Dynamic reconfiguration in a modular computer system /

"This report reproduces a thesis of the same title submitted to the Department of Electrical Engineering, Massachusetts Institute of Technology, in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy, May 1971."--p. 3

A real-time asymmetric multiprocessor-reconfigurable system-on-chip architecture

We propose an asymmetric multi-processor SoC architecture, featuring a master CPU running uClinux, and multiple loosely-coupled slave CPUs running real-time threads assigned by the master CPU. Real-time SoC architectures often demand a compromise between a generic platform for different applications, and application-specific customizations to achieve performance requirements. Our proposed architecture offers a generic platform running a conventional embedded operating system providing a traditional software-oriented development approach, while multiple slave CPUs act as a dedicated independent real-time threads execution unit running in parallel of master CPU to achieve performance requirements. In this paper, the architecture is described, including the application / threading development environment. The performance of the architecture with several standard benchmark routines is also analysed.

A study of adaptive load balancing algorithms for distributed systems

With the advent of distributed computer systems with a largely transparent user interface, new questions have arisen regarding the management of such an environment by an operating system. One fertile area of research is that of load balancing, which attempts to improve system performance by redistributing the workload submitted to the system by the users. Early work in this field concentrated on static placement of computational objects to improve performance, given prior knowledge of process behaviour. More recently this has evolved into studying dynamic load balancing with process migration, thus allowing the system to adapt to varying loads. In this thesis, we describe a simulated system which facilitates experimentation with various load balancing algorithms. The system runs under UNIX and provides functions for user processes to communicate through software ports; processes reside on simulated homogeneous processors, connected by a user-specified topology, and a mechanism is included to allow migration of a process from one processor to another. We present the results of a study of adaptive load balancing algorithms, conducted using the aforementioned simulated system, under varying conditions; these results show the relative merits of different approaches to the load balancing problem, and we analyse the trade-offs between them. Following from this study, we present further novel modifications to suggested algorithms, and show their effects on system performance.

Data partitioning and replication management in distributed geographic information system (GIS) database

This research presents several components encompassing the scope of the objective of Data Partitioning and Replication Management in Distributed GIS Database. Modern Geographic Information Systems (GIS) databases are often large and complicated. Therefore data partitioning and replication management problems need to be addresses in development of an efficient and scalable solution. ^ Part of the research is to study the patterns of geographical raster data processing and to propose the algorithms to improve availability of such data. These algorithms and approaches are targeting granularity of geographic data objects as well as data partitioning in geographic databases to achieve high data availability and Quality of Service(QoS) considering distributed data delivery and processing. To achieve this goal a dynamic, real-time approach for mosaicking digital images of different temporal and spatial characteristics into tiles is proposed. This dynamic approach reuses digital images upon demand and generates mosaicked tiles only for the required region according to user's requirements such as resolution, temporal range, and target bands to reduce redundancy in storage and to utilize available computing and storage resources more efficiently. ^ Another part of the research pursued methods for efficient acquiring of GIS data from external heterogeneous databases and Web services as well as end-user GIS data delivery enhancements, automation and 3D virtual reality presentation. ^ There are vast numbers of computing, network, and storage resources idling or not fully utilized available on the Internet. Proposed "Crawling Distributed Operating System "(CDOS) approach employs such resources and creates benefits for the hosts that lend their CPU, network, and storage resources to be used in GIS database context. ^ The results of this dissertation demonstrate effective ways to develop a highly scalable GIS database. The approach developed in this dissertation has resulted in creation of TerraFly GIS database that is used by US government, researchers, and general public to facilitate Web access to remotely-sensed imagery and GIS vector information. ^

A practical system for hands-off computer interaction based on electromyogram (EMG)/eye gaze tracking (EGT)

Effective interaction with personal computers is a basic requirement for many of the functions that are performed in our daily lives. With the rapid emergence of the Internet and the World Wide Web, computers have become one of the premier means of communication in our society. Unfortunately, these advances have not become equally accessible to physically handicapped individuals. In reality, a significant number of individuals with severe motor disabilities, due to a variety of causes such as Spinal Cord Injury (SCI), Amyothrophic Lateral Sclerosis (ALS), etc., may not be able to utilize the computer mouse as a vital input device for computer interaction. The purpose of this research was to further develop and improve an existing alternative input device for computer cursor control to be used by individuals with severe motor disabilities. This thesis describes the development and the underlying principle for a practical hands-off human-computer interface based on Electromyogram (EMG) signals and Eye Gaze Tracking (EGT) technology compatible with the Microsoft Windows operating system (OS). Results of the software developed in this thesis show a significant improvement in the performance and usability of the EMG/EGT cursor control HCI.

