Conceção de um tutorial de Iniciação ao co-projeto de Hardware/software

A crescente evolução dos dispositivos contendo circuitos integrados, em especial os FPGAs (Field Programmable Logic Arrays) e atualmente os System on a chip (SoCs) baseados em FPGAs, juntamente com a evolução das ferramentas, tem deixado um espaço entre o lançamento e a produção de materiais didáticos que auxiliem os engenheiros no Co- Projecto de hardware/software a partir dessas tecnologias. Com o intuito de auxiliar na redução desse intervalo temporal, o presente trabalho apresenta o desenvolvimento de documentos (tutoriais) direcionados a duas tecnologias recentes: a ferramenta de desenvolvimento de hardware/software VIVADO; e o SoC Zynq-7000, Z-7010, ambos desenvolvidos pela Xilinx. Os documentos produzidos são baseados num projeto básico totalmente implementado em lógica programável e do mesmo projeto implementado através do processador programável embarcado, para que seja possível avaliar o fluxo de projeto da ferramenta para um projeto totalmente implementado em hardware e o fluxo de projeto para o mesmo projeto implementado numa estrutura de harware/software.

Produção de hidrogénio por fotoeletrólise da água – aproveitamento do subproduto oxigénio

A noção de Economia relativa ao Hidrogénio no vocabulário dos líderes políticos e empresariais tem vindo a mudar sobretudo pela preocupação da poluição global, segurança energética e mudanças climáticas, para além do crescente domínio técnico dos cientistas e engenheiros. O interesse neste composto, que é o elemento mais simples e abundante no universo, está a crescer, devido aos avanços tecnológicos das células de combustível – as potenciais sucessoras das baterias dos aparelhos portáteis eletrónicos, centrais elétricas e motores de combustão interna. Existem métodos já bem desenvolvidos para produzir o hidrogénio. Contudo, destacase a eletrólise da água, não só por ser um método simples mas porque pode utilizar recursos energéticos renováveis, tais como, o vento ou os painéis fotovoltaicos, e aumentar a sua eficiência. Os desafios para melhorar a utilização deste método consistem em reduzir o consumo, a manutenção e os custos energéticos e aumentar a confiança, a durabilidade e a segurança. Mais ainda, consistem em rentabilizar o subproduto oxigénio pois é um gás industrial e medicinal muito importante. Neste trabalho, estudou-se a viabilidade económica da instalação de uma unidade de produção de hidrogénio e oxigénio puros por eletrólise da água, utilizando como fonte energética a energia solar, na empresa Gasoxmed – Gases Medicinais S.A., pretendendo num futuro próximo, comercializar o hidrogénio como fonte de energia, e por outro lado, aproveitar o subproduto oxigénio para utilização industrial. Projetou-se assim uma unidade utilizando um eletrolisador da marca Proton, modelo C30, com capacidade de produção gasosa de 3 kg/h (30 m3/h) de hidrogénio e 20 kg/h (15 m3/h) de oxigénio. Os gases produzidos são comprimidos num compressor da marca RIX a 200 bares para posterior armazenamento em cilindros pressurizados. Dimensionou-se ainda um sistema de miniprodução fotovoltaico com potência 250 kW para alimentar eletricamente a instalação. A realização do projeto na nova área de produção necessitará de 1.713.963€, os quais serão adquiridos por empréstimo bancário. Definiram-se todos os custos fixos associados ao projeto que perfazem um total de 62.554€/mês para os primeiros 5 anos (duração do crédito bancário) findo o qual diminuirão para 21.204€/mês. Da comercialização do hidrogénio, do oxigénio industrial e da eletricidade produzida no sistema de miniprodução de 250 kW, prevê-se um lucro mensal de 117.925€, perfazendo assim um total líquido mensal positivo de 55.371€ durante os primeiros 5 anos e a partir daí de 96.721€/mês, resultando uma amortização do investimento inicial no final do 3º ano.

CoS: a new perspective of operating systems design for the cyber-physical world

Our day-to-day life is dependent on several embedded devices, and in the near future, many more objects will have computation and communication capabilities enabling an Internet of Things. Correspondingly, with an increase in the interaction of these devices around us, developing novel applications is set to become challenging with current software infrastructures. In this paper, we argue that a new paradigm for operating systems needs to be conceptualized to provide aconducive base for application development on Cyber-physical systems. We demonstrate its need and importance using a few use-case scenarios and provide the design principles behind, and an architecture of a co-operating system or CoS that can serve as an example of this new paradigm.

