Operating System Contribution to Composable Timing Behaviour in High-Integrity Real-Time Systems

The development of High-Integrity Real-Time Systems has a high footprint in terms of human, material and schedule costs. Factoring functional, reusable logic in the application favors incremental development and contains costs. Yet, achieving incrementality in the timing behavior is a much harder problem. Complex features at all levels of the execution stack, aimed to boost average-case performance, exhibit timing behavior highly dependent on execution history, which wrecks time composability and incrementaility with it. Our goal here is to restitute time composability to the execution stack, working bottom up across it. We first characterize time composability without making assumptions on the system architecture or the software deployment to it. Later, we focus on the role played by the real-time operating system in our pursuit. Initially we consider single-core processors and, becoming less permissive on the admissible hardware features, we devise solutions that restore a convincing degree of time composability. To show what can be done for real, we developed TiCOS, an ARINC-compliant kernel, and re-designed ORK+, a kernel for Ada Ravenscar runtimes. In that work, we added support for limited-preemption to ORK+, an absolute premiere in the landscape of real-word kernels. Our implementation allows resource sharing to co-exist with limited-preemptive scheduling, which extends state of the art. We then turn our attention to multicore architectures, first considering partitioned systems, for which we achieve results close to those obtained for single-core processors. Subsequently, we shy away from the over-provision of those systems and consider less restrictive uses of homogeneous multiprocessors, where the scheduling algorithm is key to high schedulable utilization. To that end we single out RUN, a promising baseline, and extend it to SPRINT, which supports sporadic task sets, hence matches real-world industrial needs better. To corroborate our results we present findings from real-world case studies from avionic industry.

Il passato nell’epoca della sua (ri)producibilità digitale. Torino 1943 - 45. Metodologia della ricerca con tecnologie informatiche. Sistema storico-territoriale di informazione multimediale

