Embedded controllers coordinate the behaviours of specialised hardware components to satisfy broader application requirements. They are difficult to model and to program. One of the greatest challenges is to express intricate timing behaviours???which arise from the physical characteristics of components???while not precluding efficient implementations on resource-constrained platforms. Aspects of this challenge are addressed by this thesis through four distinct applications of timed automata and the synchronous languages Argos and Esterel. A novel framework for simulating controllers written in an imperative synchronous language is described. It includes a transformation of synchronous models into timed automata that accounts for timing properties which are important in constrained implementations but ignored by the usual assumption of synchrony. The transformation provides an interface between the discrete time of synchronous programs and a continuous model of time. This interface is extended to provide a way for simulating Argos programs within the widely-used Simulink software. Timed automata are well-suited for semantic descriptions, like the aforementioned transformation, and for modelling abstract algorithms and protocols. This thesis also includes a different type of case study. The timing diagram of a small-scale embedded component is modelled in more detail than usual with the aim of studying timing properties in this type of system. Multiple models are constructed, including one of an assembly language controller. Their interrelations are verified in Uppaal using a construction for timed trace inclusion testing. Existing constructions for testing timed trace inclusion do not directly address recent features of the Uppaal modelling language. Novel solutions for the problems presented by selection bindings, quantifiers, and channel arrays in Uppaal are presented in this thesis. The first known implementation of a tool for automatically generating a timed trace inclusion construction is described. The timed automata case study demonstrates one way of implementing application timing behaviours while respecting implementation constraints. A more challenging, but less detailed, example is proposed to evaluate the adequacy of Esterel for such tasks. Since none of the standard techniques are completely adequate, a novel alternative for expressing delays in physical time is proposed. Programs in standard Esterel are recovered through syntactic transformations that account for platform constraints.

After a stroke, gait and balance are often affected and an orthosis is typically required to facilitate postural control. This study has been conducted to examine how the Range of Motion in an Ankle-Foot-Orthosis (AFO) impacts on stroke patients’ dynamic balance. It was hypothesized that better dynamic balance would be recorded when individuals were wearing a flexible AFO. The tests that was used in this study were the Timed Up and Go test (TUG), and the Center of Pressure (CoP)/Center of Mass (CoM) inclination angle, both in Anterior-Posterior (AP) and Medio-Lateral (ML) planes. The three patients participating in this study were all users, or had been users of AFO’s, and during the study they were asked to wear a customized AFO with the possibility to change the settings to open, flexible and rigid ankle joints. The order was randomized within each patient. No clear pattern was observed across all patients, either in the TUG test or CoP/CoM inclination angles. Further studies are required to explore the impact that AFO flexibility has on dynamic balance in individuals who have had a stroke.

Este trabalho consiste na proposição de uma metodologia que garanta o projeto efetivo de controladores para utilização em sistemas de proteção, operação e supervisão de sistemas APM (Automated People Movers), utilizando como estudo de caso o Sistema Aeromovel. Automated People Movers (APM) são sistemas de transporte de passageiros com operação completamente automatizada (sem tripulação), trafegando em vias exclusivas e com alta frequência de serviço. Geralmente são operados em via elevada, acima dos obstáculos encontrados no nível do solo, de maneira a manter o espaço urbano de circulação. A automação completa de trens para transporte de passageiros é geralmente condição essencial para sua viabilidade financeira nos casos onde tem-se veículos pequenos para prover alta frequência de serviço. Em parte, a confiabilidade de um veículo com operação completamente automatizada aumenta com o uso de vias exclusivas impedindo a interferência de outros veículos ou pessoas na via, porém, uma metodologia de desenvolvimento do sistema de proteção, operação e supervisão que diminua a taxa de falhas e suas consequências é necessária por tratar-se de um sistema crítico. Este trabalho apresenta uma revisão das soluções utilizadas na construção de Sistemas APM e daquelas adotadas no controle digital de sistemas automáticos. Descreve-se o processo de construção do sistema de proteção, operação e supervisão baseados na proposta