Real time fault injection using a modified debugging infrastructure

Dependability is a critical factor in computer systems, requiring high quality validation & verification procedures in the development stage. At the same time, digital devices are getting smaller and access to their internal signals and registers is increasingly complex, requiring innovative debugging methodologies. To address this issue, most recent microprocessors include an on-chip debug (OCD) infrastructure to facilitate common debugging operations. This paper proposes an enhanced OCD infrastructure with the objective of supporting the verification of fault-tolerant mechanisms through fault injection campaigns. This upgraded on-chip debug and fault injection (OCD-FI) infrastructure provides an efficient fault injection mechanism with improved capabilities and dynamic behavior. Preliminary results show that this solution provides flexibility in terms of fault triggering and allows high speed real-time fault injection in memory elements

Real time fault injection using enhanced OCD -- a performance analysis

Fault injection is frequently used for the verification and validation of dependable systems. When targeting real time microprocessor based systems the process becomes significantly more complex. This paper proposes two complementary solutions to improve real time fault injection campaign execution, both in terms of performance and capabilities. The methodology is based on the use of the on-chip debug mechanisms present in modern electronic devices. The main objective is the injection of faults in microprocessor memory elements with minimum delay and intrusiveness. Different configurations were implemented and compared in terms of performance gain and logic overhead.

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.

ECG-based biometrics: A real time classification approach

Behavioral biometrics is one of the areas with growing interest within the biosignal research community. A recent trend in the field is ECG-based biometrics, where electrocardiographic (ECG) signals are used as input to the biometric system. Previous work has shown this to be a promising trait, with the potential to serve as a good complement to other existing, and already more established modalities, due to its intrinsic characteristics. In this paper, we propose a system for ECG biometrics centered on signals acquired at the subject's hand. Our work is based on a previously developed custom, non-intrusive sensing apparatus for data acquisition at the hands, and involved the pre-processing of the ECG signals, and evaluation of two classification approaches targeted at real-time or near real-time applications. Preliminary results show that this system leads to competitive results both for authentication and identification, and further validate the potential of ECG signals as a complementary modality in the toolbox of the biometric system designer.

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.

Redes de Petri reactivas e hierárquicas - integração de formalismos no projecto de sistemas reactivos de tempo-real

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica, especialidade de Sistemas Digitais, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Diagnóstico de funcionamento e otimização das ETARs do concelho da Póvoa de Varzim

O tratamento das águas residuais é uma matéria de extrema importância para o município da Póvoa de Varzim, não só por uma questão de saúde pública e conservação do meio ambiente como também pela vertente turística deste concelho, que tem na sua orla costeira seis praias às quais foram atribuídas bandeiras azuis pela sua qualidade. O concelho da Póvoa de Varzim engloba doze freguesias e possui quinze estações de tratamento de águas residuais (ETARs), sendo catorze delas compactas. O seu controlo é assegurado pela divisão de saneamento básico da câmara municipal da Póvoa de Varzim. O objetivo deste trabalho foi o diagnóstico de funcionamento das ETARs do município tendo em vista a identificação dos problemas existentes e a sua resolução/otimização. De forma a poder identificar o princípio de funcionamento e a presença de anomalias nas estações de tratamento, foram realizadas várias visitas a cada uma delas ao longo do período de estágio. A recolha de amostras para análises dos diferentes parâmetros foi feita por um funcionário e estas foram enviadas para o laboratório com parceria com a Câmara Municipal. Após uma extensa recolha de informação no local e de um estudo exaustivo de toda a documentação associada a cada ETAR concluiu-se que apenas quatro delas apresentavam problemas revelantes. As ETARs do parque industrial de Laúndos e do centro histórico de Rates apresentam caudais de admissão bastante elevados devido à descarga pontual de camiões cisterna o que faz com que o tratamento não seja eficaz. Como solução sugeriu-se a construção de um tanque de equalização em ambas as ETARs, com agitador e regulador de caudal, de forma a garantir, respetivamente, a mistura e uniformização das águas residuais domésticas e industriais e que apenas será bombeado o caudal adequado para tratamento. As ETARs da Incondave e das Fontaínhas apresentam sobretudo anomalias a nível do equipamento, o que leva a um mau desempenho da instalação. Aconselhou-se o conserto dos equipamentos danificados e uma inspeção mais frequente das instalações para que mal ocorra uma avaria, esta seja reparada o mais depressa possível. O estágio na câmara municipal da Póvoa de Varzim (CMPV) teve a duração de 10 meses, entre Outubro e Julho de 2012 e foi realizado no âmbito da disciplina de dissertação/ estágio do mestrado de tecnologias de proteção ambiental no Instituto Superior de Engenharia do Porto. Este estágio foi uma mais-valia para mim na medida em que pude consolidar os conhecimentos adquiridos ao longo de todo o meu percurso académico e conhecer a realidade do mercado de trabalho.

