SOTR Real-Time Executive for Multiprocessor Systems - RTEMS. São apresentados dois modelos de teste, considerados aqui como duas características do núcleo do RTEMS: chaveamento de contexto com preempção e latência de interrupção externa com preempção. Os resultados mostram a eficiência da nova ferramenta para medição das duas características. É possível utilizar o novo ambiente para complementar outros métodos de verificação temporal para o atendimento da norma.

É proposta uma arquitetura para ensaios de sistemas de controle e guiamento de aeronaves não tripuladas em ambiente real de voo, tendo como requisitos básicos a implementação com custo baixo e a operação segura. A plataforma implementada a partir da proposta apresenta capacidade de guiamento e controle autônomos para navegação em rotas pré-determinadas, estabilização automática de atitude, e armazenamento de dados de voo. A proposta se baseia no conceito de RIG Aviônico, tradicionalmente utilizado para a realização de ensaios em solo para certificação de sistemas aviônicos de aeronaves tripuladas. O conceito é expandido para um "RIG Voador", que tem como objetivo principal a determinação do comportamento de sistemas de guiamento e controle embarcados, em situações de voo real e em situações limite. As alternativas para a utilização de componentes off-the-shelf de baixo custo existentes no mercado são identificadas, objetivando a implementação da proposta. São detalhadas as etapas de desenvolvimento do sistema de navegação e controle, bem como sua integração na aeronave utilizada como plataforma para implementação do exemplo de aplicação. Os ajustes nos sistemas de guiamento e controle foram realizados com a utilização do método de Ziegler-Nichols. A capacidade de integração de um sistema de guiamento e controle secundário foi testada através do uso de um sistema de rádio-controle independente. Os resultados obtidos mostram que o conceito de "RIG Voador" pode ser usado para a avaliação de componentes, e de sistemas de guiamento e controle a serem embarcados em VANTs.

Para desempenhar tarefas cooperativas de maneira descentralizada, exige-se que sistemas multi-robô comuniquem-se entre si. Portanto, manter a conectividade do grafo de comunicação é uma questão fundamental. Neste trabalho, nós analisamos o efeito de diferentes tipos de perturbação na estratégia de controle para manutenção de conectividade descrita em (SABATTINI, 2012), avaliando o impacto de falha, atraso e ruído na comunicação entre os agentes. Os resultados mostram que a estratégia para garantir a conectividade nem sempre é resiliente aos efeitos negativos de tais perturbações em configurações realistas que consideram um limite de banda para o esforço de controle. Contudo, características inerciais inerentes da maioria dos sistemas aquáticos e terrestres abrem perspectiva de aplicação da estratégia de manutenção de conectividade a sistemas adaptativos que consideram, por exemplo, adaptação autônoma a restrições outras além da própria conectividade, como eficiência na comunicação ou captação de energia.

O objetivo deste trabalho é proporcionar uma melhoria no algorítmo de determinação de atitude no projeto Pegasus AutoPilot, atualmente em desenvolvimento no Instituto Tecnólogico de Aeronáutica, utilizando agora o Filtro de Kalman em suas formulações direta e indireta. São utilizadas Unidades de Medida Inercial de baixo custo que consiste em sensores integrados em um único bloco, os quais estão presentes sensores que fornecem aceleração, velocidade angular e um sensor não inercial que mede campo magnético. Os algorítmos propostos, utilizando o Filtro de Kalman, são implementados primeiramente no ambiente Matlab para validação do modelo e em seguida é implementado o sistema embarcado de tempo real no microcontrolador Cortex M3, mantendo o hardware já utilizado no projeto Pegasus Autopilot. O sistema de tempo real implementado neste trabalho tem o objetivo de verificar o desempenho do Filtro de Kalman no hardware já utilizado projeto atualmente. Os resultados obtidos no ambiente MATLAB mostram que os métodos utilizando Filtro de Kalman possuem melhor desempenho, porém quando utilizados em um sistema embarcado ocorre degradação do sistema.

É proposto um procedimento sistemático para escolha da arquitetura conceitual para sistemas aviônicos de um novo produto na área aeronáutica. O procedimento utiliza os requisitos de mercado, permite analisar arquiteturas de aeronaves da mesma faixa e busca identificar as funções básicas e provisões a serem desempenhadas pelo produto. As funções a serem desempenhadas são analisadas sob o ponto de vista de integração, o que implica em identificação dos cenários de integração aplicáveis e sua avaliação. Para auxiliar na transição para a fase de especificação de requisitos, é aplicado um check list para garantia de atendimento das premissas consideradas. O procedimento é aplicado a uma aeronave de transporte civil de médio porte, o que permite demonstrar sua aplicabilidade, os ganhos e as limitações que apresenta. O processo de tomada de decisão passa a ser fundamentado em critérios claros de atendimento às decisões das entidades certificadoras e de atendimento às necessidades de mercado.

