Objetivando implementar um sistema embarcado baseado principalmente em software, duas abordagens ortogonais estão sendo propostas: Desenvolvimento Baseado em Plataformas, que maximiza o reuso; Desenvolvimento Baseado em Modelos, que aumenta o nível de abstração utilizando conceitos de orientação a objetos e UML para modelar uma aplicação. Porém, com o aumento do nível de abstração, engenheiros de software não possuem a idéia exata do impacto de suas decisões de modelagem em questões importantes, como desempenho, e consumo de energia e de memória para uma plataforma embarcada específica. Neste trabalho, propõe-se estimar a memória de dados e de programa, o desempenho e o consumo de energia, diretamente de especificações em UML, como intuito de realizar a exploração do espaço de projeto já nos estágios iniciais do processo de desenvolvimento. Resultados experimentais apresentam erros reduzidos, quando componentes da plataforma são reutilizados e seus custos já são conhecidos para uma plataforma alvo. Aplicações reais foram modeladas de diferentes formas e demonstram a eficiência da abordagem de estimativa para o estagio inicial de exploração do espaço de projeto, permitindo ao desenvolvedor avaliar e comparar diferentes soluções de modelagem. Os valores estimados utilizados na exploração do espaço de projeto podem alcançar taxas de erros inferiores a 5%. / In order to quickly implement an embedded system that is mainly based on software, two orthogonal approaches have been proposed: Platform-based Design, which maximizes the reuse of components; and Model Driven Development, which rises the abstraction level by using object-oriented concepts and UML for modeling an application. However, with this increasing of the abstraction level, software engineers do not have an exact idea of the impact of their modeling decisions on important issues such as performance, energy, and memory footprint for a given embedded platform. This work proposes to estimate data and program memory, performance, and energy directly from UML model specifications to explore the design space in the early steps of development process. Experimental results show a very small estimation error when platform components are reused and their costs on the target platform are already known. Real-life applications are modeled in different ways and demonstrate the effectiveness of the estimates in an early design space exploration, allowing the designer to evaluate and compare different modeling solutions. The estimated values used in the design space exploration can achieve errors as low as 5%.

O crescente aumento da complexidade dos sistemas embarcados demanda consigo a necessidade do uso de novas abordagens que acelerem o seu desenvolvimento, como por exemplo, o desenvolvimento baseado em modelos. Essas novas abordagens buscam aumentar o nível de abstração, utilizando conceitos de orientação a objetos e UML para modelar um software embarcado. Porém, com o aumento do nível de abstração, o projetista de software embarcado não possui a ideia exata do impacto de suas decisões de modelagem em questões importantes, como desempenho, consumo de energia, entre tantas outras que são de suma importância em um projeto embarcado. Dessa forma, se fazem necessárias técnicas de análise e/ou estimação de projeto que, em um ambiente de desenvolvimento mais abstrato, possam auxiliar o projetista a tomar melhores decisões nas etapas inicias de projeto, garantindo assim, as funcionalidades (requisitos funcionais) e os requisitos não funcionais do sistema embarcado. Neste trabalho, propõe-se estimar os requisitos não funcionais de um sistema embarcado a partir de informações (métricas) extraídas das etapas iniciais do projeto. Pretende-se com isso auxiliar o projetista na exploração do espaço de projeto já nos estágios iniciais do processo de desenvolvimento, através de uma rápida realimentação sobre o impacto de uma decisão de projeto no desempenho da aplicação em uma dada plataforma de execução. Os resultados experimentais mostram a aplicabilidade da abordagem, principalmente para um ambiente de evolução e manutenção de projetos de software, onde se tem um histórico de métricas de aplicações semelhantes para serem usadas como dados de treinamento. Neste cenário, a abordagem