Made available in DSpace on 2015-04-14T13:56:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 407756.pdf: 1790642 bytes, checksum: 336376143b2d186c09e1cfa0d540851d (MD5) Previous issue date: 2008-10-24 / O constante avan?o no processo de fabrica??o de circuitos integrados tem reduzido drasticamente a geometria dos transistores e os n?veis das tens?es de alimenta??o. Em circuitos de alta densidade operando a baixa tens?o, as c?lulas de mem?ria s?o capazes de armazenar informa??o com menos capacit?ncia, o que significa que menos carga ou corrente ? necess?ria para armazenar os mesmos dados. Durante o per?odo de armazenamento, os dados envolvidos est?o suscet?veis a sofrerem influ?ncia de meio, tais como interfer?ncias eletromagn?ticas, radia??es ou at? mesmo falhas do pr?prio hardware envolvido. A falha ? caracterizada como uma invers?o de um ou mais bits de um dado armazenado na mem?ria. Conseq?entemente, os dados poder?o apresentar falhas, que provocar?o erros e comprometer?o a utiliza??o destes dados. Uma forma de resolu??o destes problemas ? a utiliza??o de C?digos Corretores de Erros. Um C?digo Corretor de Erros ?, em ess?ncia, um modo organizado de acrescentar algum dado adicional a cada informa??o que se queira armazenar e que permita, ao recuperarmos a mesma, detectar e corrigir os erros encontrados. A maioria dos C?digos Corretores de Erro em uso s?o desenvolvidos para corrigirem erros aleat?rios, isto ?, erros que ocorrem de maneira independente da localiza??o de outros erros. Contudo, em muitas situa??es, os erros podem aparecer em rajadas. De uma maneira geral, C?digos Corretores de Erros aleat?rios n?o se constituem na forma mais adequada e eficiente para corre??o de erros em rajadas, e a rec?proca tamb?m ? verdadeira. Dos v?rios m?todos propostos pela literatura, para corrigirmos simultaneamente estes dois tipos de erros, o mais efetivo ? o Embaralhamento. O Embaralhador ? um algoritmo, um m?todo que pode ser implementado tanto em hardware quanto em software. ? essencialmente constitu?do por um reordenamento dos bits e ? executado anteriormente ao armazenamento em mem?ria (Embaralhador) e na leitura, os bits s?o novamente reordenados, ou seja, s?o colocados novamente em sua posi??o original (Desembaralhador). Isto provoca um aumento na taxa de detec??o e corre??o destes erros, uma vez que se houver uma interfer?ncia concentrada (rajada de erros) em uma mem?ria, por exemplo, durante o armazenamento, na opera??o de leitura, ao se fazer o desembaralhamento, os erros ficam expostos de forma distribu?da, aparecendo como erros aleat?rios ao decodificador. Esta disserta??o apresenta uma proposta que combina a utiliza??o de C?digos de Detec??o e Corre??o de erros amplamente referenciados na literatura (Hamming, Hamming Estendido, Reed-Muller e Matrix) associados ? t?cnica de Embaralhamento aplicada a Hardware, com o objetivo de aumentar a capacidade de detec??o e corre??o de erros em rajada (erros concentrados). A execu??o dos testes de inje??o de falhas do tipo bit-flip, aplicadas ?s t?cnicas corretoras de erros utilizadas nesta disserta??o, mostraram que com a associa??o da t?cnica de Embaralhamento as mesmas passaram a ser eficientes tamb?m para erros em rajadas

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:56:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 425449.pdf: 1505039 bytes, checksum: 6f49f42dd2094687edefde36dcdef070 (MD5) Previous issue date: 2010-03-25 / Atualmente ? poss?vel observar que a ?rea dedicada a elementos de mem?ria em sistemas embarcados (Systems-on-Chip, SoC) ocupa a maior por??o dos circuitos integrados e com o avan?o da tecnologia Very Deep Sub-Micron (VDSM), ? poss?vel integrar milh?es de transistores em uma ?nica ?rea de sil?cio. O fato desta elevada integra??o faz com que surjam novos tipos de defeitos durante a fabrica??o das mem?rias. Assim estes novos desafios exigem o desenvolvimento de novas metodologias de teste de SRAMs capazes n?o s? de detectarem defeitos associados a modelos funcionais, e tamb?m associados a resistive-open defects. Neste contexto, o desenvolvimento de novos e mais eficientes metodologias de teste de mem?ria ? extremamente importante para garantir tanto a qualidade do processo de fabrica??o como o seu correto funcionamento em campo. Assim, o objetivo deste trabalho ? desenvolver uma metodologia de teste que combina um algoritmo