Se il lavoro dello storico è capire il passato come è stato compreso dalla gente che lo ha vissuto, allora forse non è azzardato pensare che sia anche necessario comunicare i risultati delle ricerche con strumenti propri che appartengono a un'epoca e che influenzano la mentalità di chi in quell'epoca vive. Emergenti tecnologie, specialmente nell’area della multimedialità come la realtà virtuale, permettono agli storici di comunicare l’esperienza del passato in più sensi. In che modo la storia collabora con le tecnologie informatiche soffermandosi sulla possibilità di fare ricostruzioni storiche virtuali, con relativi esempi e recensioni? Quello che maggiormente preoccupa gli storici è se una ricostruzione di un fatto passato vissuto attraverso la sua ricreazione in pixels sia un metodo di conoscenza della storia che possa essere considerato valido. Ovvero l'emozione che la navigazione in una realtà 3D può suscitare, è un mezzo in grado di trasmettere conoscenza? O forse l'idea che abbiamo del passato e del suo studio viene sottilmente cambiato nel momento in cui lo si divulga attraverso la grafica 3D? Da tempo però la disciplina ha cominciato a fare i conti con questa situazione, costretta soprattutto dall'invasività di questo tipo di media, dalla spettacolarizzazione del passato e da una divulgazione del passato parziale e antiscientifica. In un mondo post letterario bisogna cominciare a pensare che la cultura visuale nella quale siamo immersi sta cambiando il nostro rapporto con il passato: non per questo le conoscenze maturate fino ad oggi sono false, ma è necessario riconoscere che esiste più di una verità storica, a volte scritta a volte visuale. Il computer è diventato una piattaforma onnipresente per la rappresentazione e diffusione dell’informazione. I metodi di interazione e rappresentazione stanno evolvendo di continuo. Ed è su questi due binari che è si muove l’offerta delle tecnologie informatiche al servizio della storia. Lo scopo di questa tesi è proprio quello di esplorare, attraverso l’utilizzo e la sperimentazione di diversi strumenti e tecnologie informatiche, come si può raccontare efficacemente il passato attraverso oggetti tridimensionali e gli ambienti virtuali, e come, nel loro essere elementi caratterizzanti di comunicazione, in che modo possono collaborare, in questo caso particolare, con la disciplina storica. La presente ricerca ricostruisce alcune linee di storia delle principali fabbriche attive a Torino durante la seconda guerra mondiale, ricordando stretta relazione che esiste tra strutture ed individui e in questa città in particolare tra fabbrica e movimento operaio, è inevitabile addentrarsi nelle vicende del movimento operaio torinese che nel periodo della lotta di Liberazione in città fu un soggetto politico e sociale di primo rilievo. Nella città, intesa come entità biologica coinvolta nella guerra, la fabbrica (o le fabbriche) diventa il nucleo concettuale attraverso il quale leggere la città: sono le fabbriche gli obiettivi principali dei bombardamenti ed è nelle fabbriche che si combatte una guerra di liberazione tra classe operaia e autorità, di fabbrica e cittadine. La fabbrica diventa il luogo di "usurpazione del potere" di cui parla Weber, il palcoscenico in cui si tengono i diversi episodi della guerra: scioperi, deportazioni, occupazioni .... Il modello della città qui rappresentata non è una semplice visualizzazione ma un sistema informativo dove la realtà modellata è rappresentata da oggetti, che fanno da teatro allo svolgimento di avvenimenti con una precisa collocazione cronologica, al cui interno è possibile effettuare operazioni di selezione di render statici (immagini), di filmati precalcolati (animazioni) e di scenari navigabili interattivamente oltre ad attività di ricerca di fonti bibliografiche e commenti di studiosi segnatamente legati all'evento in oggetto. Obiettivo di questo lavoro è far interagire, attraverso diversi progetti, le discipline storiche e l’informatica, nelle diverse opportunità tecnologiche che questa presenta. Le possibilità di ricostruzione offerte dal 3D vengono così messe a servizio della ricerca, offrendo una visione integrale in grado di avvicinarci alla realtà dell’epoca presa in considerazione e convogliando in un’unica piattaforma espositiva tutti i risultati. Divulgazione Progetto Mappa Informativa Multimediale Torino 1945 Sul piano pratico il progetto prevede una interfaccia navigabile (tecnologia Flash) che rappresenti la pianta della città dell’epoca, attraverso la quale sia possibile avere una visione dei luoghi e dei tempi in cui la Liberazione prese forma, sia a livello concettuale, sia a livello pratico. Questo intreccio di coordinate nello spazio e nel tempo non solo migliora la comprensione dei fenomeni, ma crea un maggiore interesse sull’argomento attraverso l’utilizzo di strumenti divulgativi di grande efficacia (e appeal) senza perdere di vista la necessità di valicare le tesi storiche proponendosi come piattaforma didattica. Un tale contesto richiede uno studio approfondito degli eventi storici al fine di ricostruire con chiarezza una mappa della città che sia precisa sia topograficamente sia a livello di navigazione multimediale. La preparazione della cartina deve seguire gli standard del momento, perciò le soluzioni informatiche utilizzate sono quelle fornite da Adobe Illustrator per la realizzazione della topografia, e da Macromedia Flash per la creazione di un’interfaccia di navigazione. La base dei dati descrittivi è ovviamente consultabile essendo contenuta nel supporto media e totalmente annotata nella bibliografia. È il continuo evolvere delle tecnologie d'informazione e la massiccia diffusione dell’uso dei computer che ci porta a un cambiamento sostanziale nello studio e nell’apprendimento storico; le strutture accademiche e gli operatori economici hanno fatto propria la richiesta che giunge dall'utenza (insegnanti, studenti, operatori dei Beni Culturali) di una maggiore diffusione della conoscenza storica attraverso la sua rappresentazione informatizzata. Sul fronte didattico la ricostruzione di una realtà storica attraverso strumenti informatici consente anche ai non-storici di toccare con mano quelle che sono le problematiche della ricerca quali fonti mancanti, buchi della cronologia e valutazione della veridicità dei fatti attraverso prove. Le tecnologie informatiche permettono una visione completa, unitaria ed esauriente del passato, convogliando tutte le informazioni su un'unica piattaforma, permettendo anche a chi non è specializzato di comprendere immediatamente di cosa si parla. Il miglior libro di storia, per sua natura, non può farlo in quanto divide e organizza le notizie in modo diverso. In questo modo agli studenti viene data l'opportunità di apprendere tramite una rappresentazione diversa rispetto a quelle a cui sono abituati. La premessa centrale del progetto è che i risultati nell'apprendimento degli studenti possono essere migliorati se un concetto o un contenuto viene comunicato attraverso più canali di espressione, nel nostro caso attraverso un testo, immagini e un oggetto multimediale. Didattica La Conceria Fiorio è uno dei luoghi-simbolo della Resistenza torinese. Il progetto è una ricostruzione in realtà virtuale della Conceria Fiorio di Torino. La ricostruzione serve a