proposta possui acurácia de pelo menos 98% para as estimativas apresentadas ao projetista. Em um cenário heterogêneo, assumindo o uso da metodologia em um sistema diferente daquele usado para treinamento, a acurácia do método de estimação cai para pelo menos 80%. / The increasing complexity of embedded systems demands the use of new approaches to accelerate their development, such as model-driven engineering. Such approaches aim at increasing the level of abstraction using concepts such as object-orientation and UML for modeling the embedded software. However, with the increase of the abstraction level, the embedded software developer looses controllability and predictability over important issues such as performance, power dissipation and memory usage for a specific embedded platform. Thus, new design estimation techniques that can be used in the early development stages become necessary. Such a strategy may help the designer to make better decisions in the early stages of the project, thus ensuring the final system meets both functional and non-functional requirements. In this work, we propose an estimation technique of non-functional requirements for embedded systems, based on data (metrics) extracted from early stages of the project. The proposed methodology allows to better explore different design options in the early steps of software development process and can therefore provide a fast and yet accurate feedback to the developer. Experimental results show the applicability of the approach, particularly for software evolution and maintenance, which has a history of similar applications metrics to be used as training data. In this scenario, the accuracy of the estimation is at least of 98%. In a heterogeneous scenario, where the estimation is performed for a system that is different from the one used during training, the accuracy drops to 80%.

Partículas radioativas, ao atingirem o hardware dos sistemas computacionais, podem resultar em comportamentos inesperados durante a execução de um software. Tais comportamentos inesperados podem persistir por toda a vida útil do sistema ou podem ter uma duração limitada. Nesse último caso, temos o que chamamos de falhas transientes. Falhas transientes podem fazer com que as instruções do programa executem em uma sequência incorreta, o que chamamos de erros de fluxo de controle (Control-flow errors - CFEs). Estudos mostram que entre 33% e 77% das falhas transientes que afetam o hardware se manifestam como erros de fluxo de controle, dependendo do tipo do processador. Se o sistema não realizar nenhuma verificação em tempo de execução, um erro de fluxo de controle pode não ser detectado, o que pode resultar em uma execução incorreta do programa. Sistemas projetados para aplicações de baixo custo voltados para sistemas embarcados, onde os custos e desempenho são os fatores principais, utilizam técnicas baseadas em software para aumentar a confiabilidade do sistema. As técnicas baseadas em software para detecção de CFEs são conhecidas como signature monitoring ou signature checking. Essas técnicas introduzem código extra em todos os blocos básicos do programa com a finalidade de detectar os CFEs. Esse código extra implica em overhead, que pode ter uma grande variação dependendo da técnica utilizada. Na tentativa de minimizar o overhead imposto pelas técnicas de detecção de CFEs, neste trabalho foi desenvolvida a técnica de detecção e proteção de blocos básicos suscetíveis através da análise sistemática de single bit-flip. O objetivo da técnica é detectar os blocos básicos suscetíveis do programa através da análise sistemática de single bit-flip e proteger apenas esses blocos básicos. A técnica foi avaliada em termos de sua taxa de cobertura de falhas e desempenho. Para avaliar a taxa de cobertura falhas foram realizadas várias campanhas de injeção de falhas nos programas da suíte de benchmarks Mibench. A avaliação de desempenho foi feita com base na quantidade de instruções de máquina executadas pelos benchmarks, comparando quantidade de instruções antes e depois da utilização da técnica detecção e proteção de blocos básicos suscetíveis. Os resultados dos experimentos mostram que é possível reduzir em até 27,93% a quantidade de blocos básicos protegidos e ao mesmo tempo