simplificado de March com sensores on-chip que monitoram o consumo de corrente est?tica da mem?ria. A avalia??o da viabilidade e efici?ncia da metodologia de teste proposta neste trabalho foi feita baseada em simula??es el?tricas de modelos de falhas aplicadas a um bloco de SRAM. Estas simula??es foram desenvolvidas com HSPICE e CosmosScope em ambiente Synopsys. A partir dos resultados obtidos, foi poss?vel verificar a capacidade de detec??o das falhas permanentes modeladas. A vantagem desta metodologia reside no desenvolvimento de um algoritmo h?brido de teste de mem?rias baseado fundamentalmente nos monitoramentos da tens?o (atrav?s de elementos March) e da corrente est?tica (atrav?s de sensores de corrente on-chip). O resultado desta combina??o ? um novo algoritmo de teste de SRAMs menos complexo, isto ?, capaz de detectar falhas em menor tempo de teste quando comparado com algoritmos existentes, ao passo que garante a mesma cobertura de falhas.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:56:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 459325.pdf: 2898170 bytes, checksum: 16df18a4b13e444ddaa394a95eaebeae (MD5) Previous issue date: 2014-03-21 / The use of Real-Time Operating System (RTOS) became an attractive solution to design safety-critical real-time embedded systems. At the same time, we enthusiasti-cally observe the widespread use of multicore processors in an endless list of our daily applications. It is also a common agreement the increasing market pressure to reduce power consumption under which these embedded, portable systems have to operate. As the major consequence, these systems are becoming more and more sensitive to transi-ent faults originated from a large spectrum of noisy sources such as conducted and radi-ated Electromagnetic Interference (EMI) and ionizing radiation (single-event effect: SEE and total-ionizing dose: TID). Therefore, the system s reliability degrades. In this work, we discuss the development and validation of an Infrastructure-Intellectual Prop-erty (I-IP) able to monitor the RTOS activity in a multicore processor system-on-chip. The final goal is to detect faults that corrupt the task scheduling process in embedded systems based on preemptive RTOS. Examples of such faults could be those that pre-vent the processor from attending an interruption of higher priority, tasks that are strict-ly allocated to run on a given core, but are running on another one, or even the execu-tion of low-priority tasks that are passed over high-priority ones in the ready-task list maintained on-the-fly by the RTOS. This I-IP, namely RTOS-Watchdog, was described in VHDL and is connected to each of the processor CPU-Addresses busses. The RTOS Watchdog has a parameterizable interface to easily fit any processor bus. A case-study based on a multicore processor running different test programs under the control of a typical preemptive RTOS was implemented. The case-study was prototyped in a Xilinx Virtex4 FPGA mounted on a dedicated platform (board plus con-trol software) fully developed at the Computing Signals & Systems Group (SiSC) [1] of the Catholic University (PUCRS). For validation, the whole system was exposed to combined effects of EMI and TID. Such experiments were performed in several steps, part of them carried out at PUCRS, Brazil, and part at the Instituto Nacional de Tecnolog?a Industrial (INTI) and Centro At?mico, both located in the city of Buenos Aires, Argentina. The obtained results demonstrate that the proposed approach provides higher fault coverage and reduced fault latency when compared to the native fault detec-tion mechanisms embedded in the kernel of the RTOS. / O uso de sistemas operacionais de tempo real (Real-Time Operating Systems, RTOS), tornou-se uma solu??o atrativa para o projeto de sistemas embarcados cr?ticos de tempo real. Ao mesmo tempo, observamos com entusiasmo o amplo uso de proces-sadores multicores em uma lista intermin?vel de nossas aplica??es di?rias. ? tamb?m um acordo comum a crescente press?o do mercado para reduzir o consumo de energia em que estes sistemas port?teis embarcados necessitam para operar. A principal conse-qu?ncia ? que estes sistemas est?o se tornando cada vez mais suscet?veis ? falhas transi-entes originadas por um amplo espectro de fontes de ru?dos como Interfer?ncia Eletro-magn?tica (Electromagnetic