Manipulação simultânea de objetos em ambientes virtuais imersivos

Este trabalho trata do suporte à interação simultânea de mais de um usuário, sobre um mesmo objeto, em Ambientes Virtuais Colaborativos. Este suporte é obtido através do conceito de Metáfora Colaborativa e da arquitetura que materializa este conceito. Primeiramente, abordam-se os aspectos referentes às formas de interação usadas em ambientes virtuais imersivos monousuários. São apresentadas algumas técnicas interativas consideradas relevantes ao desenvolvimento do trabalho. No que diz respeito aos Ambientes Virtuais Colaborativos propriamente ditos apresentam-se suas principais características incluindo as semelhanças com os ambientes tradicionais de suporte computadorizado ao trabalho cooperativo. São abordados tanto aspectos referentes às facilidades providas por estes ambientes, quanto ao seu projeto e arquitetura. As principais abordagens existentes para suportar a interação entre usuários em ambientes virtuais colaborativos são apresentadas e é feita uma análise da execução de tarefas colaborativas em ambientes imersivos apontando-se as principais dificuldades existentes nos sistemas atuais. A partir deste embasamento, faz-se o desenvolvimento da chamada Metáfora Colaborativa, que se constitui em um conjunto de regras que permitem combinar técnicas interativas comumente usadas na interação individual em ambientes virtuais imersivos. Esta combinação é baseada na definição de quais graus de liberdade cada usuário irá controlar durante a manipulação simultânea de um objeto. Para possibilitar a combinação das técnicas individuais na implementação de ambientes virtuais colaborativos, foi definida uma arquitetura que prevê sistemas de controle local sobre cada ambiente e a combinação dos comandos aplicados sobre os objetos. Com o objetivo de avaliar a Metáfora Colaborativa, foram modeladas e implementadas diversas técnicas de interação colaborativa e sua eficiência foi aferida através de tarefas. Foi definido um protocolo de testes aplicado a trinta duplas de usuários, comparando seu desempenho individual e colaborativo na execução das tarefas.

Descrição e geração de ambientes para simulações com sistemas multiagentes

Este trabalho situa-se na área de Sistemas Multiagente, que é uma sub-área da Inteligência Artificial Distribuída. Em particular, o problema abordado nesta dissertação é o da modelagem de ambientes, um aspecto importante na criação de simulações baseadas em sociedades de agentes cognitivos, no entanto pouco tratado na literatura da área. A principal contribuição deste trabalho é a concepção de uma linguagem, chamada ELMS, própria para a definição de ambientes multiagente, e a implementação de um protótipo de interpretador para esta linguagem. O resultado da interpretação é um processo que simula o ambiente descrito em alto nível, e é apropriado para a interação com os agentes cognitivos que irão compartilhar o ambiente. Esta linguagem foi desenvolvida no contexto do projeto MASSOC, que tem como objetivo a criação de simulações sociais com agentes cognitivos. A abordagem deste projeto dá ênfase ao uso da arquitetura BDI para agentes cognitivos, a comunicação inter-agente de alto nível (ou seja, baseada em atos de fala) e a modelagem de ambientes com a linguagem ELMS, que é proposta neste trabalho. Os ambientes e agentes que podem ser usados na criação de simulaçõpes, bem como a comunicação entre eles utilizando a ferramenta SACI, são definidos ou gerenciados a partir de uma interface gráfica, que facilita a criação e controle de simulações com a plataforma MASSOC. Além de apresentar a linguagem ELMS e seu interpretador, esta dissertação menciona ainda, como breve estudo de caso, uma simulação de aspectos sociais do crescimento urbano. Esta simulação social auxiliou na concepção e avaliação da linguagem ELMS.

