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.

Sistema mecatrônico de tempo real para monitoramento da qualidade da água embarcado em veleiro robótico autônomo

We propose a mechatronic system for monitoring water quality in rivers, lakes, dams and sea, able to perform the acquisition, processing and presentation of data via the web in real time, in order to facilitate analysis quickly and needs by interested communities. The hardware architecture and software monitoring system has been developed so that it can be generic, that is, supporting different applications. Nevertheless, as a validation of the proposed system, we built a prototype that operates embarked on an autonomous robotic sailboat, a responsible platform for collecting the data in multiple predefined points from a ground station with a planning system navigation. This final application combines the advantages of autonomy of a robotic sailboat with the need for fast and accurate monitoring of water quality, in addition to the use of an autonomous robotic sailboat unmanned facilitate the development of other research in this area.

Desenvolvimento de um sistema de instrumentação de medição de vibração mecânica em máquina rotativas, em tempo real, embarcado em FPGA

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Sistema de contagem de tráfego e classificação automática de veículos, em tempo real e sem fios

Esta tese tem por objectivo o desenho e avaliação de um sistema de contagem e classificação de veículos automóveis em tempo-real e sem fios. Pretende, também, ser uma alternativa aos actuais equipamentos, muito intrusivos nas vias rodoviárias. Esta tese inclui um estudo sobre as comunicações sem fios adequadas a uma rede de equipamentos sensores rodoviários, um estudo sobre a utilização do campo magnético como meio físico de detecção e contagem de veículos e um estudo sobre a autonomia energética dos equipamentos inseridos na via, com recurso, entre outros, à energia solar. O projecto realizado no âmbito desta tese incorpora, entre outros, a digitalização em tempo real da assinatura magnética deixada pela passagem de um veículo, no campo magnético da Terra, o respectivo envio para servidor via rádio e WAN, Wide Area Network, e o desenvolvimento de software tendo por base a pilha de protocolos ZigBee. Foram desenvolvidas aplicações para o equipamento sensor, para o coordenador, para o painel de controlo e para a biblioteca de Interface de um futuro servidor aplicacional. O software desenvolvido para o equipamento sensor incorpora ciclos de detecção e digitalização, com pausas de adormecimento de baixo consumo, e a activação das comunicações rádio durante a fase de envio, assegurando assim uma estratégia de poupança energética. Os resultados obtidos confirmam a viabilidade desta tecnologia para a detecção e contagem de veículos, assim como para a captura de assinatura usando magnetoresistências. Permitiram ainda verificar o alcance das comunicações sem fios com equipamento sensor embebido no asfalto e confirmar o modelo de cálculo da superfície do painel solar bem como o modelo de consumo energético do equipamento sensor.

Sistema de aquisição de dados em tempo real

Neste trabalho propus-me realizar um Sistema de Aquisição de Dados em Tempo Real via Porta Paralela. Para atingir com sucesso este objectivo, foi realizado um levantamento bibliográfico sobre sistemas operativos de tempo real, salientando e exemplificando quais foram marcos mais importantes ao longo da sua evolução. Este levantamento permitiu perceber o porquê da proliferação destes sistemas face aos custos que envolvem, em função da sua aplicação, bem como as dificuldades, científicas e tecnológicas, que os investigadores foram tendo, e que foram ultrapassando com sucesso. Para que Linux se comporte como um sistema de tempo real, é necessário configura-lo e adicionar um patch, como por exemplo o RTAI ou ADEOS. Como existem vários tipos de soluções que permitem aplicar as características inerentes aos sistemas de tempo real ao Linux, foi realizado um estudo, acompanhado de exemplos, sobre o tipo de arquitecturas de kernel mais utilizadas para o fazer. Nos sistemas operativos de tempo real existem determinados serviços, funcionalidades e restrições que os distinguem dos sistemas operativos de uso comum. Tendo em conta o objectivo do trabalho, e apoiado em exemplos, fizemos um pequeno estudo onde descrevemos, entre outros, o funcionamento escalonador, e os conceitos de latência e tempo de resposta. Mostramos que há apenas dois tipos de sistemas de tempo real o ‘hard’ que tem restrições temporais rígidas e o ‘soft’ que engloba as restrições temporais firmes e suaves. As tarefas foram classificadas em função dos tipos de eventos que as despoletam, e evidenciando as suas principais características. O sistema de tempo real eleito para criar o sistema de aquisição de dados via porta paralela foi o RTAI/Linux. Para melhor percebermos o seu comportamento, estudamos os serviços e funções do RTAI. Foi dada especial atenção, aos serviços de comunicação entre tarefas e processos (memória partilhada e FIFOs), aos serviços de escalonamento (tipos de escalonadores e tarefas) e atendimento de interrupções (serviço de rotina de interrupção - ISR). O estudo destes serviços levou às opções tomadas quanto ao método de comunicação entre tarefas e serviços, bem como ao tipo de tarefa a utilizar (esporádica ou periódica). Como neste trabalho, o meio físico de comunicação entre o meio ambiente externo e o hardware utilizado é a porta paralela, também tivemos necessidade de perceber como funciona este interface. Nomeadamente os registos de configuração da porta paralela. Assim, foi possível configura-lo ao nível de hardware (BIOS) e software (módulo do kernel) atendendo aos objectivos do presente trabalho, e optimizando a utilização da porta paralela, nomeadamente, aumentando o número de bits disponíveis para a leitura de dados. No desenvolvimento da tarefa de hard real-time, foram tidas em atenção as várias considerações atrás referenciadas. Foi desenvolvida uma tarefa do tipo esporádica, pois era pretendido, ler dados pela porta paralela apenas quando houvesse necessidade (interrupção), ou seja, quando houvesse dados disponíveis para ler. Desenvolvemos também uma aplicação para permitir visualizar os dados recolhidos via porta paralela. A comunicação entre a tarefa e a aplicação é assegurada através de memória partilhada, pois garantindo a consistência de dados, a comunicação entre processos do Linux e as tarefas de tempo real (RTAI) que correm ao nível do kernel torna-se muito simples. Para puder avaliar o desempenho do sistema desenvolvido, foi criada uma tarefa de soft real-time cujos tempos de resposta foram comparados com os da tarefa de hard real-time. As respostas temporais obtidas através do analisador lógico em conjunto com gráficos elaborados a partir destes dados, mostram e comprovam, os benefícios do sistema de aquisição de dados em tempo real via porta paralela, usando uma tarefa de hard real-time.