de ampliação da norma IEC 61850 e prova-se a importância do uso do processo de simulação, verificação formal e os testes de conformidade no desenvolvimento de um sistema de controle seguro para aplicação em Sistemas APM. Para cada etapa do trabalho são apresentados os testes de conformidade para verificação do modelo de controle proposto. / This work consists in the proposition of a methodology that guarantees the effective design of controllers for use in protection, operation and monitoring Automated People Movers System, using as a case study Aeromovel system. Automated People Mover (APM) are systems of passenger transport with entirely automated operation (without crew), traveling in exclusive ways and with high service frequency. They are usually operated at elevated highway above the obstacles encountered on the ground level, so as to keep the urban space circulation. The complete automation of trains for passenger condition is necessary for their economic viability in the cases where they have small vehicles to supply high frequency of service. The reliability of an fully automated vehicle operation increases with the use of exclusive right-of-way preventing access from other vehicles or people on the track, however, the development of a methodology for protection, operation and monitoring systems is necessary to decrease the rate of failures and their consequences. This work presents a review of the solutions used in the construction of APM systems and the digital control of automated systems. We describe the construction process of the protection, operation and supervision systems based on the proposed extension of IEC 61850 and proves the importance use of the simulation, formal verification and conformity tests to develop a safe control system. For each stage of the work, the compliance tests to verify the proposed control model are presented.

É contínua a procura por técnicas de construção de circuitos que ajudem a minimizar os problemas existentes no mercado de microeletrônica atual. Uma alternativa para a resolução destes problemas consiste na utilização de circuitos assíncronos. Circuitos aritméticos são alvo de um contínuo esforço na busca de melhores resultados de desempenho e área. Em especial o somador é uma das partes constituintes desta classe de circuitos que apresenta interessante campo para pesquisas. Este trabalho apresenta um método de avaliação de somadores implementados através do uso de famílias lógicas CMOS dual-rail. Esta tarefa é realizada através do uso de um circuito assíncrono que serve como base de avaliação. Este circuito obedece ao protocolo de comunicação utilizado pelos somadores e nele são desenvolvidas diversas aplicações para que seja possível avaliar o comportamento dos somadores quando expostos a diferentes padrões de vetores. Os parâmetros avaliados nas estruturas dos somadores são número de transistores, atraso e consumo de potência para topologias carry look-ahead e ripple carry adders. Na avaliação dos somadores através de simulação elétrica são utilizadas as ferramentas Pspice e Spectre da Cadence. As tecnologias utilizadas nesta caracterização são AMI 0.5 da MOSIS e AMS 0.35. Como resultados são apresentados dados que demonstram a economia no número de transistores obtida através do uso da técnica de múltiplas saídas para o CLA, que a família DCVS geralmente apresenta os menores atrasos médios quando comparada a outras estruturas e a potencialidade de famílias NCL. / The search for construction techniques of circuits that helps to minimize the challenges that occurs in nowadays microelectronic market is continuous. An alternative to solve great part of these problems is the use of asynchronous circuits. Arithmetic circuits are the target of a continuous effort in the pursuit of better results in terms of performance and area. Adder circuits in special compose a subset of this class of circuits that presents an interesting research field. This work presents an evaluation method for adders that where implemented through different dual-rail logic families. This task is accomplished through the use of asynchronous circuits used as an evaluation base. The asynchronous circuits implemented obey the communication protocol adopted by the adders and implement different applications. These applications are constructed with the finality of study the adder’s behavior when they are exposed to different vector patterns. The adder’s evaluated parameters are the number of transistors, delay and power consumption of topologies like Carry Look-ahead and Ripple Carry Adders. The electrical simulations were accomplished trough the use of Pspice and Cadence’s Spectre cad tools. MOSIS AMI 0.5 and AMS 0.35 transistor technologies were utilized in the electrical characterization of the adders. Some of the results obtained trough this work that could be cited are: the low transistor count presented for the Multiple Outputs CLA structures, the performance advantage of the DCVS family in relation to the other families and the evaluation of NCL logic family potentiality.

