Orientador: Rodolfo Jardim de Azevedo / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-07T21:54:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dangui_SandroCesca_M.pdf: 566039 bytes, checksum: 2efc3ec330aa3bd0ba98ce7ea3cb8ea5 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O crescente aumento da necessidade de se colocar sistemas complexos inteiros dentro de um único chip para atender a demanda de criação de dispositivos cada vez menores, com mais funcionalidades e que precisam ser desenvolvidos cada vez mais rápido, torna necessário o uso de novas metodologias e técnicas de desenvolvimento e validação de sistemas. Barramentos são os elementos que interligam os dispositivos de um sistema. Para se aumentar a eficiência e rapidez no desenvolvimento de sistemas simulados, existe a necessidade do desenvolvimento de mecanismos que facilitem a criação, o uso e o teste de barramentos. Esse trabalho propõe um framework, modelado em alto nível (TLM) e baseado na linguagem SystemC, para auxiliar a criação de simuladores de barramentos. Esse trabalho descreve, detalhadamente, todas as classes e interfaces que compõem o framework proposto. Quatro barramentos, AMBA, Avalon, Wishbone e Coreconnect, foram estudados e são descritos nesse documento. Para dois dos barramentos estudados, AMBA-AHB e Avalon, foram desenvolvidos simuladores baseados no framework proposto. Como os simuladores para os barramentos AHB e Avalon são completamente funcionais e executáveis, esse trabalho também descreve, demonstra e analisa os resultados de experimentos executados com ambos os barramentos / Abstract: The system-on-chip era is creating new challenges to the system design. There is an increasing demand for smaller electronic devices with more features and reduced time to market. To face these new challenges is necessary to introduce new methodologies and development techniques. Buses are important elements for connecting devices in a complex system. To increase the efficiency and speed of systems development, it is important to introduce new mechanisms to help the creation and tests of buses. This document presents a framework based on SystemC language and implemented using the transaction level modeling (TLM). The framework goal is to help designers to create bus simulators. This document describes in detail all framework classes and interfaces. Four buses, Wishbone, Coreconnect, AMBA and Avalon are described along the text. Two specific buses, AMBA-AHB and Avalon, were fully implemented and have executable simulators. Tests were performed using these simulators, the test results and analysis are described in the end of this document / Mestrado / Engenharia de Computação / Mestre em Engenharia de Computação

Orientadores: Rangel Arthur, Jaime Frejlich / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia / Made available in DSpace on 2018-08-27T09:07:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araujo_WilliamRobertode_M.pdf: 5397089 bytes, checksum: d2eae9ba62023ba097143f2d74e0fd24 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Neste trabalho foi desenvolvido um instrumento capaz de realizar medidas em materiais fotossensíveis. Para estudar materiais fotossensíveis, por exemplo, o Bi12TO20, que em geral geram correntes muito baixas da ordem de dezenas de picoamperes, fez-se necessário obter um instrumento capaz de medir nessa ordem de grandeza e com baixo ruído. Para identificar estados localizados dentro do band gap de um semicondutor, que são gerados por defeitos estruturais, é necessário ter uma intensidade de luz com energia acima do nível de Fermi que consiga penetrar no semicondutor, e pelos testes realizados não foram facilmente detectados pela técnica convencional, fonte de luz branca seguida de um monocromador. O uso de LED (Light Emitting Diode) se mostrou promissor por ser barato e ter uma intensidade de luz muito maior que a luz monocromática produzida pelo monocromador. O instrumento possui um computador embarcado (Raspberry PI) que realiza o controle do hardware e possui uma interface Ethernet para conexão remota. O hardware é composto de: uma fonte de alimentação para controle da intensidade e modulação para os LEDs, um controle do posicionamento dos LEDs na amostra, um controle da fonte de alta tensão e um sistema de detecção síncrona para melhor coleta dos dados. Os testes realizados com amostra Bi12TO20 se mostrou compatível com resultados já apresentados pela literatura / Abstract: This work aims to an instrument to perform measurements in photosensitive materials. To study photosensitive materials, for example, Bi12TO20, it was necessary to obtain an instrument capable of measuring the scale and with low noise, which generally lead to very low currents on the order of tens of picoamperes. To identify located states within the band gap of a semiconductor, which structural defects are generated, it is necessary to have a light intensity with energy above the Fermi level can penetrate into the semiconductor, and the tests were not easily detected by the technique conventional white light source followed by a monochromator. The use of LED (Light Emitting Diode) has shown promise for being cheap and having a much higher light intensity that monochromatic light produced by the monochromator. The instrument has an embedded computer (Raspberry-PI) that performs hardware the control and an Ethernet interface for remote connection. The hardware is comprised of: a power supply for the control of intensity and modulation for the LED, a control of the positioning of LEDs on the sample, a high voltage supply control and a synchronous detection system for improved data acquisition. The results of performed tests with sample Bi12TO20 were compatible with results have been presented in the literature / Mestrado / Tecnologia e Inovação / Mestre em Tecnologia