Navegação exploratória baseada em problemas de valores de contorno

Este trabalho apresenta e discute uma estratégia e discute uma estratégia inédita para o problema de exploração e mapeamento de ambientes desconhecidos usandoo robô NOMAD 200. Esta estratégia tem como base a solução numéricqa de problemas de valores de contorno (PVC) e corresponde ao núcleo da arquitetura de controle do robô. Esta arquitetura é similar à arquitetura blackboard, comumente conhecida no campo da Inteligência Artificial, e é responsável pelo controle e gerenciamento das tarefas realizadas pelo robô através de um programa cleinte. Estas tarefas podem ser a exploração e o mapeamento de um ambiente desconhecido, o planejamento de caminhos baseado em um mapa previamente conhecido ou localização de um objeto no ambiente. Uma características marcante e importante é que embora estas tarefas pareçam diferentes, elas têm em comum o mesmo princípio: solução de problemas de valores de contorno. Para dar sustentabilidade a nossa proposta, a validamos através de inúmeros experimentos, realizados e simulação e diretamente no robô NOMAD 200, em diversos tipos de ambientes internos. Os ambientes testados variam desde labirintos formados por paredes ortogonais entre si até ambientes esparsos. Juntamente com isso, introduzimos ao longo do desenvolvimento desta tese uma série de melhorias que lidam com aspectos relacionados ao tempo de processamento do campo potencial oriundo do PVC e os ruídos inseridos na leitura dos sensores. Além disso, apresentamos um conjunto de idéias para trabalhos futuros.

A iluminação natural em hotelaria de lazer : estudo de caso de um hotel hidrotermal no Paraná

A busca da solução ideal entre os fenômenos naturais para conforto na habitação de um modo geral e na hotelaria de lazer de forma especifica, constitui um desafio para profissionais e proprietários desse tipo de edificações. As variáveis e condicionantes da região de localização do prédio e o domínio no assunto, tem levado alguns profissionais da área a acreditar que podem alterar o espaço em que o homem vive modificando o comportamento do meio (Enarch, 1983). Estudos específicos na área de conforto ambiental mostram, que a utilização correta dos meios em uso na aplicação da energia disponível e que a correta implantação da obra no sitio podem reduzir consideravelmente o consumo energético, proporcionando o necessário conforto e bem estar ao usuário.O Estudo que aqui é apresentado se propôs de forma sucinta, a traçar um rápido panorama da historia da hotelaria de lazer, desde tempos antigos, com o inicio das primeiras jornadas romanas, até os dias de hoje, procurando identificar quais os critérios adotados para aproveitamento de iluminação e ventilação natural na arquitetura de hotéis de lazer Na seqüência situou-se a história da hotelaria de lazer no Brasil. No terceiro capitulo foram abordados, alguns exemplos significativos da arquitetura brasileira na década de 50, que influenciaram a primeira manifestação da arquitetura de hotel voltado ao bem estar, no Paraná. No quarto capitulo é apresentada a primeira e discreta participação do exemplo paranaense, com a adoção de alguns aspectos, no que se refere ao aproveitamento natural da iluminação e ventilação natural.O estudo de caso, finalmente buscou encontrar traços referenciais, do hotel tomado como objeto da pesquisa, procurando identificar, os critérios adotados quando presentes, para redução de consumo de energia e para conforto ambiental na hotelaria de lazer apresentada.

Exoesqueletos : no modernismo brasileiro nas décadas de 40 e 50 do século XX

Este trabalho tem como objetivo a análise de um conjunto de obras de filiação modernista brasileira, que têm como elemento comum a estrutura exposta. O período delimitado inicia em 1941 e termina em 1957, antes de Brasília, sempre considerando as datas dos projetos. Este é um período de afirmação da arquitetura brasileira. Situando os exemplares neste contexto, foram formuladas as hipóteses de vínculos conceituais com os movimentos artísticos e vertentes arquitetônicas da época no panorama internacional, da mesma forma que foram investigadas, internamente, no país, como se articularam as novas idéias. Num quadro amplo, a valorizada produção arquitetônica nacional destas décadas, repercutiu em todo o mundo. Fartamente publicada por revistas estrangeiras, no início dos anos 50, a arquitetura brasileira passa a gerar influência nos rumos do modernismo internacional. Afirmando-se através de uma linha tectônica do modernismo, com origem no racionalismo estrutural e eminentemente corbusiana, toma seu próprio caminho com base na cultura e possibilidades tecnológicas locais. Os edifícios com estruturas externas, como um exoesqueleto, contribuem para a consolidação da identidade arquitetônica brasileira. Nos exemplos aqui apresentados, de autoria de Oscar Niemeyer, Affonso Eduardo Reidy e Lina Bo Bardi, de temas diversos, foram investigados os débitos e contribuições de cada projeto aos seus referenciais e à produção subseqüente. O texto escrito está acompanhado de muitas ilustrações, que são parte importante do trabalho, integram o todo e é material fundamental para o entendimento e conclusões do leitor.

