Gerência dinâmica de memória em aplicações Java embarcadas

Esta dissertação apresenta duas implementações de algoritmos para gerência dinâmica de memória em software, as quais foram desenvolvidas utilizando como alvo uma plataforma embarcada Java. Uma vez que a plataforma utilizada pertence a uma metodologia para geração semi-automática de hardware e software para sistemas embarcados, os dois algoritmos implementados foram projetados para serem integrados ao contexto desta mesma metodologia. Como forma de estabelecer comparações detalhadas entre as duas implementações desenvolvidas, foram realizadas diversas estimativas em desempenho, uso de memória, potência e energia para cada implementação, utilizando para isto duas versões existentes da plataforma adotada. Através da análise dos resultados obtidos, observou-se que um dos algoritmos desenvolvidos obteve um desempenho melhor para realização da gerência dinâmica da memória. Em contrapartida, o outro algoritmo possui características de projeto que possibilitam sua utilização com aplicações de tempo-real. De um modo geral, os custos adicionais resultantes da utilização do algoritmo de tempo-real, em relação ao outro algoritmo também implementado, são de aproximadamente 2% para a potência média dissipada, 16% para o número de ciclos executados, 18% para a energia consumida e 10% sobre a quantidade de total memória utilizada. Isto mostra que o custo extra necessário para utilização do algoritmo de tempo real é razoavelmente baixo se comparado aos benefícios proporcionados pela sua utilização. Como impactos finais produzidos por este trabalho, obteve-se um acréscimo de 35% sobre o número total de instruções suportadas pela arquitetura utilizada. Adicionalmente, 12% das instruções que já existiam no conjunto desta arquitetura foram modificadas para se adaptarem aos novos mecanismos implementados. Com isto, o conjunto atual da arquitetura passa a corresponder a 44% do total de instruções existentes na arquitetura da máquina virtual Java. Por último, além das estimativas desenvolvidas, foram também realizadas algumas sugestões para melhoria global dos algoritmos implementados. Em síntese, alguns pontos cobertos por estas sugestões incluem: a migração de elementos do processamento do escopo dinâmico para o estático, o desenvolvimento de mecanismos escaláveis para compactação de memória em tempo-real, a integração de escalonadores ao processo de gerência de memória e a extensão do processo de geração semi-automática de software e hardware para sistemas embarcados.

Arquitetura em hardware para co-processamento de tarefas em sistema operacional tempo real

Os sistemas operacionais de tempo real, assim como os sistemas embarcados, estão inseridos no desenvolvimento de projetos de automação industrial segmentado em diversas áreas de pesquisa como, por exemplo, robótica, telecomunicações, e barramentos industriais. As aplicações de sistemas modernos de controle e automação necessitam de alta confiabilidade, velocidade de comunicação, além de, determinismo temporal. Sistemas operacionais de tempo real (SOTR) têm-se apresentado como uma solução confiável quando aplicadas em sistemas que se fundamentam no cumprimento de requisitos temporais. Além disso, o desempenho computacional é totalmente dependente da capacidade operacional da unidade de processamento. Em um sistema monoprocessado, parte da capacidade computacional da unidade de processamento é utilizada em atividades administrativas, como por exemplo, processos de chaveamento e salvamento de contexto. Em decorrência disto, surge a sobrecarga computacional como fator preponderante para o desempenho do sistema. Este trabalho tem por objetivo, analisar e fornecer uma arquitetura alternativa para realizar o co-processamento de tarefas em uma plataforma IBM-PC, aumentando a capacidade computacional do microprocessador principal. No presente trabalho, a plataforma de coprocessamento realiza a execução do algoritmo de escalonamento do sistema operacional, desta forma distribuiu-se o gerenciamento temporal das tarefas entre a plataforma IBM-PC e a unidade de co-processamento.