Modelos de arquitetura têm sido utilizados para permitir o desenvolvimento mais adequado e estruturado de sistemas, desde os mais simples até os mais complexos. A utilização desses modelos em sistemas embarcados, principalmente quando se trata de sistemas embarcados críticos, como é o caso de veículos aéreos não tripulados (VANT), visam a permitir conformidades de padrões, redução no tempo de produção, redução e facilidade no processo de manutenção e desenvolvimento. Sistemas embarcados críticos possuem requisitos específicos, tais como alta confiabilidade e resposta em tempo real, segurança e desempenho. A definição de um modelo arquitetural que permita que esses quesitos sejam levados em consideração, propicie o atendimento aos padrões, além de permitir o desenvolvimento correto e acelerado é inovador, permitindo que não só a comunidade científica venha a ter benefícios com a sua concepção, mas também a indústria brasileira possa ganhar. Nesse sentido, este trabalho desenvolveu um modelo de arquitetura para a interconexão de sistemas aéreos não tripulados (SANTs) em Unified Modeling Language (UML)/System Modelling Language (SysML) denominado LARISSA (Layered ARchitecture model for Interconnection of SystemS in uAs). Como resultado deste trabalho foi possível a modelagem e especificação completa de um SANT fazendo uso desse modelo e a realização de diversos experimentos que permitiram validar o LARISSA. Os experimentos, focados na parte de comunicação, permitiram a concepção de um simulador de redes de VANTs. Os resultados obtidos demonstraram a eficiência e a eficácia do modelo de arquitetura LARISSA, além da sua flexibilidade em permitir que diferentes experimentos possam ser realizados, o que auxilia na obtenção de dados que facilitam o processo de certificação desses VANTs. / Architecture models have been used to allow more adequate and structured development of systems, from the simplest to the most complex. The use of models in embedded systems are used to enable compliance standards, reduction in production time and ease of maintenance and development, especially when it comes to critical embedded systems such as unmanned aerial vehicles. Critical embedded systems have specific requirements, such as high reliability and real-time response, security and performance. The definition of an architectural model that deals with these requirements and standards and provides the service to standards allowing the correct and fast development is innovative and will provide benefits to the scientific and industrial communities. In this sense, this work developed an architectural model for the interconnection of Unmanned Aerial Systems (UAS) in Unified Modeling Language (UML)/System Modelling Language (SysML) called LARISSA (Layered ARchitecture model for Interconnection of SystemS in uAs). As a result of this development it was possible the modelling and specification of a complete UAS and the conduction of several experiments that allowed LARISSA validation. The experiments focused on the communication enabled the design of a UAV networks simulator. The results showed the efficiency and effectiveness of LARISSA architecture model, as well as its flexibility in carrying out different experiments, which helps in getting data to facilitate the certification process of these UAVs.

Veículos Aéreos não Tripulados (VANTs) são aeronaves que voam sem tripulação e são capazes de realizar diversos tipos de missões, como vigilância, coleta de dados topográficos e monitoramento ambiental. Este é um domínio que tem muito a ganhar com a aplicação da abordagem de Linha de Produtos de Software (LPS), uma vez que é rico em variabilidades e cada modelo de VANT tem também muitas partes comuns. Neste trabalho é apresentada uma infraestrutura tecnológica e de configuração de ativos em Simulink, gerenciados pelas ferramentas Pure::variant e Hephaestos para uma LPS de VANTs. Um conjunto de padrões para especificação de variabilidades em Simulink é proposto, bem como uma extensão para a ferramenta Hephaestus. Uma comparação entre as ferramentas Pure::variants e Hephaestus é apresentada / Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are aircrafts that can fly without any crew and are capable to realize several types of missions such as surveillance, topographic data collection and environmental monitoring. This is a domain which can benefit very much with the adoption of the Software Product Lines (SPL) approach, as each UAV model is rich in variabilities and has many common parts. In this work it is presented a software asset configuration infrastructure for the Simulink environment, managed by the tools Pure::variants and Hephaestus for a UAV SPL. A set of patterns of variability specification in Simulink is proposed as well as an extension to Hephaestus to support a SPL product engineering for Simulink. A comparison between Pure::variants and Hephaestus is also presented