A significação da identidade visual corporativa na contemporaneidade

A identidade visual corporativa é o resultado de um sistema organizado de ações e planejamentos com o objetivo de apresentar uma organização ou evento para o seus públicos internos e externos. Registra-se na sua breve história mudanças fundamentais na forma de pensar, criar e implantar estes programas. Este trabalho busca elucidar algumas destas mudanças e trocas de paradigmas com o objetivo de tornar a prática do Design de Identidades Visuais Corporativas uma atividade mais consciente e rica, possibilitando a exploração máxima destas mudanças e de novas percepções e sensibilidades.

A redução de São Miguel Arcanjo : contribuição ao estudo da tipologia urbana missioneira

A ação missionária empreendida na América pela Companhia de Jesus a partir do século XVI, congregando diferentes povos nativos, teve reconhecimento alguns pontos altos. Dentre estes, destacou-se a Província Jesuítica do Paraguai, onde, com os índios Guarani, desenvolveu-se uma experiência diferenciada do ponto de vista sócio-econômico-cultural que vem despertando, ao longo do tempo, um grande número de discussões e de polêmicas a seu respeito. No campo da arquitetura e dos ordenamentos urbanos, consolidou-se um autêntico padrão de assentamento humano, que pode ser designado como tipologia urbana missioneira. Reproduzindo-se e todo um grande território, essa tipologia formou uma redee organizada de povoados que funcionavam como um sistema peculiar e reconhecível, tomando por base em sua configuração o espírito do movimento barroco. Nesse espaço de exceção destacou-se a redução de São Miguel Arcanjo, cujos remanescentes o receberam da UNESCO o título de Patrimônio Cultural da Humanidade. Escolhemos a redução dee São Migue para este estudo de caso, tomando-a como um arquétipo na busca de respostas que possam auxiliar a elucidar as origens, as influências e as características desse sistema e ao significado dos componentes espaciais ali produzidos e das decorrentes práticas sociais desenvolvidas.

Business Intelligence: comparação de ferramentas

Cada vez mais o tempo acaba sendo o diferencial de uma empresa para outra. As empresas, para serem bem sucedidas, precisam da informação certa, no momento certo e para as pessoas certas. Os dados outrora considerados importantes para a sobrevivência das empresas hoje precisam estar em formato de informações para serem utilizados. Essa é a função das ferramentas de “Business Intelligence”, cuja finalidade é modelar os dados para obter informações, de forma que diferencie as ações das empresas e essas consigam ser mais promissoras que as demais. “Business Intelligence” é um processo de coleta, análise e distribuição de dados para melhorar a decisão de negócios, que leva a informação a um número bem maior de usuários dentro da corporação. Existem vários tipos de ferramentas que se propõe a essa finalidade. Esse trabalho tem como objetivo comparar ferramentas através do estudo das técnicas de modelagem dimensional, fundamentais nos projetos de estruturas informacionais, suporte a “Data Warehouses”, “Data Marts”, “Data Mining” e outros, bem como o mercado, suas vantagens e desvantagens e a arquitetura tecnológica utilizada por estes produtos. Assim sendo, foram selecionados os conjuntos de ferramentas de “Business Intelligence” das empresas Microsoft Corporation e Oracle Corporation, visto as suas magnitudes no mundo da informática.