manter uma alta taxa de cobertura de falhas. Porém, em termos de desempenho, o ganho não ficou na mesma proporção da quantidade de blocos básicos não protegidos, ficando abaixo do esperado. / Radioactive particles hitting the hardware of computer systems may result in unexpected behavior during software execution. Such unexpected behavior may persist for the lifetime of the system or may have a limited duration. In the latter case, we have what is called a transient fault. Transient faults may cause the program instructions to execute in an incorrect sequence. This incorrect sequence is called a control flow error (CFE). Research show that between 33% to 77% of transient faults manifest themselves as CFEs, depending on the type of the processor. If the system does not perform any verification at runtime, a control flow error may be not detected, which can result in incorrect program execution. Systems projected to low-cost embedded applications, where cost and performance are the main factors, use software based techniques to improve system reliability. Software based techniques to detect CFEs are known as signature monitoring or signature checking. These techniques insert extra code in each basic block of the program in order to detect CFEs. This extra code add an undesirable overhead in the program, which can have large variation depending on the technique used. In the attempt to minimize the overhead added by CFEs detection techniques, this work developed a technique of detection and protection of susceptible basic blocks through systematic bit-flip analysis. The purpose of this technique is to detect the susceptible basic blocks of the program through the systematic bit-flip analysis and to protect only these basic blocks. The technique was evaluated based on its fault coverage rate and performance. To evaluate the fault coverage rate a fault injection campaing was performed in the programs of the Mibench benchmark suite. The performance evaluation was based in the number of instruction executed by each benchmark, comparing the number of instructions before and after the use of the proposed technique. The experimental results show that is possible to reduce up to 27,93% the amount of protected basic blocks, while keeping a high faults coverage hate. However, in terms of performance, the gain was not in the same proportion, being lower than expected.

Sistemas embarcados, em especial aqueles utilizados em robótica, apresentam, em sua estrutura, uma multiplicidade de dispositivos que resultam em uma arquitetura bastante heterogênea e bem distribuída. Para auxiliar na resolução dessa complexidade inerente, este trabalho resgata os conceitos de frameworks, buscando na sua integração e modelo conceitual, desenvolver um conjunto de ferramentas que gerencia a mediação entre sistemas embarcados e demais aplicações de software, fornecendo bibliotecas e componentes reutilizáveis para aplicações na robótica. Propõe-se utilizar framework e middleware de sistemas open-source para integração entre a plataforma de software e hardware. Um dos objetivos do projeto é criar um framework multi-plataforma com diferentes tipos de serviços para o de desenvolvimento de aplicações no campo da robótica. O projeto tem como estudo de caso sistemas embarcados aplicados em robótica móvel e tecnologia assistiva. / Embedded systems, especially those used in robotics, present in its structure, a plurality of devices that result in a very heterogeneous and well distributed architecture. To help resolve this inherent complexity, the work rescues the concepts of frameworks, seeking their integration and conceptual model, develop a set of tools that manage to mediate between embedded systems and other of software applications, providing reusable libraries and components for applications in robotics. It is proposed to use framework and middleware systems open source for integration between the platform software and hardware. One of the project objectives is to create a multi-platform framework with different types of services, considering the programming and compatibility with hardware for the development of applications in the field of robotics. The project’s case study developing embedded applied in mobile and Assistive Technology robotics.

