Online intra-task device scheduling for hard real-time systems

A large part of power dissipation in a system is generated by I/O devices. Increasingly these devices provide power saving mechanisms, inter alia to enhance battery life. While I/O device scheduling has been studied in the past for realtime systems, the use of energy resources by these scheduling algorithms may be improved. These approaches are crafted considering a very large overhead of device transitions. Technology enhancements have allowed the hardware vendors to reduce the device transition overhead and energy consumption. We propose an intra-task device scheduling algorithm for real time systems that allows to shut-down devices while ensuring system schedulability. Our results show an energy gain of up to 90% when compared to the techniques proposed in the state-of-the-art.

Analyzing TDMA with slot skipping

Distributed real-time systems, such as factory automation systems, require that computer nodes communicate with a known and low bound on the communication delay. This can be achieved with traditional time division multiple access (TDMA). But improved flexibility and simpler upgrades are possible through the use of TDMA with slot-skipping (TDMA/SS), meaning that a slot is skipped whenever it is not used and consequently the slot after the skipped slot starts earlier. We propose a schedulability analysis for TDMA/SS. We assume knowledge of all message streams in the system, and that each node schedules messages in its output queue according to deadline monotonic. Firstly, we present a non-exact (but fast) analysis and then, at the cost of computation time, we also present an algorithm that computes exact queuing times.

Controlo de um sistema domótico KNX

Esta dissertação descreve o estudo, concepção e desenvolvimento de uma aplicação baseada no sistema operativo Windows 8 que interage com um sistema domótico KNX, permitindo ao utilizador controlar a sua instalação domótica. Esta proposta, que combina a área de integração/instalação de sistemas domóticos e a de desenvolvimento de aplicações para Windows 8 e Windows 8 Phone, constitui um desafio particularmente interessante para quem tem experiência profissional nas duas áreas. A domótica surgiu na década de 70 como uma aplicação da eletrónica e das tecnologias da informação às instalações residenciais, comerciais e industriais. Esta nova área desencadeou uma revolução, não só, ao nível da produção e comercialização, mas, também, do ponto de vista do utilizador, ao promover a comodidade, segurança, personalização e o controlo de pessoas e bens. Os smartphones e tablets vieram permitir que o desenvolvimento de aplicações móveis de interacção com os sistemas domóticos. Ao longo desta dissertação são descritas e analisadas as múltiplas áreas de intervenção da domótica assim como as diferentes tecnologias de aplicação e mercados. Também são analisados os sistemas operativos que existentes, as respetivas cotas de mercado e os tipos de dispositivos disponíveis. Por último, a aplicação foi concebida, implementada e testada para verificar a correcta interacção com o sistema domótico KNX e as funcionalidades de controlo da instalação domótica.

Avaliação das melhores técnicas disponíveis relativas à refrigeração industrial e às emissões resultantes da armazenagem

Esta dissertação foi realizada em colaboração com o grupo empresarial Monteiro, Ribas e teve como principais objetivos efetuar uma avaliação das melhores técnicas disponíveis relativas à refrigeração industrial e às emissões resultantes da armazenagem. O primeiro objetivo teve como alvo todas as instalações da Monteiro, Ribas enquanto que o segundo objetivo se debruçou sobre Monteiro, Ribas, Embalagens Flexíveis, S.A.. Para cumprir estes objetivos, inicialmente efetuou-se um levantamento das melhores técnicas disponíveis apresentadas nos respetivos documentos de referência. Em seguida selecionaram-se as técnicas que se adequavam às condições e às instalações em estudo e procedeu-se a uma avaliação de forma a verificar o grau de implementação das medidas sugeridas no BREF (Best Available Techniques Reference Document). Relativamente aos sistemas de refrigeração industrial verificou-se que estão implementadas quase todas as medidas referenciadas no respetivo documento de referência. Isto prende-se com o facto dos sistemas de refrigeração existentes no complexo industrial Monteiro, Ribas serem relativamente recentes. Foram implementados no ano de 2012, e são caracterizados por apresentarem uma conceção moderna com elevada eficiência. No que diz respeito à armazenagem de produtos químicos perigosos, a instalação em estudo, apresenta algumas inconformidades, uma vez que a maioria das técnicas mencionadas no BREF não se encontram implementadas, pelo que foi necessário efetuar uma avaliação de riscos ambientais, com recurso à metodologia proposta pela Norma Espanhola UNE 150008:2008 – Análise e Avaliação do Risco Ambiental. Para isso procedeu-se então à formulação de vários cenários de riscos e à quantificação de riscos para à Monteiro, Ribas Embalagens Flexíveis S.A., tendo-se apurado que os riscos estavam avaliados como moderados a altos. Por fim foram sugeridas algumas medidas de prevenção e de minimização do risco que a instalação deve aplicar, como por exemplo, o parque de resíduos perigosos deve ser equipado com kits de contenção de derrames (material absorvente), procedimentos a realizar em caso de emergência, fichas de dados de segurança e o extintor deve ser colocado num local de fácil visualização. No transporte de resíduos perigosos, para o respetivo parque, é aconselhável utilizar bacias de contenção de derrames portáteis e kits de contenção de derrames. Relativamente ao armazém de produtos químicos perigosos é recomendado que se proceda a sua reformulação tendo em conta as MTD apresentadas no subcapítulo 5.2.3 desta dissertação.

