Task partitioning and priority assignment for distributed hard real-time systems

In this paper, we propose the Distributed using Optimal Priority Assignment (DOPA) heuristic that finds a feasible partitioning and priority assignment for distributed applications based on the linear transactional model. DOPA partitions the tasks and messages in the distributed system, and makes use of the Optimal Priority Assignment (OPA) algorithm known as Audsley’s algorithm, to find the priorities for that partition. The experimental results show how the use of the OPA algorithm increases in average the number of schedulable tasks and messages in a distributed system when compared to the use of Deadline Monotonic (DM) usually favoured in other works. Afterwards, we extend these results to the assignment of Parallel/Distributed applications and present a second heuristic named Parallel-DOPA (P-DOPA). In that case, we show how the partitioning process can be simplified by using the Distributed Stretch Transformation (DST), a parallel transaction transformation algorithm introduced in [1].

Hard real-time multiprocessor scheduling resilient to core failures

Presented at 21st IEEE International Conference on Embedded and Real-Time Computing Systems and Applications (RTCSA 2015). 19 to 21, Aug, 2015, pp 122-131. Hong Kong, China.

Toward a Run-Time Verification Framework for Real-Time Safety-Critical Systems

Presented at SEMINAR "ACTION TEMPS RÉEL:INFRASTRUCTURES ET SERVICES SYSTÉMES". 10, Apr, 2015. Brussels, Belgium.

Optimization of the Sybr Green real time PCR for the detection of Human Herpes Virus type 6 (HHV-6)

HHV-6 is the etiological agent of Exanthem subitum which is considered the sixth most frequent disease in infancy. In immuno-compromised hosts, reactivation of latent HHV-6 infection may cause severe acute disease. We developed a Sybr Green Real Time PCR for HHV-6 and compared the results with nested conventional PCR. A 214 pb PCR derived fragment was cloned using pGEM-T easy from Promega system. Subsequently, serial dilutions were made in a pool of negative leucocytes from 10-6 ng/µL (equivalent to 2465.8 molecules/µL) to 10-9 (equivalent to 2.46 molecules/µL). Dilutions of the plasmid were amplified by Sybr Green Real Time PCR, using primers HHV3 (5' TTG TGC GGG TCC GTT CCC ATC ATA 3)'and HHV4 (5' TCG GGA TAG AAA AAC CTA ATC CCT 3') and by conventional nested PCR using primers HHV1 (outer): 5'CAA TGC TTT TCT AGC CGC CTC TTC 3'; HHV2 (outer): 5' ACA TCT ATA ATT TTA GAC GAT CCC 3'; HHV3 (inner) and HHV4 (inner) 3'. The detection threshold was determined by plasmid serial dilutions. Threshold for Sybr Green real time PCR was 24.6 molecules/µL and for the nested PCR was 2.46 molecules/µL. We chose the Real Time PCR for diagnosing and quantifying HHV-6 DNA from samples using the new Sybr Green chemistry due to its sensitivity and lower risk of contamination.