Arquiteturas reconfiguráveis têm se demonstrado uma potencial solução para lidar com a crescente complexidade encontrada em sistemas embarcados. Para se alcançar ganhos em desempenho, é preciso uma grande redundância das unidades funcionais, acarretando o aumento da área ocupada pelas unidades funcionais. Uma das propostas deste trabalho será de explorar o espaço de projeto, visando à redução da área e da energia. Para isto, serão apresentadas duas técnicas de virtualização de hardware, sendo as mesmas semelhantes a um pipeline de estágios reconfiguráveis. Ambas as técnicas alcançaram mais de 94% de redução da área. Outro aspecto a ser explorado em uma arquitetura reconfigurável é o impacto em área e energia causado pela inserção da memória de contexto. Assim, este impacto será demonstrado neste trabalho e duas abordagens que modificam a memória de contexto serão propostas: a primeira abordagem baseia-se na exploração da largura ideal da porta da memória combinado com número de acessos, para que se minimize a energia consumida na busca dos bytes de configuração; a segunda abordagem possui um mecanismo de gerenciamento das configurações por meio de listas ligadas, que permite que as configurações sejam acessadas parcialmente. As duas abordagens apresentaram redução de energia de até 98%, podendo ser utilizadas em sistemas que apresentam tanto a reconfiguração parcial como a total. / Reconfigurable architectures have shown to be a potential solution to the problem of increasing complexity found in embedded systems. However, in order to achieve significant performance gains, large quantities of redundant functional units are generally necessary, with a corresponding increase in the area occupied by these units. This thesis explores the design space with the objective of reducing both area and energy consumption, and presents two hardware virtualization techniques, similar to reconfigurable pipeline stages, which achieve a reduction in area of more than 94%. The use of context memory in reconfigurable architectures has a significant impact in terms of area and energy, as is clearly demonstrated by initial experimental results. Two novel context memory architectures are presented: the first approach is being based on an exploration of the balance point between memory port width and number of accesses, in order to reduce the energy consumed during fetching of the configuration bytes; the second approach presents a configuration management mechanism using hardware linked lists, and that allows segmented access to configuration settings. Both approaches demonstrate energy reduction of up to 98% and can be adopted in both partial and atomic reconfiguration architectures.

Com o advento dos processos submicrônicos, a capacidade de integração de transistores numa mesma pastilha de silício atingiu níveis que possibilitaram a construção dos sistemas com múltiplos processadores num chip (MPSoCs, do inglês MultiProcessor System-on-Chip). Essa possibilidade de integração permite inserir dezenas de Elementos de Processamento (EPs) nos circuitos integrados atuais, e já se projeta centenas de EPs para os sistemas da próxima década (ITRS, 2011). Nesse cenário, um dos principais desafios se refere ao serviço de interconexão dos EPs, que deve apresentar um desempenho de comunicação necessário para as aplicações em execução sem comprometer as limitações de consumo de área e energia do circuito. Nos primeiros sistemas multiprocessados, com poucos nodos, arquiteturas baseadas em barramento foram suficientes para cumprir esses requisitos. Porém, o número de elementos nos sistemas recentes aumentou rapidamente, tornando as redes-em-chip a solução mais apropriada, por aliar escalabilidade e reuso na mesma estrutura. Contudo, diante da previsão de que essa tendência de aumento se manterá retorna a discussão se as redes-em-chip atuais continuarão adequadas para os futuros sistemas. De fato, o custo das redes-em-chip convencionais pode se tornar proibitivo para as escalas dos circuitos em um futuro próximo. Novas propostas têm sido apresentadas na literatura científica onde se podem destacar duas principais estratégias de projeto às redes de interconexão: reconfiguração arquitetural e organização hierárquica da topologia. A reconfiguração arquitetural permite obter uma grande eficiência, independente do tipo de aplicação em execução, pois uma das alternativas é projetar o circuito para que ele se auto adapte conforme os requisitos de desempenho para cada aplicação. Por outro lado, arquiteturas organizadas em topologias hierárquicas são desenvolvidas para uma estrutura