Criação de uma Framework Modular Vocacionada para o Desenvolvimento de Videojogos

Os videojogos são cada vez mais uma das maiores áreas da indústria de entretenimento, tendo esta vindo a expandir-se de ano para ano. Para além disso, os videojogos estão cada vez mais presentes no nosso dia-adia, quer através dos dispositivos móveis ou das novas consolas. Com base nesta premissa, é seguro de afirmar que o investimento neste campo trará mais ganhos do que perdas. Esta Dissertação tem como objetivo o estudo do estado da indústria dos videojogos, tendo como principal foco a conceção de um videojogo, a partir duma Framework Modular, desenvolvida também no âmbito desta Dissertação. Para isso, é feito um estudo sobre o estado da arte tecnológico, onde várias ferramentas de criação de videojogos foram estudadas e analisadas, de forma a perceber as forças e fraquezas de cada uma, e um estudo sobre a arte do negócio, ficando assim com uma ideia mais concreta dos vários pontos necessários para a criação de um videojogo. De seguida são discutidos os diferentes géneros de videojogos existentes e é conceptualizado um pequeno videojogo, tendo ainda em conta os diferentes tipos de interfaces que são mais utilizados na indústria dos videojogos, de forma a entender qual será a forma mais viável, conforme o género, e as diferentes mecânicas presentes no videojogo a criar. A Framework Modular é desenvolvida tendo em conta toda a análise previamente realizada, e o videojogo conceptualizado. Esta tem como grande objetivo uma elevada personalização e manutenibilidade, sendo que todos os módulos implementados podem ser substituídos por outros sem criar conflitos entre si. Finalmente, de forma a unir todos os temas analisados ao longo desta Dissertação, é ainda desenvolvido um Protótipo de forma a comprovar o bom funcionamento da Framework, aplicando todas as decisões previamente feitas.

Real-time fault injection using enhanced on-chip debug infrastructures

The rapid increase in the use of microprocessor-based systems in critical areas, where failures imply risks to human lives, to the environment or to expensive equipment, significantly increased the need for dependable systems, able to detect, tolerate and eventually correct faults. The verification and validation of such systems is frequently performed via fault injection, using various forms and techniques. However, as electronic devices get smaller and more complex, controllability and observability issues, and sometimes real time constraints, make it harder to apply most conventional fault injection techniques. This paper proposes a fault injection environment and a scalable methodology to assist the execution of real-time fault injection campaigns, providing enhanced performance and capabilities. Our proposed solutions are based on the use of common and customized on-chip debug (OCD) mechanisms, present in many modern electronic devices, with the main objective of enabling the insertion of faults in microprocessor memory elements with minimum delay and intrusiveness. Different configurations were implemented starting from basic Components Off-The-Shelf (COTS) microprocessors, equipped with real-time OCD infrastructures, to improved solutions based on modified interfaces, and dedicated OCD circuitry that enhance fault injection capabilities and performance. All methodologies and configurations were evaluated and compared concerning performance gain and silicon overhead.

Towards network-on-chip agreement protocols

Demands for functionality enhancements, cost reductions and power savings clearly suggest the introduction of multiand many-core platforms in real-time embedded systems. However, when compared to uni-core platforms, the manycores experience additional problems, namely the lack of scalable coherence mechanisms and the necessity to perform migrations. These problems have to be addressed before such systems can be considered for integration into the realtime embedded domain. We have devised several agreement protocols which solve some of the aforementioned issues. The protocols allow the applications to plan and organise their future executions both temporally and spatially (i.e. when and where the next job will be executed). Decisions can be driven by several factors, e.g. load balancing, energy savings and thermal issues. All presented protocols are analytically described, with the particular emphasis on their respective real-time behaviours and worst-case performance. The underlying assumptions are based on the multi-kernel model and the message-passing paradigm, which constitutes the communication between the interacting instances.

A comparative analysis of fault injection methods via enhanced on-chip debug infrastructures

On-chip debug (OCD) features are frequently available in modern microprocessors. Their contribution to shorten the time-to-market justifies the industry investment in this area, where a number of competing or complementary proposals are available or under development, e.g. NEXUS, CJTAG, IJTAG. The controllability and observability features provided by OCD infrastructures provide a valuable toolbox that can be used well beyond the debugging arena, improving the return on investment rate by diluting its cost across a wider spectrum of application areas. This paper discusses the use of OCD features for validating fault tolerant architectures, and in particular the efficiency of various fault injection methods provided by enhanced OCD infrastructures. The reference data for our comparative study was captured on a workbench comprising the 32-bit Freescale MPC-565 microprocessor, an iSYSTEM IC3000 debugger (iTracePro version) and the Winidea 2005 debugging package. All enhanced OCD infrastructures were implemented in VHDL and the results were obtained by simulation within the same fault injection environment. The focus of this paper is on the comparative analysis of the experimental results obtained for various OCD configurations and debugging scenarios.

Using NEXUS compliant debuggers for real time fault injection on microprocessors

As electronic devices get smaller and more complex, dependability assurance is becoming fundamental for many mission critical computer based systems. This paper presents a case study on the possibility of using the on-chip debug infrastructures present in most current microprocessors to execute real time fault injection campaigns. The proposed methodology is based on a debugger customized for fault injection and designed for maximum flexibility, and consists of injecting bit-flip type faults on memory elements without modifying or halting the target application. The debugger design is easily portable and applicable to different architectures, providing a flexible and efficient mechanism for verifying and validating fault tolerant components.