Redes-em-chip de baixo custo

Com as recentes tecnologias de fabricação é possível integrar milhões de transistores em um único chip, permitindo a criação dos chamados System-on-Chip (SoCs), que integram em um único chip um grande número de componentes (tipicamente blocos reutilizáveis conhecidos por núcleos). Quanto mais complexos forem estes sistemas, melhores técnicas de projeto serão necessárias para também reduzir o tempo e custo do projeto. Uma destas técnicas, chamada de Network-on-Chip (NoC), permite melhorar a performance da comunicação entre os núcleos e, ao mesmo tempo, fornecer uma plataforma de comunicação escalável e que pode ser reutilizada para um grande número de sistemas. Uma NoC pode ser definida como uma estrutura de roteadores e canais ponto-a-ponto que interconectam os núcleos de um sistema, provendo o suporte de comunicação entre eles. Os dados são transmitidos pela rede na forma de mensagens, que podem ser divididas em unidades menores chamadas de pacote. Uma das desvantagens desta plataforma de comunicação é o impacto na área do sistema causado pelos roteadores. Dentro deste contexto, este trabalho apresenta uma arquitetura de roteador de baixo custo, com o objetivo de permitir o uso de NoCs em sistemas onde a área do roteador representará um grande impacto no custo do sistema. A arquitetura deste roteador, chamado de Tonga, é baseada em um roteador chamado RASoC, um soft-core para SoCs. Nesta dissertação será apresentada também uma rede heterogênea, baseada na rede SoCIN, e composta por dois tipos de roteadores – RASoC e Tonga. Estes roteadores visam diferentes objetivos: Rasoc alcança uma maior performance comparada ao Tonga, mas ocupa área consideravelmente maior. Potencialmente, uma NoC heterogênea otimizada pode ser desenvolvida combinando estes roteadores, procurando o melhor compromisso entre área e latência. Os modelos desenvolvidos permitem a estimativa de área e do desempenho das arquiteturas de comunicação propostas e são apresentados resultados de performance para algumas aplicações.

Ação docente, formação continuada e inclusão escolar

A investigação da temática ação docente, formação continuada e inclusão escolar teve como objeto a busca de compreensão das relações entre a formação continuada e um plano geral de ação – projeto político-pedagógico – em um sistema de ensino, além de focalizar e analisar as singularidades necessárias a propostas de formação que se associem à educação inclusiva. O cenário específico investigado foi uma experiência com a formação interativa individualizada, vivida sob a forma de cursos de formação continuada para educadores da Rede Municipal de Ensino de Porto Alegre/RS. Nesse sentido, foram analisados os registros dessa experiência de formação que envolveu 37 escolas e 133 docentes. As questões que orientaram a investigação deram prioridade à análise dos processos vividos nestes cursos, à consideração da complexidade que caracterizou as influências mútuas entre a formação continuada de educadores e o desenvolvimento dos processos inclusivos na referida Rede de Ensino, aos aspectos que constituem o continuun entre a formação continuada e as políticas educacionais, e à identificação das especificidades da formação interativa individualizada como dispositivo de formação continuada. O universo teórico que deu suporte à investigação foi a articulação entre o pensamento sistêmico e a pedagogia institucional, tendo-se caracterizado a educação e os processos formativos a partir de uma perspectiva transdisciplinar. Esta perspectiva valorizou o aspecto associado à inovação, tanto no que se refere à ação criadora por parte dos sujeitos em processos formativos, quanto ao que se refere à pluralidade temática para a compreensão das relações que constituem a complexidade dos fenômenos ligados à mudança da prática pedagógica e às políticas públicas educacionais em um contexto de educação inclusiva. No plano metodológico, a investigação orientou-se pelos pressupostos da pesquisa qualitativa em educação, caracterizados pela consideração da implicação dos sujeitos envolvidos, pela valorização dos significados pessoais atribuídos às análises e pela diversidade de instrumentos. A análise dos documentos relativos ao curso envolveu os relatórios elaborados pelos docentes em formação, os diários de campo dos tutores que acompanharam a experiência e os materiais resultantes do trabalho desenvolvido nas escolas. Houve, também, a realização de entrevistas semi-estruturadas com docentes participantes e gestores, as quais foram relevantes para o desenvolvimento da investigação, na busca dos possíveis desdobramentos posteriores à experiência formativa Foram entrevistados 14 professores e quatro gestores. O presente estudo caracterizou ambigüidades presentes nas ações dos gestores e docentes relativamente aos processos inclusivos que se constituem no movimento de ressignificação das escolas comuns e especiais, de modo concomitante às ações que visam à inclusão escolar; e identificou movimentos de continuidades, descontinuidades e/ou e rupturas que constituem o continuum na formação continuada dos docentes e na relação desta com as políticas públicas educacionais. Identificou, ainda, que a formação interativa individualizada tornou-se uma experiência de formação e uma oportunidade de investigação, pois, ativou movimentos de mudanças operados pelos sujeitos de modo associado à análise da inserção destes em seus contextos, implicando-os com ações posteriores. A modalidade semi-presencial e a estrutura teórico-prática desta proposta favoreceram: o desenvolvimento de uma postura participativa; a emergência de uma percepção qualitativamente diferenciada em relação aos objetivos mais amplos da educação inclusiva para os envolvidos; e as análises, no sentido de considerar a contextualização dos processos formativos, ampliando a complexidade das compreensões. Tais especificidades permitem considerar que esta é uma proposta de formação voltada para a educabilidade dos sujeitos, de modo articulado com seu contexto de trabalho, que proporcionou ampliar a conscientização sobre os processos instituídos e instituintes, tornando-se um espaço de sistematização das próprias reflexões e de ativação de um processo de criação de oportunidades para ampliar o próprio trabalho e as relações de colaboração com os colegas.