Sistema de gerência de energia para redes locais

Este trabalho apresenta a proposta e a implementação de um sistema de gerência de energia para redes locais de computadores (Local Area Networks ou LANs). Desde sua introdução, no início dos anos 90, os mecanismos de gerência de energia para computadores têm contribuído de maneira significativa para a redução do consumo nos períodos de inatividade, mas podem ter seu efeito minimizado por uma série de fatores, dentre os quais destaca-se a conexão do equipamento a uma rede. Em linhas gerais, o objetivo do sistema proposto é, justamente, facilitar a gerência de energia em ambientes de rede. O funcionamento do sistema é baseado na aplicação de políticas de consumo definidas pelo administrador da rede. As políticas podem ser aplicadas em duas situações distintas: em horários pré-determinados (p. ex. depois do horário comercial), quando podem ajudar a reduzir o desperdício de energia, ou em resposta a alterações no fornecimento de energia, caso a rede seja protegida por no-breaks, quando a redução no consumo resulta em maior tempo de autonomia da fonte reserva (banco de baterias). As políticas são configuradas através de um mecanismo flexível, que permite não apenas desligar os equipamentos, mas colocá-los em estados intermediários de consumo e executar outros tipos de ações. A arquitetura do sistema é baseada no modelo SNMP (Simple Network Management Protocol) de gerência de redes. É composta, basicamente, de agentes, elementos de software que residem nos equipamentos da rede e detêm o conhecimento específico sobre suas características de consumo de eletricidade, e de um gerente, elemento central que contém a configuração das políticas de consumo e que é responsável pelo monitoramento e controle dos agentes. Gerente e agentes comunicam-se através do protocolo SNMP, trocando informações segundo uma base de informações (MIB) projetada especificamente para a gerência de energia. A ênfase da parte prática do trabalho está no gerente, que foi inteiramente implementado através da linguagem Java, utilizando bibliotecas disponíveis gratuitamente. Adicionalmente, foi implementado um agente-protótipo para a plataforma Windows, o que permitiu observar o sistema completo em execução. Os testes permitiram validar a praticabilidade da arquitetura e estimar o ganho potencial proporcionado pela utilização do sistema. São apresentadas medições que demonstram um aumento de até 6 vezes na autonomia do banco de baterias do no-break para uma configuração de rede pequena, utilizando o sistema para desligar automaticamente 90% dos computadores durante um corte no fornecimento externo. A economia decorrente da redução de consumo em horários de inatividade foi estimada em até R$0,63 por computador no período de um ano (tomando por base a tarifa média praticada no Brasil entre janeiro e maio de 2002).

Diretrizes e critérios de cobertura de teste a partir de especificações UML

As maiores dificuldades encontradas no teste de software estão relacionadas à definição dos dados de teste e a decisão de quando encerrar os testes. Uma das formas encontradas para minimizar tais dificuldades está centrada na utilização de critérios de cobertura. O principal objetivo dos critérios de cobertura é tornar o processo de testes mais rápido e preciso, fornecendo informações que determinem o que testar em um software para garantir sua qualidade. A modelagem é um dos elementos de maior importância nas atividades relacionadas ao desenvolvimento de software. Os modelos são construídos principalmente para melhor se entender o sistema, descrever a estrutura e comportamento desejados, visualizar a arquitetura e documentar as decisões tomadas durante o seu desenvolvimento. Atualmente, o sistema de notação mais utilizado para a modelagem de sistemas baseados nos conceitos de orientação a objetos é a Linguagem de Modelagem Unificada – UML [LAR 99]. Nesta notação, um sistema é descrito por um conjunto de diagramas que apresentam diferentes aspectos do sistema. As informações disponibilizadas por estes diagramas propiciam, já nas fases iniciais do desenvolvimento da aplicação (análise e projeto), o planejamento dos casos de teste e a definição de critérios de cobertura. Observa-se que nestas fases a maioria das informações necessárias para o teste já estão disponíveis, como por exemplo, a definição das classes com seus atributos, métodos e relacionamentos, a representação da interação existente entre objetos para a realização de um cenário e a descrição dos possíveis estados e transições de um objeto em resposta a eventos externos e internos. Este trabalho propõe um conjunto de diretrizes e critérios de cobertura de teste, tendo como base as especificações diagramáticas UML. As diretrizes estabelecem um conjunto de instruções para que o teste seja feito e os critérios de cobertura identificam os pontos principais e serem considerados durante o teste. Na definição das diretrizes e dos critérios foram avaliadas as informações disponibilizadas pelos diagramas de classes, seqüência, colaboração e estados.