The integration between the computing world and the physical world in a single system is called Cyber-Physical Systems (CPS). CPS systems aim to improve understanding and influence in physical phenomena and environmental behaviors by computing means. The interaction of the computing world with the physical world, through the use of sensors, actuators and network communication often leads to the accomplishment of highly complex and multidisciplinary projects. Project management is a practice that enhances the success probability of a project, monitoring and controlling relevant aspects to the project execution. Project Management Body of Knowledge (PMBOK) is a set of best practices regarding project management which addresses ten knowledge areas aiming to support project managers from any application domain. Although PMBOK proposes a generic approach, some specialized practices for a particular application domain may benefit highly challenging projects. In this context, this research work aims to propose a set of best practices specific for CPS systems development projects. The proposed approach is called CPS-PMBOK (junction of terms cyber-physical systems and project management body of knowledge) and is based on PMBOK\'s three knowledge areas: scope, human resource and stakeholder. CPS-PMBOK includes: \\textit a CPS characterization model which supports the understanding of the system to be developed; and \\textit specializations of these three PMBOK\'s knowledge areas, which provide a whole new process for the project scope management as well as specific improvements of well-known techniques for both the human resource management and the stakeholders management. The goal of CPS-PMBOK is to enhance project effectiveness and CPS quality, embracing both project manager and developers. To evaluate CPS-PMBOK effectiveness and adherence, the practices were presented for project managers and developers in a R\\&D company. The practices: pre-elaborated list of requirements, specialized team division and technical trust showed as more relevant for each respective knowledge area, according to managers. For developers, the review requirements process, cross training and technical trust seems to contribute more for its respective knowledge areas / A integração entre o mundo computacional e o mundo físico em um único sistema é chamada de Sistemas Ciberfísicos (CPS - do inglês \"Cyber-Physical Systems\'\'). Sistemas CPS visam melhorar o entendimento e a influência nos fenômenos físicos por meios computacionais. A interação do mundo computacional com o mundo físico, por meio de sensores, atuadores e redes de comunicação, frequentemente leva à realização de projetos de alta complexidade e multidisciplinares. Gestão de projetos é uma prática que aumenta as chances de sucesso de um projeto, monitorando e controlando aspectos relevantes da realização do projeto. PMBOK (Project Management Body of Knowledge) é uma combinação de boas práticas relacionadas à gestão de projetos que trata dez áreas de conhecimento visando auxiliar gerentes de projeto de qualquer área de aplicação. Embora PMBOK proponha uma abordagem genérica, algumas práticas especializadas para determinadas áreas de aplicação particulares podem beneficiar projetos altamente desafiadores. Neste contexto, este projeto de pesquisa visa propor um conjunto de boas práticas para projetos de desenvolvimento de sistemas CPS. Essa abordagem é chamada de CPS-PMBOK (junção dos termos em inglês: cyber-physical systems e project management body of knowledge) e é baseada em três áreas de conhecimento do PMBOK: escopo, recursos humanos e partes interessadas. CPS-PMBOK inclui: (i) um modelo de caracterização de sistemas CPS que auxilia o entendimento do sistema a ser desenvolvido e (ii) especializações dessas três áreas de conhecimento do PMBOK, que fornecem um inteiramente novo processo para a gestão de escopo do projeto assim como melhorias específicas de técnicas conhecidas do PMBOK para os processos de gestão de recursos humanos e de gestão de partes interessadas. O objetivo da CPS-PMBOK é melhorar a eficácia do projeto e a qualidade do sistema CPS desenvolvido, abrangendo tanto o gerente de projeto quanto os desenvolvedores. Para avaliar a efetividade e aderência da CPS-PMBOK, as práticas foram apresentadas para gerentes de projeto e desenvolvedores em uma empresa de P&D. As práticas: listas pré-elaboradas de requisitos, divisão de equipes especializadas e confiança técnica mostraram-se mais relevantes para cada respectiva área do conhecimento, segundo os gerentes. Para os desenvolvedores, o processo de revisar requisitos, treinamento cruzado e confiança técnica pareceram contribuir mais para suas respectivas áreas do conhecimento