Avaliação crítica de uma experiência de uso de um ambiente virtual de ensino

Com os ambientes de suporte à Educação a Distância baseados na Internet foram introduzidas novas possibilidades à educação. Ambientes de Educação a Distância possuem ferramentas de comunicação projetadas para facilitarem tanto a interação como a sua análise. Diversas inovações tecnológicas foram desenvolvidas ao longo dos anos e estão sendo incorporadas ao processo educacional. Porém os benefícios, trazidos pela tecnologia, dependerão da forma na qual os ambientes forem construídos e utilizados. Com este cenário em mente, a importância da escolha do ambiente virtual de ensino a ser utilizado é fundamental. Desta forma, o presente trabalho introduz o embasamento teórico dos diversos aspectos da Educação a Distância, com o uso de novas tecnologias, como a internet. Pesquisa vários ambientes virtuais de ensino, fazendo um levantamento sobre suas funcionalidades e características. Também serão apresentadas as funcionalidades desejáveis para apoiar o professor, o aluno e o administrador do sistema no uso do ambiente, em relação a ferramentas para construção e manutenção do curso e ferramentas para interação entre seus participantes. Em seguida, relata uma experiência de uso de alguns dos ambientes virtuais de ensino pesquisados, gerando uma comparação entre os mesmos, onde procura destacar as funcionalidades dos ambientes no que diz respeito às suas ferramentas de interação, classificando as metodologias e funções utilizadas.

T&D-bench : explorando o espaço de projeto de processadores em ensino e em pesquisa

Uma metodologia de modelagem para a exploração do espaço de projeto de processadores é apresentada. A exploração do espaço de projeto constitui uma das etapas do fluxo de projeto dos atuais processadores de alto desempenho e de sistemas embarcados, que auxilia os projetistas no tratamento da complexidade inerente ao processo contemporâneo de projeto de sistemas computacionais. A principal característica desta metodologia é um processo de modelagem simples e rápido. Isso é obtido através da disponibilização dos recursos de modelagem em camadas com propósitos e níveis de complexidade de uso diferenciados e da limitação do número de elementos (palavras-chave, classes e métodos) que devem ser conhecidos pelo projetista para o acesso a estes recursos, independentemente da camada na qual eles se encontram. A única exigência para o uso de tais recursos são conhecimentos que estudantes de Computação adquirem ao longo dos seus cursos da área de Computação e Informática. Outras características da metodologia de modelagem incluem: recursos específicos e distintos para a descrição da organização, da arquitetura e de aspectos temporais do processador; um estilo de descrição estrutural de alto nível da organização; a possibilidade de uso de recursos gráficos em tempo de modelagem e em tempo de simulação; e a existência de informações nos modelos que podem ser usadas para a tradução das descrições para uma Hardware Description Language Todas estas características constituem um conjunto de soluções de modelagem e simulação de processadores que não é encontrado em outros ambientes usados na exploração do espaço de projeto, baseados em Architecture Description Languages, Hardware Description Languages e ferramentas de simulação. Além disso, os modelos de processadores, desenvolvidos com esta metodologia, fornecem os recursos para a aceleração do aprendizado de conteúdos de arquitetura de computadores que só são encontrados em simuladores para ensino. Uma infra-estrutura de software que implementa a metodologia de modelagem foi desenvolvida e está disponível. Ela foi usada no ensino e no contexto da pesquisa para a modelagem e simulação de diversos processadores. Uma comparação com a metodologia de modelagem de uma Architecture Description Language demonstra a simplicidade e a rapidez do processo de modelagem previsto na metodologia apresentada.