Organização e armazenamento de conteúdo instrucional no ambiente AdaptWeb utilizando XML

O uso da Internet como ferramenta de ensino tem se tornado cada vez mais freqüente. A recente popularização da Internet vem permitindo o desenvolvimento de ambientes de ensino-aprendizagem baseados na Web. Os principais recursos explorados para fins educacionais são hipertexto e hipermídia, que proporcionam uma grande gama de elementos para o instrutor que pretende utilizar a WWW. Este trabalho está inserido no desenvolvimento do ambiente AdaptWeb (Ambiente de Ensino e Aprendizagem Adaptativo para a Web), que visa o desenvolvimento de um ambiente de educação a distância. A arquitetura do ambiente é composta por quatro módulos entre eles o módulo de Armazenamento de dados que armazena todos os dados provenientes da fase de Autoria utilizando XML (Extensible Markup Language). Na etapa de Autoria é feita a inserção de todos os dados relativos a disciplina que deseja disponibilizar, estes dados serão armazenados temporariamente em uma representação matricial em memória. A entrada de dados do módulo de Armazenamento de Dados é esta representação matricial que serve então como base para a geração dos arquivos XML, que são utilizados nas demais etapas do ambiente. Para a validação dos arquivos XML foram desenvolvidas DTD (Document Type Definition) e também foi implementado um analisador de documentos XML, utilizando a API (Application Programming Interface) DOM (Document Object Model), para efetuar a validação sintática destes documentos. Para conversão da representação matricial em memória foi especificado e implementado um algoritmo que funciona em conformidade com as DTD especificadas e com a sintaxe da linguagem XML.

Simulação computacional por dinâmica molecular de propriedades de equilíbrio e espectroscópicas de misturas líquidas CS2/C6H6

Propriedades de equilíbrio e espectroscópicas são determinadas para a mistura líquida CS2/C6H6 na temperatura de 298K e nas frações molares de benzeno iguais a 0,25, 0,50 e 0,75, usando simulação computacional por Dinâmica Molecular. As interações intermoleculares são descritas em relaçãao a todos os átomos por um potencial Lennard-Jones (12/6), com as interações eletrostáticas representadas por quadrupolos pontuais, localizados nos centros de massa das mol´eculas. Um segundo potencial também é considerado, onde a distribuição de cargas na molécula é usada para descrever as interações eletrostáticas. Dados termodinâmicos e propriedades estruturais, descritas através de funções de distribuição radial e de correlação angular, são calculados. Os resultados obtidos com os dois potenciais mostram boa concordância com os dados experimentais. A análise das frações molares locais e das energias internas indica que a mistura líquida CS2/C6H6 apresenta comportamento aproximadamente ideal. As funções de distribuição radial e de correlação angular evidenciam uma configuração preferencialmente paralela entre as moléculas de CS2 e C6H6 a distâncias menores em relação a distância do máximo da função de distribução , correspondente a primeira camada de coordenação . Nesta região, a configuração perpendicularé fracamente favorecida em relação as demais orientações. Funções de correlação temporal da polarizabilidade coletiva e da polarizabilidade molecular, correspondentes aos espalhamentos Rayleigh e Raman, respectivamente, são calculadas a partir do modelo de interação dipolo induzido por dipolo de 1a ordem. As funções de correlação são divididas nas contribuições orientacional, induzida por colisão e cruzada, e nas contribuições dos componentes. Propriedades de equilíbrio como anisotropia efetiva e intensidades integradas são determinadas para as misturas e líquidos puros. Os resultados indicam que a correlação orientacional entre as moléculas de CS2 é a maior responsável pelos espectros Rayleigh e espectros Raman deste componente. A maior participação do benzeno ocorre no espalhamento Raman com uma maior correlação na contribuição induzida por colisão. A separação na escala temporal entre a dinâmica reorientacional e induzida por colisão determinada na simulação é menor em relação ao experimento. Tempos de correlação da contribuição induzida por colisão são maiores nas misturas em relação aos líquidos puros no espalhamento Rayleigh, conforme o experimento, e estão relacionados a contribuições significativas das funções de correlação entre os componentes CS2 e benzeno a tempo longo. Funções de correlação temporal do momento dipolar coletivo são determinadas a partir do modelo dipolo induzido por quadrupolo e analisadas em termos de contribuições isotrópicas, anisotrópicas e cruzadas, como também de contribuições dos componentes. A relação entre estes termos é concordante com os parâmetros moleculares de anisotropia e quadrupolo dos componentes. Os resultados da simulação indicam absorbância de excesso para as misturas em uma ordem semelhante a do experimento. O tempo de correlação maior na mistura de fração molar de benzeno igual a 0,25, também encontrado no experimento, está relacionado a elevada contribuição a tempo longo da função de correlação entre dipolos induzidos em moléculas de CS2 por moléculas de C6H6. Os espectros calculados na simulação e os espectros experimentais do espalhamento de luz despolarizado Rayleigh apresentam boa concordância, validando os modelos de potenciais de interação e de indução usados. No entanto, diferenças são encontradas no infravermelho longínquo. Modi cações no modelo simplificado de indução são propostas.