Real time manufacturing systems simulator

A área da simulação computacional teve um rápido crescimento desde o seu apareciment, sendo actualmente uma das ciências de gestão e de investigação operacional mais utilizadas. O seu princípio baseia-se na replicação da operação de processos ou sistemas ao longo de períodos de tempo, tornando-se assim uma metodologia indispensável para a resolução de variados problemas do mundo real, independentemente da sua complexidade. Das inúmeras áreas de aplicação, nos mais diversos campos, a que mais se destaca é a utilização em sistemas de produção, onde o leque de aplicações disponível é muito vasto. A sua aplicação tem vindo a ser utilizada para solucionar problemas em sistemas de produção, uma vez que permite às empresas ajustar e planear de uma maneira rápida, eficaz e ponderada as suas operações e os seus sistemas, permitindo assim uma rápida adaptação das mesmas às constantes mudanças das necessidades da economia global. As aplicações e packages de simulação têm seguindo as tendências tecnológicas pelo que é notório o recurso a tecnologias orientadas a objectos para o desenvolvimento das mesmas. Este estudo baseou-se, numa primeira fase, na recolha de informação de suporte aos conceitos de modelação e simulação, bem como a respectiva aplicação a sistemas de produção em tempo real. Posteriormente centralizou-se no desenvolvimento de um protótipo de uma aplicação de simulação de ambientes de fabrico em tempo real. O desenvolvimento desta ferramenta teve em vista eventuais fins pedagógicos e uma utilização a nível académico, sendo esta capaz de simular um modelo de um sistema de produção, estando também dotada de animação. Sem deixar de parte a possibilidade de integração de outros módulos ou, até mesmo, em outras plataformas, houve ainda a preocupação acrescida de que a sua implementação recorresse a metodologias de desenvolvimento orientadas a objectos.

Real time mobile system for support in firefighting environments

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

A framework for fault tolerant real time systems based on reconfigurable FPGAs

To increase the amount of logic available to the users in SRAM-based FPGAs, manufacturers are using nanometric technologies to boost logic density and reduce costs, making its use more attractive. However, these technological improvements also make FPGAs particularly vulnerable to configuration memory bit-flips caused by power fluctuations, strong electromagnetic fields and radiation. This issue is particularly sensitive because of the increasing amount of configuration memory cells needed to define their functionality. A short survey of the most recent publications is presented to support the options assumed during the definition of a framework for implementing circuits immune to bit-flips induction mechanisms in memory cells, based on a customized redundant infrastructure and on a detection-and-fix controller.

A modified debugging infrastructure to assist real time fault injection campaigns

Fault injection is frequently used for the verification and validation of the fault tolerant features of microprocessors. This paper proposes the modification of a common on-chip debugging (OCD) infrastructure to add fault injection capabilities and improve performance. The proposed solution imposes a very low logic overhead and provides a flexible and efficient mechanism for the execution of fault injection campaigns, being applicable to different target system architectures.