RealCrono –sistema de difusão de resultados em tempo real na web

A velocidade de difusão de conteúdos numa plataforma web, assume uma elevada relevância em serviços onde a informação se pretende atualizada e em tempo real. Este projeto de Mestrado, apresenta uma abordagem de um sistema distribuído de recolher e difundir resultados em tempo real entre várias plataformas, nomeadamente sistemas móveis. Neste contexto, tempo real entende-se como uma diferença de tempo nula entre a recolha e difusão, ignorando fatores que não podem ser controlados pelo sistema, como latência de comunicação e tempo de processamento. Este projeto tem como base uma arquitetura existente de processamento e publicação de resultados desportivos, que apresentava alguns problemas relacionados com escalabilidade, segurança, tempos de entrega de resultados longos e sem integração com outras plataformas. Ao longo deste trabalho procurou-se investigar fatores que condicionassem a escalabilidade de uma aplicação web dando ênfase à implementação de uma solução baseada em replicação e escalabilidade horizontal. Procurou-se também apresentar uma solução de interoperabilidade entre sistemas e plataformas heterogêneas, mantendo sempre elevados níveis de performance e promovendo a introdução de plataformas móveis no sistema. De várias abordagens existentes para comunicação em tempo real sobre uma plataforma web, adotou-se um implementação baseada em WebSocket que elimina o tempo desperdiçado entre a recolha de informação e sua difusão. Neste projeto é descrito o processo de implementação da API de recolha de dados (Collector), da biblioteca de comunicação com o Collector, da aplicação web (Publisher) e sua API, da biblioteca de comunicação com o Publisher e por fim a implementação da aplicação móvel multi-plataforma. Com os componentes criados, avaliaram-se os resultados obtidos com a nova arquitetura de forma a aferir a escalabilidade e performance da solução criada e sua adaptação ao sistema existente.

Sistema de avaliação da estabilidade transversal de navios em tempo real

A presente dissertação visa a aplicação dos conhecimentos adquiridos sobre estabilidade transversal estática de navios, conjugados com a análise dinâmica do comportamento do navio em mar regular, por intermédio da utilização de um inclinómetro de precisão e das equações matemáticas relacionadas com movimentos oscilatórios amortecidos livres e forçados, para a determinação das características do movimento do navio. É nitidamente claro que a determinação da estabilidade de navios deve ser tratada de uma forma dinâmica. A dificuldade reside essencialmente na medição exacta do efeito das forças dinâmicas tais como o vento e a ondulação. O objectivo principal deste trabalho consiste na obtenção de uma ferramenta expedita para a determinação, em tempo real, da condição de estabilidade transversal de navios, e com uma margem de erro pouco significativa. Para tal, além do tratamento das medições dinâmicas no modelo e no navio, por intermédio do MatlabTM e folha de cálculo ExcelTM para a determinação dos factores de amortecimento e de estabilidade, foram utilizadas as curvas de estabilidade para as condições de carga mais usuais do navio, assim como as curvas hidrostáticas necessárias. No final do trabalho são apresentadas folhas de cálculo em Excel para duas classes de navios, e do Navio-Escola Sagres, cujo objectivo consiste no traçado das curvas relacionadas com a estabilidade transversal em caso de embarque de pesos a bordo, e de alagamentos de determinados compartimentos do navio, com ou sem os efeitos do vento e da ondulação marítima, e respectiva comparação com os critérios de estabilidade transversal em vigor na Marinha.