Réplicas para alta disponibilidade em arquiteturas orientadas a componentes com suporte de comunicação de grupo

Alta disponibilidade é uma das propriedades mais desejáveis em sistemas computacionais, principalmente em aplicações comerciais que, tipicamente, envolvem acesso a banco de dados e usam transações. Essas aplicações compreendem sistemas bancários e de comércio eletrônico, onde a indisponibilidade de um serviço pode representar substanciais perdas financeiras. Alta disponibilidade pode ser alcançada através de replicação. Se uma das réplicas não está operacional, outra possibilita que determinado serviço seja oferecido. No entanto, réplicas requerem protocolos que assegurem consistência de estado. Comunicação de grupo é uma abstração que tem sido aplicada com eficiência a sistemas distribuídos para implementar protocolos de replicação. Sua aplicação a sistemas práticos com transações e com banco de dados não é comum. Tipicamente, sistemas transacionais usam soluções ad hoc e sincronizam réplicas com protocolos centralizados, que são bloqueantes e, por isso, não asseguram alta disponibilidade. A tecnologia baseada em componentes Enterprise JavaBeans (EJB) é um exemplo de sistema prático que integra distribuição, transações e bancos de dados. Em uma aplicação EJB, o desenvolvedor codifica o serviço funcional que é dependente da aplicação, e os serviços não–funcionais são inseridos automaticamente. A especificação EJB descreve serviços não–funcionais de segurança, de transações e de persistência para bancos de dados, mas não descreve serviços que garantam alta disponibilidade. Neste trabalho, alta disponibilidade é oferecida como uma nova propriedade através da adição de serviços não–funcionais na tecnologia EJB usando abstrações de comunicação de grupo. Os serviços para alta disponibilidade são oferecidos através da arquitetura HA (highly-available architecture) que possui múltiplas camadas. Esses serviços incluem replicação, chaveamento de servidor, gerenciamento de membros do grupo e detecção de membros falhos do grupo. A arquitetura HA baseia-se nos serviços já descritos pela especificação EJB e preserva os serviços EJB existentes. O protocolo de replicação corresponde a uma subcamada, invisível para o usuário final. O serviço EJB é executado por membros em um grupo de réplicas, permitindo a existência de múltiplos bancos de dados idênticos. Conflitos de acesso aos múltiplos bancos de dados são tratados estabelecendo–se uma ordem total para aplicação das atualizações das transações. Esse grupo é modelado como um único componente e gerenciado por um sistema de comunicação de grupo. A combinação de conceitos de bancos de dados com comunicação de grupo demonstra uma interessante solução para aplicações com requisitos de alta disponibilidade, como as aplicações EJB. Os serviços adicionais da arquitetura HA foram implementados em protótipo. A validação através de um protótipo possibilita que experimentos sejam realizados dentro de um ambiente controlado, usando diferentes cargas de trabalho sintéticas. O protótipo combina dois sistemas de código aberto. Essa característica permitiu acesso à implementação e não somente à interface dos componentes dos sistemas em questão. Um dos sistemas implementa a especificação EJB e outro implementa o sistema de comunicação de grupos. Os resultados dos testes realizados com o protótipo mostraram a eficiência da solução proposta. A degradação de desempenho pelo uso de réplicas e da comunicação de grupo é mantida em valores adequados.