An improved preemption delay upper bound for floating non-preemptive region

In embedded systems, the timing behaviour of the control mechanisms are sometimes of critical importance for the operational safety. These high criticality systems require strict compliance with the offline predicted task execution time. The execution of a task when subject to preemption may vary significantly in comparison to its non-preemptive execution. Hence, when preemptive scheduling is required to operate the workload, preemption delay estimation is of paramount importance. In this paper a preemption delay estimation method for floating non-preemptive scheduling policies is presented. This work builds on [1], extending the model and optimising it considerably. The preemption delay function is subject to a major tightness improvement, considering the WCET analysis context. Moreover more information is provided as well in the form of an extrinsic cache misses function, which enables the method to provide a solution in situations where the non-preemptive regions sizes are small. Finally experimental results from the implementation of the proposed solutions in Heptane are provided for real benchmarks which validate the significance of this work.

Implementing slot-based task-splitting multiprocessor scheduling

Consider the problem of scheduling a set of sporadic tasks on a multiprocessor system to meet deadlines using a task-splitting scheduling algorithm. Task-splitting (also called semi-partitioning) scheduling algorithms assign most tasks to just one processor but a few tasks are assigned to two or more processors, and they are dispatched in a way that ensures that a task never executes on two or more processors simultaneously. A particular type of task-splitting algorithms, called slot-based task-splitting dispatching, is of particular interest because of its ability to schedule tasks with high processor utilizations. Unfortunately, no slot-based task-splitting algorithm has been implemented in a real operating system so far. In this paper we discuss and propose some modifications to the slot-based task-splitting algorithm driven by implementation concerns, and we report the first implementation of this family of algorithms in a real operating system running Linux kernel version 2.6.34. We have also conducted an extensive range of experiments on a 4-core multicore desktop PC running task-sets with utilizations of up to 88%. The results show that the behavior of our implementation is in line with the theoretical framework behind it.

Inter-application redundancy elimination in sensor networks with compiler-assisted scheduling

Most current-generation Wireless Sensor Network (WSN) nodes are equipped with multiple sensors of various types, and therefore support for multi-tasking and multiple concurrent applications is becoming increasingly common. This trend has been fostering the design of WSNs allowing several concurrent users to deploy applications with dissimilar requirements. In this paper, we extend the advantages of a holistic programming scheme by designing a novel compiler-assisted scheduling approach (called REIS) able to identify and eliminate redundancies across applications. To achieve this useful high-level optimization, we model each user application as a linear sequence of executable instructions. We show how well-known string-matching algorithms such as the Longest Common Subsequence (LCS) and the Shortest Common Super-sequence (SCS) can be used to produce an optimal merged monolithic sequence of the deployed applications that takes into account embedded scheduling information. We show that our approach can help in achieving about 60% average energy savings in processor usage compared to the normal execution of concurrent applications.

The utilization bound of non-preemptive rate-monotonic scheduling in controller area networks is 25%

Consider a distributed computer system comprising many computer nodes, each interconnected with a controller area network (CAN) bus. We prove that if priorities to message streams are assigned using rate-monotonic (RM) and if the requested capacity of the CAN bus does not exceed 25% then all deadlines are met.

Engineering PROFIBUS networks with heterogeneous transmission media

A significant number of process control and factory automation systems use PROFIBUS as the underlying fieldbus communication network. The process of properly setting up a PROFIBUS network is not a straightforward task. In fact, a number of network parameters must be set for guaranteeing the required levels of timeliness and dependability. Engineering PROFIBUS networks is even more subtle when the network includes various physical segments exhibiting heterogeneous specifications, such as bus speed or frame formats, just to mention a few. In this paper we provide underlying theory and a methodology to guarantee the proper operation of such type of heterogeneous PROFIBUS networks. We additionally show how the methodology can be applied to the practical case of PROFIBUS networks containing simultaneously DP (Decentralised Periphery) and PA (Process Automation) segments, two of the most used commercial-off-the-shelf (COTS) PROFIBUS solutions. The importance of the findings is however not limited to this case. The proposed methodology can be generalised to cover other heterogeneous infrastructures. Hybrid wired/wireless solutions are just an example for which an enormous eagerness exists.