É contínua a procura por técnicas de construção de circuitos que ajudem a minimizar os problemas existentes no mercado de microeletrônica atual. Uma alternativa para a resolução destes problemas consiste na utilização de circuitos assíncronos. Circuitos aritméticos são alvo de um contínuo esforço na busca de melhores resultados de desempenho e área. Em especial o somador é uma das partes constituintes desta classe de circuitos que apresenta interessante campo para pesquisas. Este trabalho apresenta um método de avaliação de somadores implementados através do uso de famílias lógicas CMOS dual-rail. Esta tarefa é realizada através do uso de um circuito assíncrono que serve como base de avaliação. Este circuito obedece ao protocolo de comunicação utilizado pelos somadores e nele são desenvolvidas diversas aplicações para que seja possível avaliar o comportamento dos somadores quando expostos a diferentes padrões de vetores. Os parâmetros avaliados nas estruturas dos somadores são número de transistores, atraso e consumo de potência para topologias carry look-ahead e ripple carry adders. Na avaliação dos somadores através de simulação elétrica são utilizadas as ferramentas Pspice e Spectre da Cadence. As tecnologias utilizadas nesta caracterização são AMI 0.5 da MOSIS e AMS 0.35. Como resultados são apresentados dados que demonstram a economia no número de transistores obtida através do uso da técnica de múltiplas saídas para o CLA, que a família DCVS geralmente apresenta os menores atrasos médios quando comparada a outras estruturas e a potencialidade de famílias NCL. / The search for construction techniques of circuits that helps to minimize the challenges that occurs in nowadays microelectronic market is continuous. An alternative to solve great part of these problems is the use of asynchronous circuits. Arithmetic circuits are the target of a continuous effort in the pursuit of better results in terms of performance and area. Adder circuits in special compose a subset of this class of circuits that presents an interesting research field. This work presents an evaluation method for adders that where implemented through different dual-rail logic families. This task is accomplished through the use of asynchronous circuits used as an evaluation base. The asynchronous circuits implemented obey the communication protocol adopted by the adders and implement different applications. These applications are constructed with the finality of study the adder’s behavior when they are exposed to different vector patterns. The adder’s evaluated parameters are the number of transistors, delay and power consumption of topologies like Carry Look-ahead and Ripple Carry Adders. The electrical simulations were accomplished trough the use of Pspice and Cadence’s Spectre cad tools. MOSIS AMI 0.5 and AMS 0.35 transistor technologies were utilized in the electrical characterization of the adders. Some of the results obtained trough this work that could be cited are: the low transistor count presented for the Multiple Outputs CLA structures, the performance advantage of the DCVS family in relation to the other families and the evaluation of NCL logic family potentiality.

La conception de circuits intégrés asynchrones, notamment de circuits QDI (Quasi-Delay Insensitive), offrent la possibilité de disposer de circuits très robustes aux conditions environnementales (tension, température) ainsi qu'aux variations des procédés de fabrication. Ces bonnes propriétés sont dues à une conception ne comportant pas d'hypothèses temporelles à l'exception de la fourche isochrone --hypothèse finalement très faible. Ainsi, une variation de la tension se traduit par une réduction de la vitesse de fonctionnement sans pour autant altérer la fonctionnalité du circuit. Cette thèse étudie la robustesse des circuits asynchrones dans des environnements de fonctionnement très sévères susceptibles de mettre en défaut la correction fonctionnelle des circuits asynchrones QDI. Cette situation se présente par exemple quand les transitions des signaux sur les portes deviennent très lentes. Cette situation exceptionnelle peut-être directement provoquée par un environnement agressif (émission électromagnétique, particules à haute énergie, ...) ou par les effets du vieillissement du circuit intégré. Dans un contexte où le circuit est employé à des fins sécuritaires telles que les applications aéronautiques, spatiales ou médicales, il s'avère nécessaire de quantifier les limites de fonctionnement des circuits asynchrones et de trouver des moyens pour améliorer leur robustesse. Ce manuscrit propose une étude complète du comportement des circuits asynchrones et propose des techniques de conception pour en améliorer la robustesse. Les résultats obtenus ont été validés sur des technologies CMOS avancées de ST Microelectronics par des simulations analogiques d'une part, et avec l'aide d'un outil de preuve