Redes-em-Chip : arquiteturas e modelos para avaliação de área e desempenho

Com o advento dos processos submicrônicos, a capacidade de integração de transistores tem atingido níveis que possibilitam a construção de um sistema completo em uma única pastilha de silício. Esses sistemas, denominados sistemas integrados, baseiam-se no reuso de blocos previamente projetados e verificados, os quais são chamados de núcleos ou blocos de propriedade intelectual. Os sistemas integrados atuais incluem algumas poucas dezenas de núcleos, os quais são interconectados por meio de arquiteturas de comunicação baseadas em estruturas dedicadas de canais ponto-a-ponto ou em estruturas reutilizáveis constituídas por canais multiponto, denominadas barramentos. Os futuros sistemas integrados irão incluir de dezenas a centenas de núcleos em um mesmo chip com até alguns bilhões de transistores, sendo que, para atender às pressões do mercado e amortizar os custos de projeto entre vários sistemas, é importante que todos os seus componentes sejam reutilizáveis, incluindo a arquitetura de comunicação. Das arquiteturas utilizadas atualmente, o barramento é a única que oferece reusabilidade. Porém, o seu desempenho em comunicação e o seu consumo de energia degradam com o crescimento do sistema. Para atender aos requisitos dos futuros sistemas integrados, uma nova alternativa de arquitetura de comunicação tem sido proposta na comunidade acadêmica. Essa arquitetura, denominada rede-em-chip, baseia-se nos conceitos utilizados nas redes de interconexão para computadores paralelos. Esta tese se situa nesse contexto e apresenta uma arquitetura de rede-em-chip e um conjunto de modelos para a avaliação de área e desempenho de arquiteturas de comunicação para sistemas integrados. A arquitetura apresentada é denominada SoCIN (System-on-Chip Interconnection Network) e apresenta como diferencial o fato de poder ser dimensionada de modo a atender a requisitos de custo e desempenho da aplicação alvo. Os modelos desenvolvidos permitem a estimativa em alto nível da área em silício e do desempenho de arquiteturas de comunicação do tipo barramento e rede-em-chip. São apresentados resultados que demonstram a efetividade das redes-em-chip e indicam as condições que definem a aplicabilidade das mesmas.

Designing single event upset mitigation techniques for large SRAM-Based FPGA components

This thesis presents the study and development of fault-tolerant techniques for programmable architectures, the well-known Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), customizable by SRAM. FPGAs are becoming more valuable for space applications because of the high density, high performance, reduced development cost and re-programmability. In particular, SRAM-based FPGAs are very valuable for remote missions because of the possibility of being reprogrammed by the user as many times as necessary in a very short period. SRAM-based FPGA and micro-controllers represent a wide range of components in space applications, and as a result will be the focus of this work, more specifically the Virtex® family from Xilinx and the architecture of the 8051 micro-controller from Intel. The Triple Modular Redundancy (TMR) with voters is a common high-level technique to protect ASICs against single event upset (SEU) and it can also be applied to FPGAs. The TMR technique was first tested in the Virtex® FPGA architecture by using a small design based on counters. Faults were injected in all sensitive parts of the FPGA and a detailed analysis of the effect of a fault in a TMR design synthesized in the Virtex® platform was performed. Results from fault injection and from a radiation ground test facility showed the efficiency of the TMR for the related case study circuit. Although TMR has showed a high reliability, this technique presents some limitations, such as area overhead, three times more input and output pins and, consequently, a significant increase in power dissipation. Aiming to reduce TMR costs and improve reliability, an innovative high-level technique for designing fault-tolerant systems in SRAM-based FPGAs was developed, without modification in the FPGA architecture. This technique combines time and hardware redundancy to reduce overhead and to ensure reliability. It is based on duplication with comparison and concurrent error detection. The new technique proposed in this work was specifically developed for FPGAs to cope with transient faults in the user combinational and sequential logic, while also reducing pin count, area and power dissipation. The methodology was validated by fault injection experiments in an emulation board. The thesis presents comparison results in fault coverage, area and performance between the discussed techniques.