Capturando aspectos da auto-eficácia do aluno através de um agente inteligente

Esta tese está inserida no trabalho desenvolvido pelo Grupo de Pesquisa de Inteligência Artificial (GIA) da UFRGS, sob a orientação da Professora. Dra. Rosa Maria Vicari e situa-se na área da Inteligência Artificial, com aplicações na Educação a Distância. As principais áreas onde este trabalho de Pesquisa se situa são: Sistemas Tutores Inteligentes, Sistemas Multiagente e Psicologia Social Cognitiva. Dentro desse contexto, o objetivo principal desta pesquisa é a modelagem computacional de aspectos da auto-eficácia de alunos realizando cursos on-line, tomando-se por base o trabalho de Bandura, cuja natureza engloba a cognição e afetividade. Este autor define como Auto-Eficácia "a crença do indivíduo sobre as suas capacidades de exercer controle sobre acontecimentos que afetam a sua vida" e “a crença nas suas capacidades para mobilizar motivação, recursos cognitivos e implementar ações que lhe permitam exercer controle sobre tarefas exigidas". Esta tese propõe um agente capaz de perceber e monitorar os aspectos da autoeficácia do aluno, denominado agente Mediador da Auto-Eficácia (MAE), e prover o modelo do aluno com esta nova variável. O senso de auto-eficácia consiste em crenças, que são processos cognitivos do indivíduo sobre suas capacidades. É em função das crenças de auto-eficácia que ocorrerão as escolhas, a direção e a persistência nos comportamentos de aprendizagem por parte do aluno. Nesse contexto, acredita-se que o desenvolvimento do senso de auto-eficácia do aluno poderá lhe conferir a força motivacional para elaborar sua aprendizagem. O agente MAE monitora o comportamento do aluno através de uma máquina de inferência fuzzy das relações entre as variáveis esforço, persistência e desempenho e aciona um sistema de feedback através do agente pedagógico animado (PAT). O feedback realizado pelo agente pedagógico animado apresenta ao aluno comportamentos verbais e físicos afetivos. O agente MAE está inserido no ambiente InteliWeb, que oferece um material instrucional de Biociências e foi implementado com Servlets e páginas JSP. A maior contribuição desta tese está na agregação de aspectos da auto-eficácia no modelo de aluno envolvido em situações de ensino aprendizagem de alunos, avançando dentro da perspectiva de pesquisa do GIA, assim como o desenvolvimento do InteliWeb com a inserção do agente MAE e sua máquina de inferência fuzzy.

Uma extensão do protocolo CAN para aplicações críticas em sistemas distribuídos

Sistemas computacionais de tempo-real são tipicamente construídos a partir de primitivas de sincronização que fornecem uma noção do tempo no objetivo de coordenar a execução múltiplos fluxos de instruções em um processador. Quando o processamento é centralizado, a base de tempo destas primitivas é extraída do oscilador local da plataforma, permitindo que as ações do sistema sejam devidamente ordenadas, respeitando restrições de tempo e causalidade. No entanto, em sistemas distribuídos o problema não pode ser resolvido desta forma em decorrência de imperfeições nos dispositivos físicos. Diferenças mínimas na freqüência de osciladores fazem com que as bases de tempo dos componentes divirjam cada vez mais ao longo do tempo, dificultando ou até mesmo impossibilitando um ordenamento consistente de eventos. Por esta razão, sincronização de relógios é um serviço de fundamental importância, sobretudo em aplicações críticas, onde os níveis de confiabilidade exigidos são mais elevados. O presente trabalho consiste na proposta e implementação de uma plataforma de comunicação otimizada para sistemas de controle distribuídos, caracterizados por uma alta regularidade no comportamento da comunicação. O objetivo é propor uma solução em baixo nível com suporte para o projeto de sistemas distribuídos no domínio de aplicações críticas. A plataforma proposta, à qual foi atribuído o nome CASCA, sigla para “Communication Architecture for Safety- Critical Applications”, é de fato uma extensão time-triggered do protocolo CAN. Acima da camada de enlace do protocolo original foram projetados mecanismos sincronização de relógios e criação inicial da base de tempo, implementados na forma de uma combinação de hardware e software. Principais características da plataforma são jitter mínimo, uma base de tempo global essencialmente distribuída e particionamento temporal. Diferentes alternativas de projeto foram consideradas, observando com maior atenção a viabilidade de prototipação em dispositivos FPGA para fins de validação e aplicação imediata em plataformas reconfiguráveis. Como forma de validação da plataforma, um sistema elementar formado por três nodos foi sintetizado com sucesso em bancada obtendo-se como resultado uma base de tempo essencialmente distribuída com precisão menor do que um micro-segundo.