Using Computational Significance and Resilience in System Software Stacks.:Keynote Talk

This talk explores how the runtime system and operating system can leverage metrics that express the significance and resilience of application components in order to reduce the energy footprint of parallel applications. We will explore in particular how software can tolerate and indeed exploit higher error rates in future processors and memory technologies that may operate outside their safe margins.

Roteamento sensível ao contexto em redes de sensores sem fio : uma abordagem baseada em regras de aplicação para o Protocolo RPL

Este trabalho apresenta um serviço de reconfiguração dinâmica para Redes de Sensores sem Fio. O trabalho inclui o projeto e a definição de uma arquitetura conceitual que suporta a coleta de uma variedade de informações contextuais e provê uma abstração alto nível para especificação de roteamento sensível ao contexto através de reconfiguração de métricas de roteamento e parâmetros de comunicação. O objetivo da infraestrutura proposta é possibilitar a criação de regras que adaptem o comportamento da rede em tempo de execução, em função dessas informações contextuais. Uma implementação da arquitetura para o protocolo RPL e o sistema operacional Contiki foi realizada, mostrando a viabilidade da abordagem proposta.

An interactive state monad example

A common problem among information systems is the storage and maintenance of permanent information identified by a key. Such systems are typically known as data base engines or simply as data bases. Today the systems information market is full of solutions that provide mass storage capacities implemented in different operating system and with great amounts of extra functionalities. In this paper we will focus on the formal high level specification of data base systems in the Haskell language. We begin by introducing a high level view of a data base system with a specification of the most common operations in a functional point of view. We then augment this specification by lifting to the state monad which is then modified once again to permit input/output operations between the computations

SIAT:sistema de informações e alertas de trânsito

A evolução tecnológica e das sociedades permitiu que, hoje em dia, uma boa parte da população tenha acesso a dispositivos móveis com funcionalidades avançadas. Com este tipo de dispositivos, temos acesso a inúmeras fontes de informação em tempo-real, mas esta característica ainda não é, hoje em dia, aproveitada na sua totalidade. Este projecto tenta tirar partido desta realidade para, utilizando os diversos dispositivos móveis, criar uma rede de troca de informações de trânsito. O utilizador apenas necessita de servir-se do seu dispositivo móvel para, automaticamente, obter as mais recentes informações de trânsito enquanto, paralelamente, partilha com os outros utilizadores a sua informação. Apesar de existirem outras alternativas no mercado, com soluções que permitem usufruir do mesmo tipo de funcionalidades, nenhuma utiliza este tipo de dispositivos (GPS’s convencionais, por exemplo). Um dos requisitos necessário na implementação deste projecto é uma solução de geocoding. Após terem sido testadas várias soluções, nenhuma cumpria, na totalidade, os requisitos deste projecto, o que originou o desenvolvimento de uma nova solução que cumpre esses requisitos. A solução é, toda ela, muito modular, formada por vários componentes, cada um com responsabilidades bem identificadas. A arquitectura desta solução baseia-se nos padrões de desenvolvimento de uma Service Oriented Architecture. Todos os componentes disponibilizam as suas operações através de web services, e a sua descoberta recorre ao protocolo WS-Discovery. Estes vários componentes podem ser divididos em duas categorias: os do núcleo, responsáveis por criar e oferecer as funcionalidades requisitadas neste projecto e os módulos externos, nos quais se incluem as aplicações que apresentam as funcionalidades ao utilizador. Foram criadas duas formas de consumir a informação oferecida pelo serviço SIAT: a aplicação móvel e um website. No âmbito dos dispositivos móveis, foi desenvolvida uma aplicação para o sistema operativo Windows Phone 7.

On the use of IEEE 802.15.4/Zigbee for time-sensitive wireless sensor network applications

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Android as a cloud ticket validator

Trabalho Final de Mestrado para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática e de Computadores

Classificação de atividades físicas através do uso do acelerómetro do smartphone

Dissertação de natureza científica realizada para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia de redes de comunicação e Multimédia