Real-time Task-Splitting scheduling algorithms framework

Nos dias de hoje, os sistemas de tempo real crescem em importância e complexidade. Mediante a passagem do ambiente uniprocessador para multiprocessador, o trabalho realizado no primeiro não é completamente aplicável no segundo, dado que o nível de complexidade difere, principalmente devido à existência de múltiplos processadores no sistema. Cedo percebeu-se, que a complexidade do problema não cresce linearmente com a adição destes. Na verdade, esta complexidade apresenta-se como uma barreira ao avanço científico nesta área que, para já, se mantém desconhecida, e isto testemunha-se, essencialmente no caso de escalonamento de tarefas. A passagem para este novo ambiente, quer se trate de sistemas de tempo real ou não, promete gerar a oportunidade de realizar trabalho que no primeiro caso nunca seria possível, criando assim, novas garantias de desempenho, menos gastos monetários e menores consumos de energia. Este último fator, apresentou-se desde cedo, como, talvez, a maior barreira de desenvolvimento de novos processadores na área uniprocessador, dado que, à medida que novos eram lançados para o mercado, ao mesmo tempo que ofereciam maior performance, foram levando ao conhecimento de um limite de geração de calor que obrigou ao surgimento da área multiprocessador. No futuro, espera-se que o número de processadores num determinado chip venha a aumentar, e como é óbvio, novas técnicas de exploração das suas inerentes vantagens têm de ser desenvolvidas, e a área relacionada com os algoritmos de escalonamento não é exceção. Ao longo dos anos, diferentes categorias de algoritmos multiprocessador para dar resposta a este problema têm vindo a ser desenvolvidos, destacando-se principalmente estes: globais, particionados e semi-particionados. A perspectiva global, supõe a existência de uma fila global que é acessível por todos os processadores disponíveis. Este fato torna disponível a migração de tarefas, isto é, é possível parar a execução de uma tarefa e resumir a sua execução num processador distinto. Num dado instante, num grupo de tarefas, m, as tarefas de maior prioridade são selecionadas para execução. Este tipo promete limites de utilização altos, a custo elevado de preempções/migrações de tarefas. Em contraste, os algoritmos particionados, colocam as tarefas em partições, e estas, são atribuídas a um dos processadores disponíveis, isto é, para cada processador, é atribuída uma partição. Por essa razão, a migração de tarefas não é possível, acabando por fazer com que o limite de utilização não seja tão alto quando comparado com o caso anterior, mas o número de preempções de tarefas decresce significativamente. O esquema semi-particionado, é uma resposta de caráter hibrido entre os casos anteriores, pois existem tarefas que são particionadas, para serem executadas exclusivamente por um grupo de processadores, e outras que são atribuídas a apenas um processador. Com isto, resulta uma solução que é capaz de distribuir o trabalho a ser realizado de uma forma mais eficiente e balanceada. Infelizmente, para todos estes casos, existe uma discrepância entre a teoria e a prática, pois acaba-se por se assumir conceitos que não são aplicáveis na vida real. Para dar resposta a este problema, é necessário implementar estes algoritmos de escalonamento em sistemas operativos reais e averiguar a sua aplicabilidade, para caso isso não aconteça, as alterações necessárias sejam feitas, quer a nível teórico quer a nível prá

Multicore Scheduling of Real-Time Irregular Parallel Algorithms in Linux

Face à estagnação da tecnologia uniprocessador registada na passada década, aos principais fabricantes de microprocessadores encontraram na tecnologia multi-core a resposta `as crescentes necessidades de processamento do mercado. Durante anos, os desenvolvedores de software viram as suas aplicações acompanhar os ganhos de performance conferidos por cada nova geração de processadores sequenciais, mas `a medida que a capacidade de processamento escala em função do número de processadores, a computação sequencial tem de ser decomposta em várias partes concorrentes que possam executar em paralelo, para que possam utilizar as unidades de processamento adicionais e completar mais rapidamente. A programação paralela implica um paradigma completamente distinto da programação sequencial. Ao contrário dos computadores sequenciais tipificados no modelo de Von Neumann, a heterogeneidade de arquiteturas paralelas requer modelos de programação paralela que abstraiam os programadores dos detalhes da arquitectura e simplifiquem o desenvolvimento de aplicações concorrentes. Os modelos de programação paralela mais populares incitam os programadores a identificar instruções concorrentes na sua lógica de programação, e a especificá-las sob a forma de tarefas que possam ser atribuídas a processadores distintos para executarem em simultâneo. Estas tarefas são tipicamente lançadas durante a execução, e atribuídas aos processadores pelo motor de execução subjacente. Como os requisitos de processamento costumam ser variáveis, e não são conhecidos a priori, o mapeamento de tarefas para processadores tem de ser determinado dinamicamente, em resposta a alterações imprevisíveis dos requisitos de execução. `A medida que o volume da computação cresce, torna-se cada vez menos viável garantir as suas restrições temporais em plataformas uniprocessador. Enquanto os sistemas de tempo real se começam a adaptar ao paradigma de computação paralela, há uma crescente aposta em integrar execuções de tempo real com aplicações interativas no mesmo hardware, num mundo em que a tecnologia se torna cada vez mais pequena, leve, ubíqua, e portável. Esta integração requer soluções de escalonamento que simultaneamente garantam os requisitos temporais das tarefas de tempo real e mantenham um nível aceitável de QoS para as restantes execuções. Para tal, torna-se imperativo que as aplicações de tempo real paralelizem, de forma a minimizar os seus tempos de resposta e maximizar a utilização dos recursos de processamento. Isto introduz uma nova dimensão ao problema do escalonamento, que tem de responder de forma correcta a novos requisitos de execução imprevisíveis e rapidamente conjeturar o mapeamento de tarefas que melhor beneficie os critérios de performance do sistema. A técnica de escalonamento baseado em servidores permite reservar uma fração da capacidade de processamento para a execução de tarefas de tempo real, e assegurar que os efeitos de latência na sua execução não afectam as reservas estipuladas para outras execuções. No caso de tarefas escalonadas pelo tempo de execução máximo, ou tarefas com tempos de execução variáveis, torna-se provável que a largura de banda estipulada não seja consumida por completo. Para melhorar a utilização do sistema, os algoritmos de partilha de largura de banda (capacity-sharing) doam a capacidade não utilizada para a execução de outras tarefas, mantendo as garantias de isolamento entre servidores. Com eficiência comprovada em termos de espaço, tempo, e comunicação, o mecanismo de work-stealing tem vindo a ganhar popularidade como metodologia para o escalonamento de tarefas com paralelismo dinâmico e irregular. O algoritmo p-CSWS combina escalonamento baseado em servidores com capacity-sharing e work-stealing para cobrir as necessidades de escalonamento dos sistemas abertos de tempo real. Enquanto o escalonamento em servidores permite partilhar os recursos de processamento sem interferências a nível dos atrasos, uma nova política de work-stealing que opera sobre o mecanismo de capacity-sharing aplica uma exploração de paralelismo que melhora os tempos de resposta das aplicações e melhora a utilização do sistema. Esta tese propõe uma implementação do algoritmo p-CSWS para o Linux. Em concordância com a estrutura modular do escalonador do Linux, ´e definida uma nova classe de escalonamento que visa avaliar a aplicabilidade da heurística p-CSWS em circunstâncias reais. Ultrapassados os obstáculos intrínsecos `a programação da kernel do Linux, os extensos testes experimentais provam que o p-CSWS ´e mais do que um conceito teórico atrativo, e que a exploração heurística de paralelismo proposta pelo algoritmo beneficia os tempos de resposta das aplicações de tempo real, bem como a performance e eficiência da plataforma multiprocessador.