formelle développé à l'Université British Columbia au Canada d'autre part. / The design of self-timed integrated circuits, including QDI (Quasi-Delay Insensitive) circuits, lead to robust circuits against variabilities in manufacturing processes and in running conditions (voltage, temperature). These qualities are consequences of the synthesys flow that does not create timing assumptions excepted a weak one related to isochronic forks. In self-timed circuits, the running speed automatically adjusts to the available supply voltage with no behavioral changes. This work focuses on the self-timed circuit robustness in the context of environments where running conditions can make QDI self-timed circuits failing. For instance, this happens when transition speeds at gate entrances become very slow. This uncommonly encountered situation can be triggered in harsh environments (with electromagnetic disturbences, high-energy particulesdots) or because of age effects on manufactured chips. If the integrated circuit is designed for critical operations such as in aeronautical, spatial or medical applications, the self-timed circuit limits have to be carrefully evaluated and eventually shifted in order to improve the circuit robustness. This publication includes a complete study of the self-timed circuit behaviors and some design proposals in order to enhance the circuit robustness. Experimental results were obtained firstly, during analog simulations targetting advanced CMOS technologies from STMicroelectronics and secondly, using formal methods implemented in a tool from the University of British Columbia.

Este trabalho consiste na proposição de uma metodologia que garanta o projeto efetivo de controladores para utilização em sistemas de proteção, operação e supervisão de sistemas APM (Automated People Movers), utilizando como estudo de caso o Sistema Aeromovel. Automated People Movers (APM) são sistemas de transporte de passageiros com operação completamente automatizada (sem tripulação), trafegando em vias exclusivas e com alta frequência de serviço. Geralmente são operados em via elevada, acima dos obstáculos encontrados no nível do solo, de maneira a manter o espaço urbano de circulação. A automação completa de trens para transporte de passageiros é geralmente condição essencial para sua viabilidade financeira nos casos onde tem-se veículos pequenos para prover alta frequência de serviço. Em parte, a confiabilidade de um veículo com operação completamente automatizada aumenta com o uso de vias exclusivas impedindo a interferência de outros veículos ou pessoas na via, porém, uma metodologia de desenvolvimento do sistema de proteção, operação e supervisão que diminua a taxa de falhas e suas consequências é necessária por tratar-se de um sistema crítico. Este trabalho apresenta uma revisão das soluções utilizadas na construção de Sistemas APM e daquelas adotadas no controle digital de sistemas automáticos. Descreve-se o processo de construção do sistema de proteção, operação e supervisão baseados na proposta de ampliação da norma IEC 61850 e prova-se a importância do uso do processo de simulação, verificação formal e os testes de conformidade no desenvolvimento de um sistema de controle seguro para aplicação em Sistemas APM. Para cada etapa do trabalho são apresentados os testes de conformidade para verificação do modelo de controle proposto. / This work consists in the proposition of a methodology that guarantees the effective design of controllers for use in protection, operation and monitoring Automated People Movers System, using as a case study Aeromovel system. Automated People Mover (APM) are systems of passenger transport with entirely automated operation (without crew), traveling in exclusive ways and with high service frequency. They are usually operated at elevated highway above the obstacles encountered on the ground level, so as to keep the urban space circulation. The complete automation of trains for passenger condition is necessary for their economic viability in the cases where they have small vehicles to supply high frequency of service. The reliability of an fully automated vehicle operation increases with the use of exclusive right-of-way preventing access from other vehicles or people on the track, however, the development of a methodology for protection, operation and monitoring systems is necessary to decrease the rate of failures and their consequences. This work presents a review of the solutions used in the construction of APM systems and the digital control of automated systems. We describe the construction process of the protection, operation and supervision systems based on the proposed extension of IEC 61850 and proves the importance use of the simulation, formal verification and conformity tests to develop a safe control system. For each stage of the work, the compliance tests to verify the proposed control model are presented.