A geração de energia solar fotovoltaica tem crescido anualmente em utilização. Com o aumento dos custos de geração de energia elétrica, fontes renováveis de energia como essa crescem em interesse, até mesmo em aplicações residenciais de microgeração. Este trabalho apresenta o projeto, construção e ensaios de um rastreador solar autônomo, com controle e aquisição de dados de sensoriamento baseado em sistemas embarcados totalmente projetados e produzidos no país, com o objetivo de se aumentar o ganho de energia elétrica gerada a partir de painéis solares de mercado. O projeto do firmware de controle e os algoritmos utilizados foram adaptados continuamente até se atingir os melhores resultados. Foi utilizado um painel solar comum de mercado para realizar os testes, e as placas de circuito impresso projetadas foram confeccionadas localmente. A tomada de dados em diferentes ensaios mostrou que o rastreamento solar de fato aumentou o ganho de energia elétrica com um painel solar comum de mercado, mesmo com alguns problemas a serem corrigidos em uma próxima pesquisa. Assim, a pesquisa realizada confirmou o ganho de energia elétrica para o painel solar escolhido. / Photovoltaic solar generators have grown annually in use. With the increase in electricity generation costs, renewable sources of energy like that grow in interest, even in residential microgeneration applications. This work presents the design, construction and testing of a standalone solar tracker, with control and acquisition of sensors data based on embedded systems totally designed and produced in the country, aiming to increase the power generated from retail solar panels. The firmware design and used algorithms have been continuously adapted to achieve the best results. It was used a standard solar panel to perform the tests, and the designed printed circuit boards were manufactured locally. The data taken in different tests showed that the solar tracking actually increased the power generated with a standard solar panel, even with some problems in the design that have to be corrected in a future implementation. So the project was validated and can be used, including microgeneration in ordinary houses.

Devido ao grande número de otimizações fornecidas pelos compiladores modernos e à ampla possibilidade de ordenação dessas transformações, uma eficiente Exploração do Espaço de Projeto (DSE) se faz necessária para procurar a melhor sequência de otimização de uma determinada função ou fragmento de código. Como esta exploração é uma tarefa complexa e dispendiosa, apresentamos uma nova abordagem de DSE capaz de reduzir esse tempo de exploração e selecionar sequências de otimização que melhoraram o desempenho dos códigos transformados. Nossa abordagem utiliza um conjunto de funções de referência, para as quais uma representação simbólica do código (DNA) e a melhor sequência de otimização são conhecidas. O DSE de novas funções é baseado em uma abordagem de agrupamento aplicado sobre o código DNA que identifica similaridades entre funções. O agrupamento utiliza três técnicas para a mineração de dados: distância de compressão normalizada, algoritmo de reconstrução de árvores filogenéticas (Neighbor Joining) e identificação de grupos por ambiguidade. As otimizações das funções de referência identificadas como similares formam o espaço que é explorado para encontrar a melhor sequência para a nova função. O DSE pode utilizar o conjunto reduzido de otimizações de duas formas: como o espaço de projeto ou como a configuração inicial do algoritmo. Em ambos os casos, a adoção de uma pré-seleção baseada no agrupamento permite o uso de algoritmos de busca simples e rápidos. Os resultados experimentais revelam que a nova abordagem resulta numa redução significativa no tempo total de exploração, ao mesmo tempo que alcança um desempenho próximo ao obtido através de uma busca mais extensa e dispendiosa baseada em algoritmos genéticos. / Due to the large number of optimizations provided in modern compilers and to compiler optimization specific opportunities, a Design Space Exploration (DSE) is necessary to search for the best sequence of compiler optimizations for a given code fragment (e.g., function). As this exploration is a complex and time consuming task, we present new DSE strategies to reduce the exploration time and still select optimization sequences able to improve the performance of each function. The DSE is based on a clustering approach which groups functions with similarities and then explore the reduced search space provided by the optimizations previously suggested for the functions in each group. The identification of similarities between functions uses a data mining method which is applied to a symbolic representation of the source code. The DSE strategies uses the reduced optimizations set identified by clustering in two ways: as the design space or as the initial configuration of the algorithm. In both ways, the adoption of a pre-selection based on clustering allows the use of simple and fast DSE algorithms. Several experiments for evaluating the effectiveness of the proposed approach address the exploration of compiler optimization sequences. Besides, we investigate the impact of each technique or component employed in the selection process. Experimental results reveal that the use of our new clustering-based DSE approach achieved a significant reduction on the total exploration time of the search space at the same time that obtained performance speedups close to a traditional genetic algorithmbased approach.