Real-time labview assessment on adsorption systems

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Methodology for real-time adaptation of tunnels support using the observational method

The observational method in tunnel engineering allows the evaluation in real time of the actual conditions of the ground and to take measures if its behavior deviates considerably from predictions. However, it lacks a consistent and structured methodology to use the monitoring data to adapt the support system in real time. The definition of limit criteria above which adaptation is required are not defined and complex inverse analysis procedures (Rechea et al. 2008, Levasseur et al. 2010, Zentar et al. 2001, Lecampion et al. 2002, Finno and Calvello 2005, Goh 1999, Cui and Pan 2012, Deng et al. 2010, Mathew and Lehane 2013, Sharifzadeh et al. 2012, 2013) may be needed to consistently analyze the problem. In this paper a methodology for the real time adaptation of the support systems during tunneling is presented. In a first step limit criteria for displacements and stresses are proposed. The methodology uses graphics that are constructed during the project stage based on parametric calculations to assist in the process and when these graphics are not available, since it is not possible to predict every possible scenario, inverse analysis calculations are carried out. The methodology is applied to the “Bois de Peu” tunnel which is composed by two tubes with over 500 m long. High uncertainty levels existed concerning the heterogeneity of the soil and consequently in the geomechanical design parameters. The methodology was applied in four sections and the results focus on two of them. It is shown that the methodology has potential to be applied in real cases contributing for a consistent approach of a real time adaptation of the support system and highlight the importance of the existence of good quality and specific monitoring data to improve the inverse analysis procedure.

Measuring end-to-end delay in real-time auralisation systems

One of the major challenges in the development of an immersive system is handling the delay between the tracking of the user’s head position and the updated projection of a 3D image or auralised sound, also called end-to-end delay. Excessive end-to-end delay can result in the general decrement of the “feeling of presence”, the occurrence of motion sickness and poor performance in perception-action tasks. These latencies must be known in order to provide insights on the technological (hardware/software optimization) or psychophysical (recalibration sessions) strategies to deal with them. Our goal was to develop a new measurement method of end-to-end delay that is both precise and easily replicated. We used a Head and Torso simulator (HATS) as an auditory signal sensor, a fast response photo-sensor to detect a visual stimulus response from a Motion Capture System, and a voltage input trigger as real-time event. The HATS was mounted in a turntable which allowed us to precisely change the 3D sound relative to the head position. When the virtual sound source was at 90º azimuth, the correspondent HRTF would set all the intensity values to zero, at the same time a trigger would register the real-time event of turning the HATS 90º azimuth. Furthermore, with the HATS turned 90º to the left, the motion capture marker visualization would fell exactly in the photo-sensor receptor. This method allowed us to precisely measure the delay from tracking to displaying. Moreover, our results show that the method of tracking, its tracking frequency, and the rendering of the sound reflections are the main predictors of end-to-end delay.