Interference, EMI) conduzida e irradiada e radia??o ioni-zante (single-event transient: SET e total-ionizing dose: TID). Portanto, a confiabilidade destes sistemas ? degradada. Nesta disserta??o, discute-se o desenvolvimento e valida-??o de um I-IP (Infrastructure-Intellectual Property) capaz de monitorar a atividade do RTOS em um processador multicore. O objetivo final ? detectar falhas que corrompem o processo de escalonamento de tarefas em sistema sistemas embarcados baseados em RTOS preemptivos. Como exemplo destas falhas podem ser aquelas que impedem o processador de atender uma interrup??o de alta prioridade, tarefas alocadas para serem executadas por um determinado n?cleo, mas que s?o executadas por outro n?cleo, ou at? a execu??o de tarefas de baixa prioridade enquanto houver tarefas de alta prioridade na lista de tarefas prontas atualizada dinamicamente pelo RTOS. Este I-IP, chamado RTOS Watchdog, foi descrito em VHDL e ? conectado ao Barramento de Endere?os da CPU em cada n?cleo do processador. O RTOS Watchdog possui uma interface parame-triz?vel de modo a facilitar a adapta??o a qualquer processador. Um estudo de caso baseado em um processador multicore executando diferen-tes benchmarks sob o controle de um RTOS preemptivo t?pico foi desenvolvido. O es-tudo de caso foi prototipado em uma FPGA Xilinx Virtex4 montada em uma plataforma dedicada (placa mais software de controle) totalmente desenvolvida no Grupo Compu-ting Signals & Systems (SiSC) [1] da Pontif?cia Universidade Cat?lica do Rio Grande do Sul (PUCRS). Para a valida??o, todo o sistema foi exposto aos efeitos combinados de EMI e TID. Estes experimentos foram realizados em diversos passos, parte deles foram realizados na PUCRS, Brasil e parte no Instituto Nacional de Tecnologia Industrial (INTI) e Centro At?mico, ambos na cidade de Buenos Aires, Argentina. Os resultados demonstram que a abordagem proposta fornece uma maior cobertura de falhas e lat?ncia de falhas reduzida quando comparados aos mecanismos de detec??o de falhas nativos embarcados no kernel do RTOS.

Durante os últimos anos tem-se observado um aumento crescente no uso de materiais compósitos. Isto se deve principalmente devido às vantagens que os mesmos apresentam em relação aos materiais convencionais tais como: alta resistência e rigidez associado à elevado desempenho estrutural, baixo peso e boa resistência à corrosão e oxidação, dentre outros. Contudo, o uso de materiais compósitos em projetos estruturais exige um bom conhecimento de suas propriedades elásticas e ferramentas adequadas para análise de falhas destes materiais. Algumas ferramentas comerciais já foram desenvolvidas, entretanto estas ferramentas apresentam arquitetura fechada que, na maioria das vezes, não permitem implementações específicas para as necessidades de cada usuário. Este trabalho desenvolve um sistema computacional para cálculo de propriedades elásticas e estadas de tensão - deformação nas diferentes camadas de laminados poliméricos, utilizando plataforma JAVA em código aberto e de baixo custo. Após a entrada dos dados de materiais e seqüência das lâminas, o sistema calcula as propriedades elásticas bem como o estado de tensões e deformações nas diferentes camadas, propiciando assim a aplicação de diferentes critérios de falhas. O sistema foi validado em estudos de caso da literatura com resultados satisfatórios. / During the past years a growing increase in the use of composite materials has been observed. This is due mainly to the advantages they present in relation to conventional materials such as: high strength and stiffness associate with low weight, good resistance to corrosion and oxidation and others. However, the use of composites in structural applications demands a good knowledge of their elastic properties as well as computational tools for failure analysis of these materials. Some commercial tools have been already developed, however these packages do not allow specific users implementations. This work develops a computational system for calculation of elastic properties and stress analysis along the different layers of a polymeric laminate, using JAVA platform in open code with low cost. After the material data input and laminate sequence, the system calculates the elastic properties as well as the stress state in the different layers, thus allowing the application of different failure criteria.