arricchire la cultura storica sia a chi la produce, attraverso una ricerca accurata delle fonti, sia a chi può poi usufruirne, soprattutto i giovani, che, attratti dall’aspetto ludico della ricostruzione, apprendono con più facilità. La costruzione di un manufatto in 3D fornisce agli studenti le basi per riconoscere ed esprimere la giusta relazione fra il modello e l’oggetto storico. Le fasi di lavoro attraverso cui si è giunti alla ricostruzione in 3D della Conceria: . una ricerca storica approfondita, basata sulle fonti, che possono essere documenti degli archivi o scavi archeologici, fonti iconografiche, cartografiche, ecc.; . La modellazione degli edifici sulla base delle ricerche storiche, per fornire la struttura geometrica poligonale che permetta la navigazione tridimensionale; . La realizzazione, attraverso gli strumenti della computer graphic della navigazione in 3D. Unreal Technology è il nome dato al motore grafico utilizzato in numerosi videogiochi commerciali. Una delle caratteristiche fondamentali di tale prodotto è quella di avere uno strumento chiamato Unreal editor con cui è possibile costruire mondi virtuali, e che è quello utilizzato per questo progetto. UnrealEd (Ued) è il software per creare livelli per Unreal e i giochi basati sul motore di Unreal. E’ stata utilizzata la versione gratuita dell’editor. Il risultato finale del progetto è un ambiente virtuale navigabile raffigurante una ricostruzione accurata della Conceria Fiorio ai tempi della Resistenza. L’utente può visitare l’edificio e visualizzare informazioni specifiche su alcuni punti di interesse. La navigazione viene effettuata in prima persona, un processo di “spettacolarizzazione” degli ambienti visitati attraverso un arredamento consono permette all'utente una maggiore immersività rendendo l’ambiente più credibile e immediatamente codificabile. L’architettura Unreal Technology ha permesso di ottenere un buon risultato in un tempo brevissimo, senza che fossero necessari interventi di programmazione. Questo motore è, quindi, particolarmente adatto alla realizzazione rapida di prototipi di una discreta qualità, La presenza di un certo numero di bug lo rende, però, in parte inaffidabile. Utilizzare un editor da videogame per questa ricostruzione auspica la possibilità di un suo impiego nella didattica, quello che le simulazioni in 3D permettono nel caso specifico è di permettere agli studenti di sperimentare il lavoro della ricostruzione storica, con tutti i problemi che lo storico deve affrontare nel ricreare il passato. Questo lavoro vuole essere per gli storici una esperienza nella direzione della creazione di un repertorio espressivo più ampio, che includa gli ambienti tridimensionali. Il rischio di impiegare del tempo per imparare come funziona questa tecnologia per generare spazi virtuali rende scettici quanti si impegnano nell'insegnamento, ma le esperienze di progetti sviluppati, soprattutto all’estero, servono a capire che sono un buon investimento. Il fatto che una software house, che crea un videogame di grande successo di pubblico, includa nel suo prodotto, una serie di strumenti che consentano all'utente la creazione di mondi propri in cui giocare, è sintomatico che l'alfabetizzazione informatica degli utenti medi sta crescendo sempre più rapidamente e che l'utilizzo di un editor come Unreal Engine sarà in futuro una attività alla portata di un pubblico sempre più vasto. Questo ci mette nelle condizioni di progettare moduli di insegnamento più immersivi, in cui l'esperienza della ricerca e della ricostruzione del passato si intreccino con lo studio più tradizionale degli avvenimenti di una certa epoca. I mondi virtuali interattivi vengono spesso definiti come la forma culturale chiave del XXI secolo, come il cinema lo è stato per il XX. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di suggerire che vi sono grosse opportunità per gli storici impiegando gli oggetti e le ambientazioni in 3D, e che essi devono coglierle. Si consideri il fatto che l’estetica abbia un effetto sull’epistemologia. O almeno sulla forma che i risultati delle ricerche storiche assumono nel momento in cui devono essere diffuse. Un’analisi storica fatta in maniera superficiale o con presupposti errati può comunque essere diffusa e avere credito in numerosi ambienti se diffusa con mezzi accattivanti e moderni. Ecco perchè non conviene seppellire un buon lavoro in qualche biblioteca, in attesa che qualcuno lo scopra. Ecco perchè gli storici non devono ignorare il 3D. La nostra capacità, come studiosi e studenti, di percepire idee ed orientamenti importanti dipende spesso dai metodi che impieghiamo per rappresentare i dati e l’evidenza. Perché gli storici possano ottenere il beneficio che il 3D porta con sè, tuttavia, devono sviluppare un’agenda di ricerca volta ad accertarsi che il 3D sostenga i loro obiettivi di ricercatori e insegnanti. Una ricostruzione storica può essere molto utile dal punto di vista educativo non sono da chi la visita ma, anche da chi la realizza. La fase di ricerca necessaria per la ricostruzione non può fare altro che aumentare il background culturale dello sviluppatore. Conclusioni La cosa più importante è stata la possibilità di fare esperienze nell’uso di mezzi di comunicazione di questo genere per raccontare e far conoscere il passato. Rovesciando il paradigma conoscitivo che avevo appreso negli studi umanistici, ho cercato di desumere quelle che potremo chiamare “leggi universali” dai dati oggettivi emersi da questi esperimenti. Da punto di vista epistemologico l’informatica, con la sua capacità di gestire masse impressionanti di dati, dà agli studiosi la possibilità di formulare delle ipotesi e poi accertarle o smentirle tramite ricostruzioni e simulazioni. Il mio lavoro è andato in questa direzione, cercando conoscere e usare strumenti attuali che nel futuro avranno sempre maggiore presenza nella comunicazione (anche scientifica) e che sono i mezzi di comunicazione d’eccellenza per determinate fasce d’età (adolescenti). Volendo spingere all’estremo i termini possiamo dire che la sfida che oggi la cultura visuale pone ai metodi tradizionali del fare storia è la stessa che Erodoto e Tucidide contrapposero ai narratori di miti e leggende. Prima di Erodoto esisteva il mito, che era un mezzo perfettamente adeguato per raccontare e dare significato al passato di una tribù o di una città. In un mondo post letterario la nostra conoscenza del passato sta sottilmente mutando nel momento in cui lo vediamo rappresentato da pixel o quando le informazioni scaturiscono non da sole, ma grazie all’interattività con il mezzo. La nostra capacità come studiosi e studenti di percepire idee ed orientamenti importanti dipende spesso dai metodi che impieghiamo per rappresentare i dati e l’evidenza. Perché gli storici possano ottenere il beneficio sottinteso al 3D, tuttavia, devono sviluppare un’agenda di ricerca volta ad accertarsi che il 3D sostenga i loro obiettivi di ricercatori e insegnanti. Le esperienze raccolte nelle pagine precedenti ci portano a pensare che in un futuro non troppo lontano uno strumento come il computer sarà l’unico mezzo attraverso cui trasmettere conoscenze, e dal punto di vista didattico la sua interattività consente coinvolgimento negli studenti come nessun altro mezzo di comunicazione moderno.