Um metamodelo da linguagem de modelagem real time UML, de suporte à criação de dicionário de dados para ferramentas de modelagem de sistema tempo real, visando a verificação de consistência dos modelos

A computação de tempo real é uma das áreas mais desafiadoras e de maior demanda tecnológica da atualidade. Está diretamente ligada a aplicações que envolvem índices críticos de confiabilidade e segurança. Estas características, inerentes a esta área da computação, vêm contribuindo para o aumento da complexidade dos sistemas tempo real e seu conseqüente desenvolvimento. Isto fez com que mecanismos para facilitar especificação, delimitação e solução de problemas passem a ser itens importantes para tais aplicações. Este trabalho propõe mecanismos para atuarem no desenvolvimento de sistemas de tempo real, com o objetivo de serem empregados como ferramenta de apoio no problema da verificação de presença de inconsistências, que podem vir a ocorrer nos vários modelos gerados partir da notação da linguagem de modelagem gráfica para sistemas de tempo real - UML-RT(Unified Modeling Language for Real Time). Estes mecanismos foram projetados através da construção de um metamodelo dos conceitos presentes nos diagramas de classe, de objetos, de seqüência, de colaboração e de estados. Para construir o metamodelo, utiliza-se a notação do diagrama de classes da UML (Unified Modeling Language). Contudo, por intermédio das representações gráficas do diagrama de classes não é possível descrever toda a semântica presente em tais diagramas. Assim, regras descritas em linguagem de modelagem OCL (Object Constraint Language) são utilizadas como um formalismo adicional ao metamodelo. Com estas descrições em OCL será possível a diminuição das possíveis ambigüidades e inconsistências, além de complementar as limitações impostas pelo caráter gráfico da UML. O metamodelo projetado é mapeado para um modelo Entidade&Relacionamento. A partir deste modelo, são gerados os scripts DDL (Data Definition Language) que serão usados na criação do dicionário de dados, no banco de dados Oracle. As descrições semânticas escritas através de regras em OCL são mapeadas para triggers, que disparam no momento em que o dicionário de dados é manipulado. O MET Editor do SiMOO-RT é a ferramenta diagramática que faz o povoamento dos dados no dicionário de dados. SiMOO-RT é uma ferramenta orientada a objetos para a modelagem, simulação e geração automática de código para sistemas de tempo real.

Plataforma de comunicação tempo real sobre clusters SCI

Devido a sua baixa latência de banda, os clusters equipados com o adaptador SCI são uma alternativa para sistemas de tempo real distribuídos. Esse trabalho apresenta o projeto e implementação de uma plataforma de comunicação de tempo real sobre clusters SCI. O hardware padrão do SCI não se mostra adequado para a transmissão de tráfego de tempo real devido ao problema da contenção de acesso ao meio que causa inversão de prioridade. Por isso uma disciplina de acesso ao meio é implementada como parte da plataforma. Através da arquitetura implementada é possível o estabelecimento de canais de comunicação com garantia de banda. Assim, aplicações multimídias, por exemplo, podem trocar com taxa constante de conunicação. Cada mensagem é enviada somente uma vez. Assim, mensagens som a semântica de eventos podem ser enviadas. Além disso, a ordem e o tamanho das mensagens são garantidos. Além do tráfego com largura de banda garantida, a plataforma possibilita a troca de pacotes IP entre diferentes máquinas do cluster. Esses pacotes são inseridos no campo de dados dos pacotes próprios da plataforma e após são enviados através do uso de pacotes IP. Além disso, essa funcionalidade da plataforma permite também a execução de bibliotecas de comunicação baseadas em TCP/IP como o MPI sobre o cluster SCI. A plataforma de comunicação é implementada como modulos do sistema operacional Linux com a execução de tempo real RTAI. A valiação da plataforma mostrou que mesmo em cenários com muita comunicação entre todos os nodos correndo, a largura de banda reservada para cada canal foi mantida.