A self-healing real-time system based on run-time self-reconfiguration

The new generations of SRAM-based FPGA (field programmable gate array) devices are the preferred choice for the implementation of reconfigurable computing platforms intended to accelerate processing in real-time systems. However, FPGA's vulnerability to hard and soft errors is a major weakness to robust configurable system design. In this paper, a novel built-in self-healing (BISH) methodology, based on run-time self-reconfiguration, is proposed. A soft microprocessor core implemented in the FPGA is responsible for the management and execution of all the BISH procedures. Fault detection and diagnosis is followed by repairing actions, taking advantage of the dynamic reconfiguration features offered by new FPGA families. Meanwhile, modular redundancy assures that the system still works correctly

Gestão integrada de ativos num contexto real

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Manutenção

Diagnóstico e avaliação da segurança de estruturas de madeira existentes

A utilização da madeira enquanto material estrutural é um aspeto abordado com algum receio ou até desconhecimento por parte dos elementos intervenientes no processo de construção civil, sendo ainda uma área pouco lecionada e muitas vezes excluída dos planos curriculares em Engenharia Civil. Assim sendo é importante o surgimento de trabalhos relacionados com esta matéria, relembrando ao sector da construção civil e ao ramo de estudo relacionado, que a madeira já teve e possivelmente voltará a ter um papel importante a desempenhar na área da construção. Um dos aspetos evidenciados nos estudos realizados consiste na importância da reabilitação de edifícios e do seu papel cada vez mais determinante na sociedade. Esta metodologia de intervenção apresenta-se muitas vezes como uma vantagem económica assim como contribui para a preservação do património arquitetónico e cultural, cujo valor histórico é incalculável. A importância da reabilitação de edifícios habitacionais nas zonas históricas, bem como de monumentos de grande importância cultural apresenta-se cada vez mais como um desafio devido à falta de conservação dos mesmos ao longo da sua vida útil, e da necessidade de preservar a identidade do local, beneficiando assim a qualidade do tecido urbano. Assim sendo, este trabalho apresenta um levantamento dos danos possíveis de ocorrer em elementos de madeira, dando especial destaque aos agentes patológicos e às consequências da sua atividade na madeira assim como às metodologias de inspeção e diagnóstico que poderão ser aplicadas em estruturas de madeira existentes, favorecendo assim a vertente da reabilitação ao invés da demolição. Estas metodologias recorrem a ensaios não destrutivos, como é exemplo o Pilodyn, o Resistógrafo, o Ultra-sons, etc., referindo também o recurso a ensaios destrutivos, cuja utilização terá de ser uma questão muito bem ponderada devido às consequências que implica. Por fim, apresenta-se um caso real de estudo em que se analisa um pavimento em madeira através da aplicação de metodologias de ensaio não destrutivas e destrutivas a amostras recolhidas. O objetivo será determinar o estado de conservação da madeira e algumas características físicas tais como a sua densidade e os módulos de elasticidade, sendo posteriormente efetuada uma análise estrutural. Os resultados obtidos permitem efetuar uma avaliação qualitativa do estado geral do pavimento sendo as principais conclusões que o pavimento se encontra atacado por parte de insetos xilófagos e apresenta problemas a nível de verificação a estados limite de utilização, deformação e vibração, fator que condiciona a possível utilização do pavimento.

Estimating Effective Slowdown of Tasks in Energy-Aware Clouds

Consolidation consists in scheduling multiple virtual machines onto fewer servers in order to improve resource utilization and to reduce operational costs due to power consumption. However, virtualization technologies do not offer performance isolation, causing applications’ slowdown. In this work, we propose a performance enforcing mechanism, composed of a slowdown estimator, and a interference- and power-aware scheduling algorithm. The slowdown estimator determines, based on noisy slowdown data samples obtained from state-of-the-art slowdown meters, if tasks will complete within their deadlines, invoking the scheduling algorithm if needed. When invoked, the scheduling algorithm builds performance and power aware virtual clusters to successfully execute the tasks. We conduct simulations injecting synthetic jobs which characteristics follow the last version of the Google Cloud tracelogs. The results indicate that our strategy can be efficiently integrated with state-of-the-art slowdown meters to fulfil contracted SLAs in real-world environments, while reducing operational costs in about 12%.