Este trabalho apresenta uma arquitetura de hardware, baseada em FPGA (Field-Programmable Gate Array) e com multi-câmeras, para o problema de localização e mapeamento simultâneos - SLAM (Simultaneous Localization And Mapping) aplicada a sistemas robóticos embarcados. A arquitetura é composta por módulos de hardware altamente especializados para a localização do robô e para geração do mapa do ambiente de navegação em tempo real com features extraídas de imagens obtidas diretamente de câmeras CMOS a uma velocidade de 30 frames por segundo. O sistema é totalmente embarcado em FPGA e apresenta desempenho superior em, pelo menos, uma ordem de magnitude em relaçãoo às implementações em software processadas por computadores pessoais de última geração. Esse desempenho deve-se à exploração do paralelismo em hardware junto com o processamento em pipeline e às otimizações realizadas nos algoritmos. As principais contribuições deste trabalho são as arquiteturas para o filtro de Kalman estendido - EKF (Extended Kalman Filter) e para a detecção de features baseada no algoritmo SIFT (Scale Invariant Feature Transform). A complexidade para a implementaçãoo deste trabalho pode ser considerada alta, uma vez que envolve uma grande quantidade de operações aritméticas e trigonométricas em ponto utuante e ponto fixo, um intenso processamento de imagens para extração de features e verificação de sua estabilidade e o desenvolvimento de um sistema de aquisição de imagens para quatro câmeras CMOS em tempo real. Adicionalmente, foram criadas interfaces de comunicação para o software e o hardware embarcados no FPGA e para o controle e leitura dos sensores do robô móvel. Além dos detalhes e resultados da implementação, neste trabalho são apresentados os conceitos básicos de mapeamento e o estado da arte dos algoritmos SLAM com visão monocular e estéreo / This work presents a hardware architecture for the Simultaneous Localization And Mapping (SLAM) problem applied to embedded robots. This architecture, which is based on FPGA and multi-cameras, is composed by highly specialized blocks for robot localization and feature-based map building in real time from images read directly from CMOS cameras at 30 frames per second. The system is completely embedded on an FPGA and its performance is at least one order of magnitude better than a high end PC-based implementation. This result is achieved by investigating the impact of several hardwareorientated optimizations on performance and by exploiting hardware parallelism along with pipeline processing. The main contributions of this work are the architectures for the Extended Kalman Filter (EKF) and for the feature detection system based on the SIFT (Scale Invariant Feature Transform). The complexity to implement this work can be considered high, as it involves a significant number of arithmetic and trigonometric operations in oating and fixed-point format, an intensive image processing for feature detection and stability checking, and the development of an image acquisition system from four CMOS cameras in real time. In addition, communication interfaces were created to integrate software and hardware embedded on FPGA and to control the mobile robot base and to read its sensors. Finally, besides the implementation details and the results, this work also presents basic concepts about mapping and state-of-the-art algorithms for SLAM with monocular and stereo vision.