computacional definida em tempo de projeto, sendo mais eficazes para uma classe de aplicações. O presente trabalho explora a sinergia da combinação das potencialidades das duas soluções e propõe uma nova estrutura que oferece melhor desempenho para uma classe maior de aplicações apropriada para os futuros sistemas. Como resultado foi implementada uma arquitetura adaptativa chamada MINoC (Multiple Interconnections Networks-on-Chip), uma arquitetura organizada em hierarquia, chamada HiCIT (Hierarchical Crossbar-based Interconnection Topology) e uma simbiose de ambas culminando na arquitetura hierárquica adaptativa HASIN (Hierarchical Adaptive Switching Interconnection Network). São apresentados resultados que mostram a eficiência desses conceitos validando a proposta hierárquica adaptativa. / With the advent of submicron processes, the number of transistors integrated on a single chip has reached levels that allowed the design of Multiprocessor Systems-on-Chip (MPSoCs). This capability allows the integration of several processing elements (PEs) in integrated circuits designed nowadays. In the next decade it is expected that hundreds of PEs will be integrated on a single chip. In this scenario, a key challenge is the interconnection network between PEs, which must provide the communication service required to run applications without compromising the limitations of area and energy consumption. In the first multiprocessor systems, with few nodes, bus-based approaches have been sufficient to meet these requirements. However, current systems increased quickly the number of elements, making the Networks-on-Chip (NoCs) the most appropriate solution, because it handles scalability and reusability in the same structure. Nevertheless, ITRS roadmap predicts that this increase will continue (ITRS, 2011), which resumes the discussion if present NoC architectures will be the most adequate for future systems, since its costs could be prohibitive. Therefore, new proposals have been presented in the literature with two main design strategies: architectural reconfiguration and hierarchical organization of the topology. With the architectural reconfiguration it is possible to obtain an application independent high efficiency structure, because the circuit is designed to adapt itself to satisfy performance requirements. On the other hand, architectural organizations in hierarchical topologies are defined at design time to have the most appropriate features for a class of applications, being very effective. The current work identified the synergy of both approaches and proposes a new symbiotic structure suitable for a broader class of applications. As a result, it was implemented an adaptive architecture called MINoC (Multiple Interconexions Networks-on-chip), an architecture organized in hierarchy called HiCIT (Hierarchical Crossbar-based Interconnection Topology) and a mix of both ending up with the hierarchical adaptive architecture HASIN (Hierarchical Interconnection Network Adaptive Switching). Results show the efficiency of these concepts validating the proposed hierarchical adaptive architecture.

Esta dissertação apresenta o framework DynamicML para o desenvolvimento de aplicações (sistemas supervisórios) dinâmicas para telefones celulares. A proposta é que o aplicativo seja criado usando a linguagem DynamicML; assim, através deste arquivo, que é enviado ao dispositivo móvel (com o framework previamente instalado), este é então interpretado e, finalmente, a aplicação gerada. Além disso, a qualquer momento o arquivo de configuração pode ser alterado e isso se refletirá imediatamente na aplicação. Assim, torna-se possível a adaptação/evolução de aplicações na plataforma Java ME em tempo de execução, além de proporcionar uma maneira de desenvolver aplicações de forma rápida, e com qualidade; abstraindo do desenvolvedor a maior parte da complexidade de programação. A fim de permitir maior portabilidade nos celulares atuais, a proposta é implementada usando Java ME (Java Micro Edition) tendo como principal alvo a configuração CLDC (a mais difundida nos aparelhos atuais), mas que também é suportada na configuração CDC. Existem vários esforços para permitir o carregamento de componentes em tempo de execução na plataforma Java ME: alguns têm como alvo a configuração CDC, e consequentemente exigem hardware avançado e/ou específico; outros têm propostas que exigem um enorme esforço de desenvolvimento, exigindo uma implementação para cada plataforma alvo. A principal vantagem deste trabalho está no uso da DynamicML como uma metalinguagem para a descrição de aplicações, o