Cooperative framework for open real-time systems

Actualmente, os sistemas embebidos estão presentes em toda a parte. Embora grande parte da população que os utiliza não tenha a noção da sua presença, na realidade, se repentinamente estes sistemas deixassem de existir, a sociedade iria sentir a sua falta. A sua utilização massiva deve-se ao facto de estarem practicamente incorporados em quase os todos dispositivos electrónicos de consumo, telecomunicações, automação industrial e automóvel. Influenciada por este crescimento, a comunidade científica foi confrontada com novos problemas distribuídos por vários domínios científicos, dos quais são destacados a gestão da qualidade de serviço e gestão de recursos - domínio encarregue de resolver problemas relacionados com a alocação óptima de recursos físicos, tais como rede, memória e CPU. Existe na literatura um vasto conjunto de modelos que propõem soluções para vários problemas apresentados no contexto destes domínios científicos. No entanto, não é possível encontrar modelos que lidem com a gestão de recursos em ambientes de execução cooperativos e abertos com restrições temporais utilizando coligações entre diferentes nós, de forma a satisfazer os requisitos não funcionais das aplicações. Devido ao facto de estes sistemas serem dinâmicos por natureza, apresentam a característica de não ser possível conhecer, a priori, a quantidade de recursos necessários que uma aplicação irá requerer do sistema no qual irá ser executada. Este conhecimento só é adquirido aquando da execução da aplicação. De modo a garantir uma gestão eficiente dos recursos disponíveis, em sistemas que apresentam um grande dinamismo na execução de tarefas com e sem restrições temporais, é necessário garantir dois aspectos fundamentais. O primeiro está relacionado com a obtenção de garantias na execução de tarefas de tempo-real. Estas devem sempre ser executadas dentro da janela temporal requirida. O segundo aspecto refere a necessidade de garantir que todos os recursos necessários à execução das tarefas são fornecidos, com o objectivo de manter os níveis de performance quer das aplicações, quer do próprio sistema. Tendo em conta os dois aspectos acima mencionados, o projecto CooperatES foi especificado com o objectivo de permitir a dispositivos com poucos recursos uma execução colectiva de serviços com os seus vizinhos, de modo a cumprir com as complexas restrições de qualidade de serviço impostas pelos utilizadores ou pelas aplicações. Decorrendo no contexto do projecto CooperatES, o trabalho resultante desta tese tem como principal objectivo avaliar a practicabilidade dos conceitos principais propostos no âmbito do projecto. O trabalho em causa implicou a escolha e análise de uma plataforma, a análise de requisitos, a implementação e avaliação de uma framework que permite a execução cooperativa de aplicações e serviços que apresentem requisitos de qualidade de serviço. Do trabalho desenvolvido resultaram as seguintes contribuições: Análise das plataformas de código aberto que possam ser utilizadas na implementação dos conceitos relacionados com o projecto CooperatES; Critérios que influenciaram a escolha da plataforma Android e um estudo focado na análise da plataforma sob uma perspectiva de sistemas de tempo-real; Experiências na implementação dos conceitos do projecto na plataforma Android; Avaliação da practicabilidade dos conceitos propostos no projecto CooperatES; Proposta de extensões que permitam incorporar características de sistemas de tempo real abertos na plataforma Android.

Multiprocessor platform using LEON3 processor

The recent advances in embedded systems world, lead us to more complex systems with application specific blocks (IP cores), the System on Chip (SoC) devices. A good example of these complex devices can be encountered in the cell phones that can have image processing cores, communication cores, memory card cores, and others. The need of augmenting systems’ processing performance with lowest power, leads to a concept of Multiprocessor System on Chip (MSoC) in which the execution of multiple tasks can be distributed along various processors. This thesis intends to address the creation of a synthesizable multiprocessing system to be placed in a FPGA device, providing a good flexibility to tailor the system to a specific application. To deliver a multiprocessing system, will be used the synthesisable 32-bit SPARC V8 compliant, LEON3 processor.

Implementação de um sistema seguro, robusto e redundante

Um dos temas mais debatidos na sociedade actual é a segurança. Os níveis de segurança e as ferramentas para os alcançar entram em contraponto com os métodos usados para os quebrar. Como no passado, a razão qualidade/serviço mantém-se hoje, e manter-se-á no futuro, assegurando maior segurança àqueles que melhor se protejam. Problemas simples da vida real como furtos ou uso de falsa identidade assumem no meio informático uma forma rápida e por vezes indetectável de crime organizado. Neste estudo são investigados métodos sociais e aplicações informáticas comuns para quebrar a segurança de um sistema informático genérico. Desta forma, e havendo um entendimento sobre o Modus Operandi das entidades mal-intencionadas, poderá comprovar-se a instabilidade e insegurança de um sistema informático, e, posteriormente, actuar sobre o mesmo de tal forma que fique colocado numa posição da segurança que, podendo não ser infalível, poderá estar muito melhorada. Um dos objectivos fulcrais deste trabalho é conseguir implementar e configurar um sistema completo através de um estudo de soluções de mercado, gratuitas ou comerciais, a nível da implementação de um sistema em rede com todos os serviços comuns instalados, i.e., um pacote “chave na mão” com serviços de máquinas, sistema operativo, aplicações, funcionamento em rede com serviços de correio electrónico, gestão empresarial, anti-vírus, firewall, entre outros. Será possível então evidenciar uma instância de um sistema funcional, seguro e com os serviços necessários a um sistema actual, sem recurso a terceiros, e sujeito a um conjunto de testes que contribuem para o reforço da segurança.