Esta tese apresenta o protótipo de um sistema embarcado para veículos terrestres (automóveis, ônibus, caminhões) a partir de uma Central de Controle de Operações (CCO). Este sistema embarcado tem 3 funções básicas: 1) enviar dados de telemetria sobre o veículo (tal como a posição e velocidade do veículos obtidos de um receptor GPS, status de subsistemas do veículo, mensagens de alerta ou emergência) para a CCO, 2) enviar comandos a partir da CCO para algum subsistema do veículo (por exemplo, bloquear um veículo que saiu da rota), 3) permitir troca de mensagens de texto entre o condutor do veículo e o operador da CCO. Este protótipo tem a seguinte plataforma de hardware: 1) computador de bordo com processador Intel 386Ex; 2) uma placa de entradas e saídas digitais que atua como subsistemas do veículo; 3) um receptor GPS; 4) um palmtop que atua como interface com o condutor e 5) um modem GSM/GPRS. Para esta plataforma foram escolhidos o sistema operacional XDOS e o kernel eRTOS para suporte à programação multithreads. O compilador Borland C 4.51 foi utilizado como ferramenta de desenvolvimento. O software do sistema embarcado foi implementado baseado em threads com mecanismos de troca de mensagens e sincronização. As threads foram associadas aos componentes de hardware do sistema permitindo uma maior modularidade do sistema (facilidade para inserir ou retirar novos componentes de hardware através da inserção ou retirada de threads). O protótipo foi testado com uma versão simplificada da CCO. Os resultados demonstraram a estabilidade do software multithreads e o protótipo respondeu como esperado.

Entre as principais dificuldades do desenvolvimento de software de qualidade está a especificação e o projeto conceitual. Neste contexto, a modelagem de sistemas tem um papel importante, pois torna possível a análise das características do projeto e sua validação antes da fase de implementação. Esta tese aborda o problema de modelagem e análise do software embarcado de piloto automático de um VANT utilizando UML e a ferramenta CASE Rational Rose RealTime. A partir do modelo obtido são utilizadas três abordagens para sua análise e avaliação: (1) aplicação de um conjunto de métricas no código gerado pela ferramenta CASE; (2) integração do modelo implementado na ferramenta CASE com um simulador da dinâmica do VANT, desenvolvido em MatLab, de forma a verificar o comportamento do sistema em malha fechada; e (3) conversão do modelo em UML para redes de Petri, um formalismo matemático que permite a verificação formal de propriedades do sistema.

Projetos de sensores embarcados para a área aeroespacial freqüentemente são especificados tendo mente restrições de espaço e de consumo de potência, uso em ambiente hostil, e também a disponibilidade e confiabilidade dos componentes para integrar um sistema embarcado. Mais do que isso, a necessidade de serem processadas diversas funções de controle, demodulação/processamento de sinal, monitoração e registro, todas elas em tempo real, pode levar a um conflito com as exigências das severas especificações técnicas. A integração desejada fica normalmente a cargo do computador de bordo ou, para não haver sobrecarga do mesmo, a cargo de subsistemas locais microprocessados. O presente trabalho aborda o problema de gerenciamento de funções que é exigido de um bloco girométrico de três eixos tipo strap-down, usado para determinar a atitude de veículos em vôo, com relação a um referencial fixo na superfície da Terra. E centra no caso particular de girômetros a fibra óptica, que possuem componentes ópticos e a fibra óptica, eletrônica analógica e digital própria, interfaces e mecânica fina de sustentação do conjunto. A relevância de tal dispositivo reside na impossibilidade de se fazer navegação precisa de um veículo por meios inerciais sem um conjunto girométrico de alta precisão. Para isso, o controle dos parâmetros ópticos e eletrônicos em tempo real é vital, e também o é a geração de sinais de modulação para a fase óptica e o posterior processamento de sinal dos fotodetectores, de modo a se extrair a taxa de rotação a que o veículo está sendo submetido na sua trajetória. Além disso, a monitoração e o registro de variáveis vitais permitem cumprir o ciclo de maturação desta tecnologia sensível durante ensaios em vôo. O presente trabalho apresenta o estudo e a implementação de redes de microcontroladores de pequeno tamanho para a execução destas funções, utilizando uma topologia especial para reduzir o tamanho de circuito e dos barramentos, analógico e digital, com o benefício da redundância que tal implementação permite. Para tal, discute-se inicialmente os pontos técnicos importantes de hardware e de programação demonstrando as dificuldades de implementação em um sistema monoprocessado. Posteriormente mostra-se a solução empregada utilizando rede de microcontroladores, descrevendo as tarefas dos seus diversos integrantes, bem como os resultados obtidos. E, por último, são apresentadas as considerações finais sobre o tema abordado nesta tese.