que torna possível gerar a aplicação dinamicamente. Dessa forma, não é necessária nenhuma biblioteca extra (indisponível na maioria dos aparelhos) e nem o desenvolvimento de uma solução para cada plataforma alvo. A validação da proposta foi realizada através do desenvolvimento de um protótipo aplicado a três casos de uso nas áreas de automação residencial e supervisão industrial. O protótipo consiste num sistema para celulares usando o framework, e uma arquitetura web para interagir com os sistemas supervisionados e simular o funcionamento do conjunto para demonstração. / This dissertation presents the DynamicML, a framework for developing dynamic applications (supervisory systems) for mobile phones. The proposal is that the application is created using the DynamicML language, so through this file, which is sent to the mobile device (pre-installed with the framework), is then interpreted and, finally, the application is generated. Also, the configuration file may be changed at any time and this will immediately reflect on the application. Thus, it becomes possible adaptation/evolution of applications at runtime on the Java ME platform, while providing a way to quickly develop applications, with quality; and abstracting most of the complexity of programming from the developer. In order to allow greater portability in the today cell phones, the proposal is implemented using the Java ME (Java Micro Edition) having as the primary target the CLDC configuration (the most widespread in the current devices), but that is also supported in the CDC configuration. There are several efforts to allow the loading of components at runtime in Java ME platform: some are targeted to the CDC configuration, and consequently require advanced and/or specific hardware, others have proposals requiring a huge development effort, requiring one implementation for each target platform. The main advantage of this research is the use of DynamicML as a metalanguage for describing applications, which makes it possible to dynamically build the application. Thus, there is no need for extra library (not available on most devices) and even the development of a solution for each target platform. The validation of the proposal was done by developing a prototype applied to three use cases in the fields of residential automation and industrial supervision. The prototype consists of a system for mobile phones using the framework, and a web architecture to interact with the supervised systems and simulate the operation of the set for demonstration.

Cada vez mais equipamentos eletrônicos digitais têm sido fabricados utilizando um sistema operacional embarcado. Por razões de custo, estes sistemas operacionais são implementados sobre um hardware com os requisitos mínimos para atender as necessidades da aplicação. Este trabalho apresenta um estudo sobre a viabilidade de implementação de suporte a multitarefa sobre a arquitetura FemtoJava, um microcontrolador monotarefa dedicado a sistemas embarcados. Para tanto, o suporte de hardware necessário é adicionado à arquitetura. Também são implementados dois escalonadores de tarefas diretamente em bytecodes Java, visando à otimização de área e o compromisso com desempenho e consumo de energia. Modificações no ambiente de desenvolvimento e uma ferramenta de relocação de endereços são propostas, objetivando a utilização dos escalonadores de tarefas implementados junto ao fluxo de desenvolvimento existente. Por fim, uma análise é realizada sobre o impacto que a capacidade de multitarefa produz no sistema em termos de desempenho, consumo de área e energia. / Most digital electronic equipments are produced using an embedded operating system. Due to economic reasons, these operating systems are implemented on hardware with minimal requirements to support the application needs. This work will present a viability study to implement multitask support on the FemtoJava architecture, a monotask microcontroller dedicated to embedded applications. The support to multitask involves the addition of specific hardware mechanisms to the architecture. Two different scheduling policies are then directly implemented using Java bytecodes, aiming area optimization as well as a good performance/energy-consumption trade-off. Some modifications in the development environment and a code relocation tool were introduced, in order to enable the use of the schedulers in the existing design tool flow. Finally, an analysis is performed to evaluate the impact that the multitask support produces in the system with respect to the final performance, area and energy consumption.