A pronta detecção da ocorrência de falhas em sistemas dinâmicos é essencial na prevenção de condições de operação perigosas e mesmo de avaria física do sistema, o que colocaria em risco recursos valiosos, equipamento vital e vidas humanas. Os métodos convencionais de detecção de falhas, porém, esbarram em limitações de espaço físico, existência de um modelo matemático acurado do sistema e existência de dados sobre o comportando do sistema operando com falhas, entre outros. Nesse trabalho é proposto e avaliado um novo método de Detecção de Falhas em Sistemas Dinâmicos que apresenta vantagens tanto qualitativas quanto quantitativas sobre os métodos já reportados na literatura. O método proposto é fácil de ser entendido em alto nível, tem grande semelhança com a supervisão humana, não necessita de equipamento adicional, não necessita de um modelo acurado do sistema e não precisa de informação nenhuma sobre falhas anteriores no sistema; podendo ser aplicado a sistemas onde os outros métodos dificilmente apresentariam resultados satisfatórios. Nele uma rede Bayesiana é aprendida a partir de medidas do sistema operando normalmente sem falhas e essa rede é então usada na detecção de falhas, inferindo que desvios do comportamento probabilístico aprendido como normal são causados por falhas no sistema. Os resultados obtidos com o novo método, extremamente animadores, são comparados aos obtidos com a utilização de um método baseado em redundância analítica, mostrando-se bastante superior ao mesmo. Resultados adicionais obtidos no isolamento de falhas e na detecção de falhas de um sistema não-linear corroboram os excelentes resultados obtidos, apontando para um grande potencial de uso do método proposto.

Um sistema de detecção de falhas deve incorporar técnicas de raciocínio que possam identificar um sinal de falha sob condições de incerteza. Nesse contexto, os modelos explorados na teoria de sistemas inteligentes, configurados para detectar falha, apresentam maior confiabilidade e versatilidade do que os modelos matemáticos convencionais. Este trabalho focaliza o estudo de caso de detecção de falhas em motores de combustão interna a pistão, em que foi escolhida a abordagem utilizando lógica nebulosa (fuzzy logic) na elaboração dos detectores de falhas no sistema de injeção e no sistema de ignição. Foram consideradas falhas no sistema de injeção as condições denominadas "mistura rica" e "mistura pobre", relativas às condições do combustível, e as falhas no sistema de ignição as do tipo detonação e rendimento térmico baixo. Essas falhas podem ser responsáveis por comprometer o desempenho do motor, reduzir a sua vida útil, aumentar os custos de manutenção e a emissão de poluentes e colocar em risco a segurança de pessoas. No sistema em foco, os detectores de falha de injeção e de ignição detectam a condição de falha através da observação das seguintes variáveis: ângulo de ignição, rotação e taxa de mistura ar/combustível. Para avaliar o sistema foi desenvolvido um simulador que incorpora a dinâmica do motor, um controlador e o sistema detector de falhas. O modelo do motor de combustão interna a pistão, elaborado dentro do ambiente computacional AMESim 4.2.1, considera uma configuração de quatro cilindros, oito válvulas, quatro sistemas de injeção indireta (um para cada cilindro), ignição por centelha, válvula borboleta, válvulas de admissão e escape, árvore de manivela e outros componentes que compõem um motor de combustão interna. Para controlar as variáveis do modelo no programa AMESim a uma dada condição de operação, o simulador apresenta uma unidade de controle, a qual recebe o sinal de pressão média efetiva, disponível no modelo do motor (ambiente AMESim) e o sinal de carga variável, com o objetivo de calcular a rotação responsável em definir a condição de operação do motor. Uma vez calculada a rotação, a unidade de controle calcula a vazão de combustível que é injetado no motor, o ângulo de abertura da válvula borboleta que proporcionará o estado de aceleração e desaceleração e o ângulo de ignição que indicará o momento da centelha. A unidade de controle e os detectores de falhas foram elaborados no ambiente computacional MATLAB 6.5/Simulink. O funcionamento combinado, via interface de comunicação dos dois ambientes computacionais, propicia uma representação adequada e resultados próximos às características de um motor de combustão real. Ao detectar as falhas provocadas intencionalmente no simulador a abordagem utilizando a lógica nebulosa apresentou resultados satisfatórios, com uma margem de erro de 0% na detecção de falhas no sistema de ignição e uma margem de erro no máximo de 5% na detecção de falhas no sistema de injeção, comprovando-se, assim, a adequação e viabilidade da proposta.