Analysis and developments of uncertainty processors for real time flood forecasting

The hydrologic risk (and the hydro-geologic one, closely related to it) is, and has always been, a very relevant issue, due to the severe consequences that may be provoked by a flooding or by waters in general in terms of human and economic losses. Floods are natural phenomena, often catastrophic, and cannot be avoided, but their damages can be reduced if they are predicted sufficiently in advance. For this reason, the flood forecasting plays an essential role in the hydro-geological and hydrological risk prevention. Thanks to the development of sophisticated meteorological, hydrologic and hydraulic models, in recent decades the flood forecasting has made a significant progress, nonetheless, models are imperfect, which means that we are still left with a residual uncertainty on what will actually happen. In this thesis, this type of uncertainty is what will be discussed and analyzed. In operational problems, it is possible to affirm that the ultimate aim of forecasting systems is not to reproduce the river behavior, but this is only a means through which reducing the uncertainty associated to what will happen as a consequence of a precipitation event. In other words, the main objective is to assess whether or not preventive interventions should be adopted and which operational strategy may represent the best option. The main problem for a decision maker is to interpret model results and translate them into an effective intervention strategy. To make this possible, it is necessary to clearly define what is meant by uncertainty, since in the literature confusion is often made on this issue. Therefore, the first objective of this thesis is to clarify this concept, starting with a key question: should be the choice of the intervention strategy to adopt based on the evaluation of the model prediction based on its ability to represent the reality or on the evaluation of what actually will happen on the basis of the information given by the model forecast? Once the previous idea is made unambiguous, the other main concern of this work is to develope a tool that can provide an effective decision support, making possible doing objective and realistic risk evaluations. In particular, such tool should be able to provide an uncertainty assessment as accurate as possible. This means primarily three things: it must be able to correctly combine all the available deterministic forecasts, it must assess the probability distribution of the predicted quantity and it must quantify the flooding probability. Furthermore, given that the time to implement prevention strategies is often limited, the flooding probability will have to be linked to the time of occurrence. For this reason, it is necessary to quantify the flooding probability within a horizon time related to that required to implement the intervention strategy and it is also necessary to assess the probability of the flooding time.