Atualmente, novas metodologias de projeto são necessárias devido a crescente complexidade dos sistemas embarcados. Metodologias no nível de sistema são propostas para auxiliar o projetista a lidar com a crescente complexidade, iniciando o projeto em um nível de abstração mais alto que o nível de transferência de registradores. Ferramentas de estimativa de desempenho são uma importante parte das metodologias no nível de sistema, visto que as mesmas auxiliam a exploração do espaço de projeto desde os estágios iniciais. O objetivo desta tese é definir uma metodologia integrada para estimativa de desempenho do software. Atualmente, nota-se a crescente utilização de software embarcado, inclusive utilizando múltiplos processadores, visando atender os requisitos de flexibilidade, desempenho e potência consumida. O desenvolvimento de estimadores de desempenho de software não é trivial, devido à utilização de processadores embarcados com arquiteturas avançadas. Para auxiliar a seleção do processador no nível da especificação do sistema, um novo modelo de estimador do desempenho do software baseado em redes neurais é proposto. Redes neurais mostraram-se uma solução adequada para uma rápida estimativa de desempenho em um estágio inicial do projeto. Para realizar a análise do desempenho do software no nível funcional do barramento, onde o mapeamento do hardware e software já está definido, é utilizado um modelo global de simulação, chamado de protótipo virtual. A metodologia de análise de desempenho proposta neste trabalho é integrada a um ambiente para refinamento de interfaces de hardware e software chamada ROSES. A metodologia proposta é avaliada através de um estudo de caso de uma arquitetura multiprocessada de um codificador MPEG4. / Nowadays, embedded system complexity requires new design methodologies. System-level methodologies are proposed to cope with this complexity, starting the design above the register-transfer level. Performance estimation tools are an important piece of system-level design methodologies, since they are used to aid design space exploration at an early design stage. The goal of this thesis is to define an integrated methodology for software performance estimation. Currently, embedded software usage is increasing, becoming multiprocessor system-on-chip a common solution to cope with flexibility, performance, and power requirements. The development of accurate software performance estimators is not trivial, due to the increased complexity of embedded processors. To drive processor selection at specification level, a novel analytic software performance estimator based on neural networks is proposed. The neural network enables a fast estimation at an early design stage. To target the software performance analysis at bus functional level, where mapping of the hardware and software components is already established, we use a global simulation model supporting performance profiling. The proposed software performance estimation methodology is linked to a hardware and software interface refinement environment named ROSES. The proposed methodology is evaluated through a case study of a multiprocessor MPEG4 encoder.

A contribuição deste trabalho foi orientada principalmente ao desenvolvimento de alternativas de hardware para a execução nativa de bytecodes Java em sistemas embarcados que naturalmente possuem restrições quanto à potência consumida, ao desempenho e à área ocupada. Primeiramente, o desenvolvimento do Femtojava Low- Power demonstra que a utilização de um pipeline e de um banco de registradores interno em arquiteturas de pilha resultam em uma redução significativa no consumo de potência. Após, a técnica de folding, que basicamente transforma várias operações de pilha em uma operação tipo RISC, é avaliada. A análise de uma segunda solução arquitetural, baseada em VLIW (Very Long Instruction Word), também traz resultados satisfatórios na redução do consumo de potência, sendo que a paralelização do código, feita por um analisador desenvolvido, é facilitada devido à utilização de uma arquitetura de pilha. O desempenho e a potência consumida de todas as arquiteturas propostas neste trabalho foram validadas utilizando-se o simulador CACO-PS, também desenvolvido no contexto desta dissertação. Os estudos de caso adotados para a validação das alternativas arquiteturais compreenderam algoritmos matemáticos, de ordenação, busca e processamento de sinais, bastante utilizados no domínio de sistemas embarcados. Resultados promissores principalmente em termos de energia consumida são alcançados, assim como na disponibilização de diferentes arquiteturas para a execução nativa de Java, principal proposta deste trabalho. / The main contribution of this work was the development of hardware alternatives for native execution of Java bytecodes for embedded systems that have power, performance and area constraints. Firstly, the development of the Femtojava Low- Power shows that the use of a pipeline and an internal register bank in stack architectures brings a significant reduction in the power consumption. After that, the folding technique, that basically changes a set of stack operations into a simple RISC one, is evaluated. Then, the analysis of a second architectural solution, based on VLIW (Very Long Instruction Word), demonstrates also good results concerning power consumption. Moreover, it is shown that the parallelization of the code is facilitated due to the specific stack architecture. The power consumption and performance of all architectures here proposed were evaluated using the CACO-PS simulator, which was also developed in this work. The case studies adopted for the validation of the architectures were mathematic, sort, search and DSP algorithms, widely used in the embedded system domain. Promising results mainly in energy consumption were achieved, as well as the disponibilization of different architectures for native execution of Java, the main objective of this work.