O presente trabalho foi delineado com o intuito de identificar os efeitos da inclusão da Gonadotrofina Coriônica Equina (eCG) antes e após a IA em vacas de corte submetidas a protocolos de IATF e conduzido na Fazenda Rancho 60, pertencente ao Grupo Agropecuária Fazenda Brasil (Barra do Garças, MT, Brasil). Para tanto, 901 vacas Nelores multíparas com média de 44 dias pós-parto foram sincronizadas, inseminadas em tempo fixo utilizando-se três touros (Aberdeen Angus) e nove inseminadores. Além disso, as vacas foram monitoradas por exames ultrassonográficos e/ou colheitas de sangue até os 30 dias após a IA. Taxas de sincronização, prenhez aos 30 e 60 dias foram mensuradas e as amostras de sangue foram avaliadas quanto à concentração de progesterona sérica. Foram avaliados os efeitos da inclusão de 300 UI de gonadotrofina coriônica equina (eCG) 2 dias antes e/ou 14 dias depois da IA e posteriormente avaliou-se também a influência do grupo genético e sexo dos bezerros no desempenho reprodutivo. Em suma, o tratamento com eCG após a IA não melhorou a fertilidade em vacas Nelore pós-parto, entretanto pode-se observar um incremento nas taxas de ovulação, prenhez aos 60 dias e aumento nas concentrações séricas de P4 nos animais que receberam eCG no D8. Quanto à influência da progênie na fertilidade das mães conclui-se que pode haver uma relação entre o sexo e raça dos bezerros na concentração circulante de P4 das progenitoras, entretanto estas variáveis não influenciaram na fertilidade da vaca submetida à IATF no período pós-parto. / The present work was designed to identify the effects of a treatment with equine chorionic gonadotropin (eCG) before and post-AI in beef cows submitted to TAI protocols. The experiment was conducted at Rancho 60 Farm, belonging to Grupo Agropecuaria Fazenda Brasil (Barra do Garças, MT, Brazil). For this, 901 multiparous Nellore cows with 44 days post-partum were synchronized, inseminated at fixed time using semen of three bulls (Angus). In addition, cows were monitored by ovarian ultrasonography and/or blood sampling until 30 days post AI. Ovulation rate, and pregnancy rates at 30 and 60 days were evaluated and blood samples were analyzed for serum progesterone concentration. The effects of treatment with 300 IU of eCG 2 days before and/or 14 days after AI were evaluated, as well as the influence of the breed and gender of their calves in the reproductive performance. In general, treatment with eCG after AI did not improve fertility in post-partum Nelore cows, however, it was detected an improvement in ovulation rate and pregnancy rate at 60 days and an increase in serum progesterone concentrations in cows that received eCG at Day 8. There was no effect of gender and breed of calves on fertility of the dams; however these variables influenced circulating progesterone post AI.

Este trabalho consiste na proposição de uma metodologia que garanta o projeto efetivo de controladores para utilização em sistemas de proteção, operação e supervisão de sistemas APM (Automated People Movers), utilizando como estudo de caso o Sistema Aeromovel. Automated People Movers (APM) são sistemas de transporte de passageiros com operação completamente automatizada (sem tripulação), trafegando em vias exclusivas e com alta frequência de serviço. Geralmente são operados em via elevada, acima dos obstáculos encontrados no nível do solo, de maneira a manter o espaço urbano de circulação. A automação completa de trens para transporte de passageiros é geralmente condição essencial para sua viabilidade financeira nos casos onde tem-se veículos pequenos para prover alta frequência de serviço. Em parte, a confiabilidade de um veículo com operação completamente automatizada aumenta com o uso de vias exclusivas impedindo a interferência de outros veículos ou pessoas na via, porém, uma metodologia de desenvolvimento do sistema de proteção, operação e supervisão que diminua a taxa de falhas e suas consequências é necessária por tratar-se de um sistema crítico. Este trabalho apresenta uma revisão das soluções utilizadas na construção de Sistemas APM e daquelas adotadas no controle digital de sistemas automáticos. Descreve-se o processo de construção do sistema de proteção, operação e supervisão baseados na proposta de ampliação da norma IEC 61850 e prova-se a importância do uso do processo de simulação, verificação formal e os testes de conformidade no desenvolvimento de um sistema de controle seguro para aplicação em Sistemas APM. Para cada etapa do trabalho são apresentados os testes de conformidade para verificação do modelo de controle proposto. / This work consists in the proposition of a methodology that