A demanda por novas tecnologias, melhoria de segurança e conforto para veículos urbanos cresceu consideravelmente nos últimos anos, motivando a indústria na criação de sistemas destinados ao apoio de motoristas (ADAS - Advanced Driver Assistance Systems). Este fato contribuiu para o desenvolvimento de diversos sistemas embarcados na área automobilística destacando-se, à prevenção de colisão a pedestres por veículos. Através do avanço em diversas pesquisas, começaram a circular pelas ruas veículos com sistemas anticolisão e com navegação autônoma. Contudo, para alcançar objetivos cada vez mais desafiadores, os projetistas precisam de ferramentas que permitam unir tecnologias e conhecimentos de áreas distintas de forma eficiente. Nesse contexto, há uma demanda para a construção de sistemas que aumentem o nível de abstração da modelagem de projetos para o processamento de imagens em sistemas embarcados e assim, possibilitando uma melhor exploração do espaço de projetos. A fim de contribuir para minimizar este problema, este trabalho de pesquisa demonstra o desenvolvimento de um framework para coprojeto de hardware e software específico para a construção de sistemas ADAS que utilizam visão computacional. O Framework visa facilitar o desenvolvimento dessas aplicações permitindo a exploração o espaço de projeto (DSE - Design Space Exploration), e assim contribuindo para um ganho de desempenho no desenvolvimento de sistemas embarcados quando comparados à construção totalmente de um modo manual. Uma das características deste projeto é a possibilidade da simulação da aplicação antes da síntese em um sistema reconfigurável. Os principais desafios deste sistema foram relacionados à construção do sistema de intercomunicação entre os diversos blocos de Propriedade Intelectual (IP) e os componentes de software, abstraindo do usuário final inúmeros detalhes de hardware, tais como gerenciamento de memória, interrupções, cache, tipos de dados (ponto flutuante, ponto fixo, inteiros) e etc, possibilitando um sistema mais amigável ao projetista. / The demand for new technologies, enhanced security and comfort for urban cars has grown considerably in recent years prompting the industry to create systems designed to support drivers (ADAS - Advanced Driver Assistance Systems). This fact contributed to the development of many embedded systems in the automotive area among them, the pedestrians collision avoidance. Through the advancement in various research, began circulating through the streets vehicles with anti-collision systems and autonomous navigation. However, to achieve ever more challenging goals, designers need tools to unite technology and expertise from different areas efficiently. In this context, there is a demand for building systems that increase the level of abstraction of models of image processing for use in embedded systems enabling better design space exploration. To help minimize this problem, this research demonstrates a develop a specific framework for hardware/software codesign to build ADAS systems using computer vision. The framework aims to facilitate the development of applications, allowing better explore the design space, and thus contribute to a performance gain in the development of embedded systems in relation to building entirely in hardware. One of the requirements of the project is the possibility of the simulation of an application before synthesis on a reconfigurable system. The main challenges of this system were related to the construction of the intercommunication system between the various Intellectual Property (IP) blocks and the software components, abstracting from the end user numerous hardware details, such as memory management, interruptions, cache, types (Floating point, fixed point, integers) and so on, enabling a more user-friendly system for the designer.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de dois equipamentos orientados a microprocessador para aquisição e armazenamento automatizado de variáveis físico-químicas da água. Os equipamentos desenvolvidos operam conjuntamente com uma sonda de medidas que fornece dados relativos as variáveis medidas de temperatura, pH, oxigênio dissolvido, condutividade, turbidez e profundidade. Outro estudante de mestrado Ronaldo Bruno desenvolveu a sonda de medidas em trabalho anterior. O primeiro equipamento desenvolvido neste trabalho, denominado UMAM, é uma unidade de visualização; este coleta dados da sonda e realiza o processamento destes para mostrar as medidas de uma maneira apropriada. Este equipamento também permite a realização de algumas calibrações de suas leituras. O segundo equipamento, denominado UA, opera conectado a UMAM, armazenando as variáveis medidas em um dispositivo de memória de cartão removível (PC CARD). A UA, também permite transferir os valores armazenados a um computador pessoal para manipulação destes dados e a produção de relatórios. Ambos os equipamentos desenvolvidos utilizam microcontroladores da família MCS-51. Estes microcontroladores são responsáveis pelas tarefas de processamento dos dados e controle dos processos. Os equipamentos foram avaliados qualitativamente e quantitativamente em laboratório, utilizando-se de amostras de água com características físico e químicas bem conhecidas, demonstrando um bom desempenho e adequação para utilização em campo. / This work presents the development of two microprocessor-based equipment for automatic data acquisition and storage of water physical and chemical variables. The developed equipment works together with a measuring probe which supplies data related to the measured variables, namely temperature, pH, dissolved oxygen, conductivity, turbidity and depth. Another MSc student Ronald Bruno in his mastering work previously developed the measuring probe. The first equipment developed, called UMAM, is a visualization unit; it collects the data from the probe and performs the processing to show the data in an appropriate manner, it allows also performing some calibrations. The second equipment, called UA, operated connected to the UMAM, storing the measured variables in to a removable card memory device (PC CARD). The UA, allows also to transfer the stored values to a personal computer for data manipulation and to produce reports. Both developed equipment used microcontrollers of the MCS-51 family. The microcontrollers are responsible for data processing and process control tasks. The equipments have been evaluated qualitatively and quantitatively in the lab using water samples of well-known physical and chemical characteristics, demonstrating to have good performance and to be adequate for use in the field.