Metodi biochimici e biomolecolari applicati alla medicina clinica: rendimento della real-time TaqMan PCR per la valutazione della resistenza alla claritromicina in H.pylori e tests fecali nella diagnorstica del carcinoma colo-rettale: M2PK, calprotectina e FOBT

1) Background: The most common methods to evaluate clarithromycin resistance is the E-Test, but is time consuming. Resistance of Hp to clarithromycin is due to point mutations in the 23S rRNA. Eight different point mutations have been related to CH resistance, but the large majority of the clarithromycin resistance depends on three point mutations (A2142C, A2142G and A2143G). A novel PCR-based clarithromycin resistance assays, even on paraffin-embedded biopsy specimens, have been proposed. Aims: to assess clarithromycin resistance detecting these point mutation (E-Test as a reference method);secondly, to investigate relation with MIC values. Methods: Paraffin-embedded biopsies of patients Hp-positive were retrieved. The A2142C, A2142G and A2143G point mutations were detected by molecular analysis after DNA extraction by using a TaqMan real-time PCR. Results: The study enrolled 86 patients: 46 resistant and 40 sensible to CH. The Hp status was evaluated at endoscopy, by rapid urease test (RUT), histology and hp culture. According to real-time PCR, 37 specimens were susceptible to clarithromycin (wild type dna) whilst the remaining 49 specimens (57%) were resistant. A2143G is the most frequent mutation. A2142C always express a resistant phenotype and A2142G leads to a resitant phenotype only if homozigous. 2) Background: Colonoscopy work-load for endoscopy services is increasing due to colorectal cancer prevention. We tested a combination of faecal tests to improve accuracy and prioritize the access to colonoscopy. Methods: we tested a combination of fecal tests (FOBT, M2-PK and calprotectin) in a group of 280 patients requiring colonoscopy. Results: 47 patients had CRC and 85 had advanced adenoma/s at colonoscopy/histology. In case of single test, for CRC detection FOBT was the test with the highest specificity and PPV, M2-PK had the highest sensitivity and higher NPV. Combination was more interesting in term of PPV. And the best combination of tests was i-FOBT + M2-PK.