Sensors on mobile devices for AAL

Com o envelhecimento da população, as preocupações com a garantia do seu bem-estar aumentam criando a necessidade de desenvolver ferramentas que permitam monitorizar em permanência este sector da população. A utilização de smartphones pelos mais velhos pode ser crucial no seu bem-estar e na sua autonomia contribuindo para a recolha de informação importante já que estes estão muitas vezes equipados com sensores que podem dar indicações preciosas ao cuidador sobre o estado atual do paciente. Os sensores podem fornecer dados sobre a atividade física do paciente, bem como detetar quedas ou calcular a sua posição, com a ajuda do acelerómetro, do giroscópio e do sensor de campo magnético. No entanto, funcionalidades como essas requerem, obrigatoriamente, uma frequência de amostragem mínima por parte dos sensores que permita a implementação de algoritmos, que determinarão esses parâmetros da forma mais exata possível. Dado que nem sempre os pacientes se fazem acompanhar do seu smartphone quando estão na sua residência, a criação de ambientes de AAL (Ambient Assisted Living) com recurso a dispositivos externos que podem ser “vestidos” pelos pacientes pode também ser uma solução adequada. Estes contêm normalmente os mesmos sensores que os smartphones e comunicam com estes através de tecnologias sem fios, como é o caso do Bluetooth Low Energy. Neste trabalho, avaliou-se a possibilidade de alteração da frequência dos sensores em diferentes sistemas operativos, tendo sido efectuadas modificações nas instalações por defeito de alguns sistemas operativos abertos. Com o objectivo de permitir a criação de uma solução de AAL com recurso a um dispositivo externo implementaram-se serviços e perfis num dispositivo externo, o SensorTag.

Creating and optimizing client-server applications on mobile devices

Mobile devices are embedded systems with very limited capacities that need to be considered when developing a client-server application, mainly due to technical, ergonomic and economic implications to the mobile user. With the increasing popularity of mobile computing, many developers have faced problems due to low performance of devices. In this paper, we discuss how to optimize and create client-server applications for in wireless/mobile environments, presenting techniques to improve overall performance.

Partitioning the Network-on-Chip to Enable Virtualization on Many-Core Processors

6th International Real-Time Scheduling Open Problems Seminar (RTSOPS 2015), Lund, Sweden.

A study on dynamic state information (DSI) around users for safe urban life

To select each node by devices and by contexts in urban computing, users have to put their plan information and their requests into a computing environment (ex. PDA, Smart Devices, Laptops, etc.) in advance and they will try to keep the optimized states between users and the computing environment. However, because of bad contexts, users may get the wrong decision, so, one of the users’ demands may be requesting the good server which has higher security. To take this issue, we define the structure of Dynamic State Information (DSI) which takes a process about security including the relevant factors in sending/receiving contexts, which select the best during user movement with server quality and security states from DSI. Finally, whenever some information changes, users and devices get the notices including security factors, then an automatic reaction can be possible; therefore all users can safely use all devices in urban computing.

Intelligent supervisory control system for home devices using a cyber physical approach

Although we have many electric devices at home, there are just few systems to evaluate, monitor and control them. Sometimes users go out and leave their electric devices turned on what can cause energy wasting and dangerous situations. Therefore most of the users may want to know the using states of their electrical appliances through their mobile devices in a pervasive way. In this paper, we propose an Intelligent Supervisory Control System to evaluate, monitor and control the use of electric devices in home, from outside. Because of the transferring data to evaluate, monitor and control user's location and state of home (ex. nobody at home) may be opened to attacks leading to dangerous situations. In our model we include a location privacy module and encryption module to provide security to user location and data. Intelligent Supervising Control System gives to the user the ability to manage electricity loads by means of a multi-agent system involving evaluation, monitoring, control and energy resource agents.

Contexts-management strategy in considering the security in urban computing based on urban design

Urban Computing (UrC) provides users with the situation-proper information by considering context of users, devices, and social and physical environment in urban life. With social network services, UrC makes it possible for people with common interests to organize a virtual-society through exchange of context information among them. In these cases, people and personal devices are vulnerable to fake and misleading context information which is transferred from unauthorized and unauthenticated servers by attackers. So called smart devices which run automatically on some context events are more vulnerable if they are not prepared for attacks. In this paper, we illustrate some UrC service scenarios, and show important context information, possible threats, protection method, and secure context management for people.

Safety high accuracy Context-Aware Matrix (CAM) making based on X.509 proxy certificate

Human Computer Interaction (HCl) is to interaction between computers and each person. And context-aware (CA) is very important one of HCI composition. In particular, if there are sequential or continuous tasks between users and devices, among users, and among devices etc, it is important to decide the next action using right CA. And to take perfect decision we have to get together all CA into a structure. We define that structure is Context-Aware Matrix (CAM) in this article. However to make exact decision is too hard for some problems like low accuracy, overhead and bad context by attacker etc. Many researcher has been studying to solve these problems. Moreover, still it has weak point HCI using in safety. In this Article, we propose CAM making include best selecting Server in each area. As a result, moving users could be taken the best way.