A complex protocol layer as a linux user-space process

With the current complexity of communication protocols, implementing its layers totally in the kernel of the operating system is too cumbersome, and it does not allow use of the capabilities only available in user space processes. However, building protocols as user space processes must not impair the responsiveness of the communication. Therefore, in this paper we present a layer of a communication protocol, which, due to its complexity, was implemented in a user space process. Lower layers of the protocol are, for responsiveness issues, implemented in the kernel. This protocol was developed to support large-scale power-line communication (PLC) with timing requirements.

Automatização de sistemas de inspeção COGNEX

Com um mercado automóvel cada vez mais competitivo e com os construtores automóveis à procura de atingir os zero defeitos nos seus produtos, a Bosch Car Multimédia Portugal S.A, fabricante de sistemas multimédia para o mercado automóvel, tem como objetivo a qualidade perfeita dos seus produtos. Tal perfeição exige processos de fabrico cada vez mais evoluídos e com melhores sistemas de auxílio à montagem. Nesse sentido, a incorporação de sistemas de visão artificial para verificação da montagem correta dos componentes em sistemas multimédia tem vindo a crescer largamente. Os sistemas de inspeção visual da Cognex tornaram-se o standard da Bosch para a verifi-cação da montagem de componentes por serem sistemas bastante completos, fáceis de con-figurar e com um suporte técnico bastante completo. Estes sistemas têm vindo a ser inte-grados em diversas máquinas (postos) de montagem e nunca foi desenvolvida uma ferra-menta normalizada para integração destes sistemas com as máquinas. A ideia principal deste projeto passou por desenvolver um sistema (uma aplicação informá-tica) que permita controlar os indicadores de qualidade destes sistemas de visão, garantir o seguimento dos produtos montados e, ao mesmo tempo, efetuar cópias de segurança de todo o sistema para utilização em caso de avaria ou de troca de equipamento. Tal sistema foi desenvolvido recorrendo à programação de uma Dynamic Link Library (DLL), através da linguagem VisualBasic.NET, que permite às aplicações dos equipamen-tos (máquinas) da Bosch Car Multimédia comunicarem de uma forma universal e transpa-rente com os sistemas de inspeção visual da marca Cognex. Os objetivos a que o autor se propôs no desenvolvimento deste sistema foram na sua maioria alcançados e o projeto encontra-se atualmente implementado e em execução nas linhas de produção da Bosch Car Multimédia.

Desperdícios na cadeia logística no âmbito industrial

Projecto apresentado ao Instituto Politécnico do Porto para obtenção do Grau de Mestre em Logística Orientada por Prof. Doutor Gouveia

Concepção e implementação do time-driven activity based costing numa PME industrial: evidência de um estudo empírico

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Contabilidade e Finanças Orientador: Mestre Paulino Manuel Leite da Silva

Coordination between mid-term maintenance outage decisions and short-term security-constrained scheduling in smart distribution systems

Distribution systems are the first volunteers experiencing the benefits of smart grids. The smart grid concept impacts the internal legislation and standards in grid-connected and isolated distribution systems. Demand side management, the main feature of smart grids, acquires clear meaning in low voltage distribution systems. In these networks, various coordination procedures are required between domestic, commercial and industrial consumers, producers and the system operator. Obviously, the technical basis for bidirectional communication is the prerequisite of developing such a coordination procedure. The main coordination is required when the operator tries to dispatch the producers according to their own preferences without neglecting its inherent responsibility. Maintenance decisions are first determined by generating companies, and then the operator has to check and probably modify them for final approval. In this paper the generation scheduling from the viewpoint of a distribution system operator (DSO) is formulated. The traditional task of the DSO is securing network reliability and quality. The effectiveness of the proposed method is assessed by applying it to a 6-bus and 9-bus distribution system.

Service offloading in adaptive real-time systems

Smartphones and other internet enabled devices are now common on our everyday life, thus unsurprisingly a current trend is to adapt desktop PC applications to execute on them. However, since most of these applications have quality of service (QoS) requirements, their execution on resource-constrained mobile devices presents several challenges. One solution to support more stringent applications is to offload some of the applications’ services to surrogate devices nearby. Therefore, in this paper, we propose an adaptable offloading mechanism which takes into account the QoS requirements of the application being executed (particularly its real-time requirements), whilst allowing offloading services to several surrogate nodes. We also present how the proposed computing model can be implemented in an Android environment