Monitoramento em tempo real de processos fermentativos por espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS)

A chemical process optimization and control is strongly correlated with the quantity of information can be obtained from the system. In biotechnological processes, where the transforming agent is a cell, many variables can interfere in the process, leading to changes in the microorganism metabolism and affecting the quantity and quality of final product. Therefore, the continuously monitoring of the variables that interfere in the bioprocess, is crucial to be able to act on certain variables of the system, keeping it under desirable operational conditions and control. In general, during a fermentation process, the analysis of important parameters such as substrate, product and cells concentration, is done off-line, requiring sampling, pretreatment and analytical procedures. Therefore, this steps require a significant run time and the use of high purity chemical reagents to be done. In order to implement a real time monitoring system for a benchtop bioreactor, these study was conducted in two steps: (i) The development of a software that presents a communication interface between bioreactor and computer based on data acquisition and process variables data recording, that are pH, temperature, dissolved oxygen, level, foam level, agitation frequency and the input setpoints of the operational parameters of the bioreactor control unit; (ii) The development of an analytical method using near-infrared spectroscopy (NIRS) in order to enable substrate, products and cells concentration monitoring during a fermentation process for ethanol production using the yeast Saccharomyces cerevisiae. Three fermentation runs were conducted (F1, F2 and F3) that were monitored by NIRS and subsequent sampling for analytical characterization. The data obtained were used for calibration and validation, where pre-treatments combined or not with smoothing filters were applied to spectrum data. The most satisfactory results were obtained when the calibration models were constructed from real samples of culture medium removed from the fermentation assays F1, F2 and F3, showing that the analytical method based on NIRS can be used as a fast and effective method to quantify cells, substrate and products concentration what enables the implementation of insitu real time monitoring of fermentation processes

Assimilação do IWV-GPS no Brasil: otimização das estimativas do atraso zenital troposférico em tempo real

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Imunocaptura do vírus de Influenza aviária para dia diagnóstico em RT-PCR em tempo real

Pós-graduação em Microbiologia Agropecuária - FCAV

Avaliação da aplicabilidade de sistema computacional de visualização de imagens aéreas de alta resolução em tempo real e multitemporal à degradação do rio Corumbataí

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Aplicação e avaliação de desempenho de um sistema de otimização em tempo real em uma unidade de produção de propeno.

Com o objetivo de aumentar o lucro de plantas químicas, a Otimização em Tempo Real (RTO) é uma ferramenta que busca determinar as condições ótimas operacionais do processo em estado estacionário, respeitando as restrições operacionais estabelecidas. Neste trabalho foi realizada a implementação prática de um ciclo RTO em um processo de destilação por recompressão de vapor (VRD), propileno-propano, da Refinaria de Paulínia (Petrobras S.A.), a partir de dados históricos da planta. Foram consideradas as principais etapas de um ciclo clássico de RTO: identificação de estado estacionário, reconciliação de dados, estimação de parâmetros e otimização econômica. Essa unidade foi modelada, simulada e otimizada em EMSO (Environment for Modeling, Simulation and Optimization), um simulador de processos orientado a equações desenvolvido no Brasil. Foram analisados e comparados dois métodos de identificação de estado estacionário, um baseado no teste estatístico F e outro baseado em wavelets. Ambos os métodos tiveram resultados semelhantes e mostraram-se capazes de identificar os estados estacionários de forma satisfatória, embora seja necessário o ajuste de parâmetros na sua implementação. Foram identificados alguns pontos estacionários para serem submetidos ao ciclo RTO e foi possível verificar a importância de partir de um estado estacionário para a continuidade do ciclo, já que essa é uma premissa do método. A partir dos pontos analisados, os resultados deste estudo mostram que o RTO é capaz de aumentar o ganho econômico entre 2,5-24%, dependendo das condições iniciais consideradas, o que pode representar ganhos de até 18 milhões de dólares por ano. Além disso, para essa unidade, verificou-se que o compressor é um equipamento limitante no aumento de ganho econômico do processo.

Equipamento microprocessado para geração de sinal de correção diferencial, em tempo real, para GPS

This work presents the development of low cost microprocessor-based equipment for generation of differential GPS correction signal, in real time, and configuration and supervision of the GPS base. The developed equipment contains a dedicated microcontroller connected to the GPS receiver, alphanumeric display and multifunction keyboard for configuration and operation of the system and communication interfaces. The electronic circuit has the function of receiving the information from GPS base; interpret them, converting the sentence in the RTCM SC-104 protocol. The microcontroller software makes the conversion of the signal received by the GPS base from the specific format to RTCM SC-104 protocol. The processing main board has two serials RS-232C standard interfaces. One of them is used for configuration and receiving the information generated by the GPS base. The other operates as output, sending the differential correction signal for the transmission system. The development of microprocessor-based equipment showed that it is possible the construction of a low cost private station for real time generation of differential GPS correction signal.