Esta tese apresenta uma proposta de sistema de arquitetura com redundância de hardware do tipo ativa visando deixar o sistema com maior robustez à presença de falhas no sistema e aumentando a confiabilidade, tendo como foco aplicações em sistemas embarcados. São descritos os procedimentos e arquitetura, sendo efetuada uma implementação em bancada utilizando a proposta de arquitetura deste trabalho com o objetivo de fazer a validação de conceitos. Serão apresentados resultados teóricos e práticos que foram obtidos, onde foi observado o correto gerenciamento do sistema redundante. Os procedimentos adotados pelo sistema diante a inserção de falhas foram satisfatórios, sendo condizentes com os resultados teóricos esperados. Para tornar mais visível e compreensível as atividades nos sub-sistemas, será apresentada a modelagem utilizando redes de Petri, onde são modeladas inserções de falhas e procedimentos do gerenciamento da redundância.

Desenvolvimentos no campo de detecção de falhas em sistemas dinâmicos têm se tornado cada vez mais importantes para atender especificações de confiabilidade, segurança e disponibilidade, além de reduzir custos operacionais através da migração de esquemas de manutenção programada para estratégias de manutenção baseada em condição. Neste trabalho, foi considerado um esquema de redundância analítica para detecção de falhas baseado no monitoramento das inovações de um Filtro de Kalman. Na abordagem proposta, o modelo no espaço de estados a ser utilizado no observador foi obtido através de um procedimento de identificação a partir de dados de entrada e saída do sistema a ser monitorado. Para isso, foi empregado um método de subespaços, que fornece os ganhos do Filtro de Kalman como sub-produto da identificação. Adicionalmente, foram investigadas as vantagens de se efetuar o monitoramento das inovações no plano tempo-freqüência através do uso da Transformada Wavelet Discreta. Para fins de validação experimental do esquema desenvolvido, foi utilizada uma planta-piloto na forma de um helicóptero de três graus de liberdade. As situações de falhas implementadas tiveram como foco principal a alteração na potência dos motores do aparato de duas formas: intermitente e contínua. Os resultados obtidos foram analisados em termos de atrasos de detecção, sensibilidade à ocorrência de falhas e taxa de falsos alarmes. Para tanto, foi desenvolvido um algoritmo para análise do resíduo proveniente dos filtros digitais e também aplicado um teste de hipótese já apresentado em literatura (Chi-Quadrado).

A Gerência da Saúde de Aeronaves (GSA) ée um sistema que integra conhecimentos, monitoramento e análise de dados em tempo real de aeronaves para determinar o status atual e futuras intervenções de manutenção com o objetivo de reduzir atrasos, cancelamentos e custos não previstos de manutenção. No entanto, o sucesso na operação deste sistema depende da confiança da informação reportada pelos sistemas de diagnóstico e prognóstico da aeronave. Este estudo tem como principal objetivo explorar comparativamente as principais metodologias para projeto de sistemas de diagnóstico no contexto de Gerência da Saúde de Aeronaves, com a finalidade de prover ao projetista condição de realizar o projeto mais adequado para uma aplicação específica.

Será apresentada nesta tese uma discussão sobre os aspectos de implementação de um sistema tolerante a falhas, apresentando uma arquitetura de um votador voltado ao acionamento de sistemas mecânicos/mecatrônicos que se utiliza da velocidade computacional para o controle confiável de atuadores e variáveis, considerados lentos frente à velocidade de processamento. A arquitetura proposta empregará a técnica de abstenção para certos modos de falhas, ocasionando o aumento na confiabilidade geral do sistema.