Real-time monitoring of progression towards renal failure in primary care patients

First published online: December 16, 2014.

Evaluation of the determinism of the actuator sensor interface (ASI) on programmable logic controllers (PLC), personal computers (PC) and real-time operating systems (RTOS)

The purpose of this study was to evaluate the determinism of the AS-lnterface network and the 3 main families of control systems, which may use it, namely PLC, PC and RTOS. During the course of this study the PROFIBUS and Ethernet field level networks were also considered in order to ensure that they would not introduce unacceptable latencies into the overall control system. This research demonstrated that an incorrectly configured Ethernet network introduces unacceptable variable duration latencies into the control system, thus care must be exercised if the determinism of a control system is not to be compromised. This study introduces a new concept of using statistics and process capability metrics in the form of CPk values, to specify how suitable a control system is for a given control task. The PLC systems, which were tested, demonstrated extremely deterministic responses, but when a large number of iterations were introduced in the user program, the mean control system latency was much too great for an AS-I network. Thus the PLC was found to be unsuitable for an AS-I network if a large, complex user program Is required. The PC systems, which were tested were non-deterministic and had latencies of variable duration. These latencies became extremely exaggerated when a graphing ActiveX was included in the control application. These PC systems also exhibited a non-normal frequency distribution of control system latencies, and as such are unsuitable for implementation with an AS-I network. The RTOS system, which was tested, overcame the problems identified with the PLC systems and produced an extremely deterministic response, even when a large number of iterations were introduced in the user program. The RTOS system, which was tested, is capable of providing a suitable deterministic control system response, even when an extremely large, complex user program is required.

monitoring-based approach to object-oriented real-time computing

Monitoring, object-orientation, real-time, execution-time, scheduling

Multi-echo radial FLASH techniques for real-time MRI

Magdeburg, Univ., Fak. für Naturwiss., Diss., 2015

Analytical validation of a lymphocytic choriomeningitis virus real-time RT-PCR assay.

Lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) is a rare cause of central nervous system disease in humans. Screening by real-time RT-PCR assay is of interest in the case of aseptic meningitis of unknown etiology. A specific LCMV real-time RT-PCR assay, based on the detection of genomic sequences of the viral nucleoprotein (NP), was developed to assess the presence of LCMV in cerebrospinal fluids (CSF) sent for viral screening to a Swiss university hospital laboratory. A 10-fold dilution series assay using a plasmid containing the cDNA of the viral NP of the LCMV isolate Armstrong (Arm) 53b demonstrated the high sensitivity of the assay with a lowest detection limit of ≤50 copies per reaction. High sensitivity was confirmed by dilution series assays in a pool of human CSF using four different LCMV isolates (Arm53b, WE54, Traub and E350) with observed detection limits of ≤10PFU/ml (Arm53b and WE54) and 1PFU/ml (Traub and E350). Analysis of 130 CSF showed no cases of acute infection. The absence of positive cases was confirmed by a published PCR assay detecting all Old World arenaviruses. This study validates a specific and sensitive real-time RT-PCR assay for the diagnosis of LCMV infections. Results showed that LCMV infections are extremely rare in hospitalized patients western in Switzerland.

Development of a real time polymerase chain reaction for quantitation of Schistosoma mansoni DNA

This report describes the development of a SYBR Green I based real time polymerase chain reaction (PCR) protocol for detection on the ABI Prism 7000 instrument. Primers targeting the gene encoding the SSU rRNA were designed to amplify with high specificity DNA from Schistosoma mansoni, in a real time quantitative PCR system. The limit of detection of parasite DNA for the system was 10 fg of purified genomic DNA, that means less than the equivalent to one parasite cell (genome ~580 fg DNA). The efficiency was 0.99 and the correlation coefficient (R²) was 0.97. When different copy numbers of the target amplicon were used as standards, the assay could detect at least 10 copies of the specific target. The primers used were designed to amplify a 106 bp DNA fragment (Tm 83ºC). The assay was highly specific for S. mansoni, and did not recognize DNA from closely related non-schistosome trematodes. The real time PCR allowed for accurate quantification of S. mansoni DNA and no time-consuming post-PCR detection of amplification products by gel electrophoresis was required. The assay is potentially able to quantify S. mansoni DNA (and indirectly parasite burden) in a number of samples, such as snail tissue, serum and feces from patients, and cercaria infested water. Thus, these PCR protocols have potential to be used as tools for monitoring of schistosome transmission and quantitative diagnosis of human infection.