guarantees the effective design of controllers for use in protection, operation and monitoring Automated People Movers System, using as a case study Aeromovel system. Automated People Mover (APM) are systems of passenger transport with entirely automated operation (without crew), traveling in exclusive ways and with high service frequency. They are usually operated at elevated highway above the obstacles encountered on the ground level, so as to keep the urban space circulation. The complete automation of trains for passenger condition is necessary for their economic viability in the cases where they have small vehicles to supply high frequency of service. The reliability of an fully automated vehicle operation increases with the use of exclusive right-of-way preventing access from other vehicles or people on the track, however, the development of a methodology for protection, operation and monitoring systems is necessary to decrease the rate of failures and their consequences. This work presents a review of the solutions used in the construction of APM systems and the digital control of automated systems. We describe the construction process of the protection, operation and supervision systems based on the proposed extension of IEC 61850 and proves the importance use of the simulation, formal verification and conformity tests to develop a safe control system. For each stage of the work, the compliance tests to verify the proposed control model are presented.

É contínua a procura por técnicas de construção de circuitos que ajudem a minimizar os problemas existentes no mercado de microeletrônica atual. Uma alternativa para a resolução destes problemas consiste na utilização de circuitos assíncronos. Circuitos aritméticos são alvo de um contínuo esforço na busca de melhores resultados de desempenho e área. Em especial o somador é uma das partes constituintes desta classe de circuitos que apresenta interessante campo para pesquisas. Este trabalho apresenta um método de avaliação de somadores implementados através do uso de famílias lógicas CMOS dual-rail. Esta tarefa é realizada através do uso de um circuito assíncrono que serve como base de avaliação. Este circuito obedece ao protocolo de comunicação utilizado pelos somadores e nele são desenvolvidas diversas aplicações para que seja possível avaliar o comportamento dos somadores quando expostos a diferentes padrões de vetores. Os parâmetros avaliados nas estruturas dos somadores são número de transistores, atraso e consumo de potência para topologias carry look-ahead e ripple carry adders. Na avaliação dos somadores através de simulação elétrica são utilizadas as ferramentas Pspice e Spectre da Cadence. As tecnologias utilizadas nesta caracterização são AMI 0.5 da MOSIS e AMS 0.35. Como resultados são apresentados dados que demonstram a economia no número de transistores obtida através do uso da técnica de múltiplas saídas para o CLA, que a família DCVS geralmente apresenta os menores atrasos médios quando comparada a outras estruturas e a potencialidade de famílias NCL. / The search for construction techniques of circuits that helps to minimize the challenges that occurs in nowadays microelectronic market is continuous. An alternative to solve great part of these problems is the use of asynchronous circuits. Arithmetic circuits are the target of a continuous effort in the pursuit of better results in terms of performance and area. Adder circuits in special compose a subset of this class of circuits that presents an interesting research field. This work presents an evaluation method for adders that where implemented through different dual-rail logic families. This task is accomplished through the use of asynchronous circuits used as an evaluation base. The asynchronous circuits implemented obey the communication protocol adopted by the adders and implement different applications. These applications are constructed with the finality of study the adder’s behavior when they are exposed to different vector patterns. The adder’s evaluated parameters are the number of transistors, delay and power consumption of topologies like Carry Look-ahead and Ripple Carry Adders. The electrical simulations were accomplished trough the use of Pspice and Cadence’s Spectre cad tools. MOSIS AMI 0.5 and AMS 0.35 transistor technologies were utilized in the electrical characterization of the adders. Some of the results obtained trough this work that could be cited are: the low transistor count presented for the Multiple Outputs CLA structures, the performance advantage of the DCVS family in relation to the other families and the evaluation of NCL logic family potentiality.