A novel map-matching procedure for low-sampling GPS data with applications to traffic flow analysis

An extensive sample (2%) of private vehicles in Italy are equipped with a GPS device that periodically measures their position and dynamical state for insurance purposes. Having access to this type of data allows to develop theoretical and practical applications of great interest: the real-time reconstruction of traffic state in a certain region, the development of accurate models of vehicle dynamics, the study of the cognitive dynamics of drivers. In order for these applications to be possible, we first need to develop the ability to reconstruct the paths taken by vehicles on the road network from the raw GPS data. In fact, these data are affected by positioning errors and they are often very distanced from each other (~2 Km). For these reasons, the task of path identification is not straightforward. This thesis describes the approach we followed to reliably identify vehicle paths from this kind of low-sampling data. The problem of matching data with roads is solved with a bayesian approach of maximum likelihood. While the identification of the path taken between two consecutive GPS measures is performed with a specifically developed optimal routing algorithm, based on A* algorithm. The procedure was applied on an off-line urban data sample and proved to be robust and accurate. Future developments will extend the procedure to real-time execution and nation-wide coverage.

The spatial representation of time

Numerosi studi mostrano che gli intervalli temporali sono rappresentati attraverso un codice spaziale che si estende da sinistra verso destra, dove gli intervalli brevi sono rappresentati a sinistra rispetto a quelli lunghi. Inoltre tale disposizione spaziale del tempo può essere influenzata dalla manipolazione dell’attenzione-spaziale. La presente tesi si inserisce nel dibattito attuale sulla relazione tra rappresentazione spaziale del tempo e attenzione-spaziale attraverso l’uso di una tecnica che modula l’attenzione-spaziale, ovvero, l’Adattamento Prismatico (AP). La prima parte è dedicata ai meccanismi sottostanti tale relazione. Abbiamo mostrato che spostando l’attenzione-spaziale con AP, verso un lato dello spazio, si ottiene una distorsione della rappresentazione di intervalli temporali, in accordo con il lato dello spostamento attenzionale. Questo avviene sia con stimoli visivi, sia con stimoli uditivi, nonostante la modalità uditiva non sia direttamente coinvolta nella procedura visuo-motoria di AP. Questo risultato ci ha suggerito che il codice spaziale utilizzato per rappresentare il tempo, è un meccanismo centrale che viene influenzato ad alti livelli della cognizione spaziale. La tesi prosegue con l’indagine delle aree corticali che mediano l’interazione spazio-tempo, attraverso metodi neuropsicologici, neurofisiologici e di neuroimmagine. In particolare abbiamo evidenziato che, le aree localizzate nell’emisfero destro, sono cruciali per l’elaborazione del tempo, mentre le aree localizzate nell’emisfero sinistro sono cruciali ai fini della procedura di AP e affinché AP abbia effetto sugli intervalli temporali. Infine, la tesi, è dedicata allo studio dei disturbi della rappresentazione spaziale del tempo. I risultati ci indicano che un deficit di attenzione-spaziale, dopo danno emisferico destro, provoca un deficit di rappresentazione spaziale del tempo, che si riflette negativamente sulla vita quotidiana dei pazienti. Particolarmente interessanti sono i risultati ottenuti mediante AP. Un trattamento con AP, efficace nel ridurre il deficit di attenzione-spaziale, riduce anche il deficit di rappresentazione spaziale del tempo, migliorando la qualità di vita dei pazienti.