Arquitetura hardware/software de um núcleo NCAP segundo o padrão IEEE 1451.1: uma prova de conceito

Os sensores inteligentes são dispositivos que se diferenciam dos sensores comuns por apresentar capacidade de processamento sobre os dados monitorados. Eles tipicamente são compostos por uma fonte de alimentação, transdutores (sensores e atuadores), memória, processador e transceptor. De acordo com o padrão IEEE 1451 um sensor inteligente pode ser dividido em módulos TIM e NCAP que devem se comunicar através de uma interface padronizada chamada TII. O módulo NCAP é a parte do sensor inteligente que comporta o processador. Portanto, ele é o responsável por atribuir a característica de inteligência ao sensor. Existem várias abordagens que podem ser utilizadas para o desenvolvimento desse módulo, dentre elas se destacam aquelas que utilizam microcontroladores de baixo custo e/ou FPGA. Este trabalho aborda o desenvolvimento de uma arquitetura hardware/software para um módulo NCAP segundo o padrão IEEE 1451.1. A infra-estrutura de hardware é composta por um driver de interface RS-232, uma memória RAM de 512kB, uma interface TII, o processador embarcado NIOS II e um simulador do módulo TIM. Para integração dos componentes de hardware é utilizada ferramenta de integração automática SOPC Builder. A infra-estrutura de software é composta pelo padrão IEEE 1451.1 e pela aplicação especí ca do NCAP que simula o monitoramento de pressão e temperatura em poços de petróleo com o objetivo de detectar vazamento. O módulo proposto é embarcado em uma FPGA e para a sua prototipação é usada a placa DE2 da Altera que contém a FPGA Cyclone II EP2C35F672C6. O processador embarcado NIOS II é utilizado para dar suporte à infra-estrutura de software do NCAP que é desenvolvido na linguagem C e se baseia no padrão IEEE 1451.1. A descrição do comportamento da infra-estrutura de hardware é feita utilizando a linguagem VHDL

MATIUDE - monitoramento e acesso a transdutores inteligentes (Padrão IEEE 1451) utilizando dispositivos embarcados (celulares e PDA´s)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

MATIW 1451 - monitoramento e acionamento de transdutores inteligentes através da Web (Padrão IEEE 1451)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Supervisory software development according to IEEE 1451.1 standard

IEEE 1451 is Standard to connect transduscers through a communication network. This article describes a supervisory system implementaion according to IEEE 1451 Standard using Java. This software, named NCAP, may be used in several industrial applications, besides making feasible to obtain TEDS as a report or by Internet. NCAP communicates with transduscer module through RS232 Interface and was testes in industrial automation processes. © 2009 IEEE.

HW/SW for an intelligent transducer network based on IEEE 1451 standard

This work describes a hardware/software co-design system development, named IEEE 1451 platform, to be used in process automation. This platform intends to make easier the implementation of IEEE standards 1451.0, 1451.1, 1451.2 and 1451.5. The hardware was built using NIOS II processor resources on Alteras Cyclone II FPGA. The software was done using Java technology and C/C++ for the processors programming. This HW/SW system implements the IEEE 1451 based on a control module and supervisory software for industrial automation. © 2011 Elsevier B.V.

IEEE 1451-based multi-interface module (I2M) for industrial processes automation

This paper describes the implementation of a multi-interface module (I2M) for automation of industrial processes, based on the IEEE1451 standard. Process automation with I2M can communicate through either wires or using wireless communication, without any hardware or software changes. We used FPGA resources to implement the I2M functions FPGA, with a NIOS II processor and ZigBee communication system (IEEE802.15), as well as RS232 serial standard. Part of the project was done in the SOPC Builder environment, which gave the designer flexibility and speed to implement the NIOS II-based microprocessor system. To test the I2M implementation, a didactic Industrial Hydraulic Module (MHI-01) was used to simulate two industrial processes to be controlled by the system proposed.

Implementação de uma plataforma HW/SW para automação industrial, utilizando hardware reconfigurável com processador NIOS II em conformidade com o padrão IEEE 1451

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Implementação de um nó IEEE 1451, baseado em ferramentas abertas e padronizadas, para aplicações em ambientes de instrumentação distribuída

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Uma aplicação Web para apoio a laboratórios remotos reconfiguráveis baseados na norma IEEE 1451.0

Nos últimos anos, o processo de ensino e aprendizagem tem sofrido significativas alterações graças ao aparecimento da Internet. Novas ferramentas para apoio ao ensino têm surgido, nas quais se destacam os laboratórios remotos. Atualmente, muitas instituições de ensino disponibilizam laboratórios remotos nos seus cursos, que permitem, a professores e alunos, a realização de experiências reais através da Internet. Estes são implementados por diferentes arquiteturas e infraestruturas, suportados por vários módulos de laboratório acessíveis remotamente (e.g. instrumentos de medição). No entanto, a sua inclusão no ensino é ainda deficitária, devido: i) à falta de meios e competências técnicas das instituições de ensino para os desenvolverem, ii) à dificuldade na partilha dos módulos de laboratório por diferentes infraestruturas e, iii) à reduzida capacidade de os reconfigurar com esses módulos. Para ultrapassar estas limitações, foi idealizado e desenvolvido no âmbito de um trabalho de doutoramento [1] um protótipo, cuja arquitetura é baseada na norma IEEE 1451.0 e na tecnologia de FPGAs. Para além de garantir o desenvolvimento e o acesso de forma normalizada a um laboratório remoto, este protótipo promove ainda a partilha de módulos de laboratório por diferentes infraestruturas. Nesse trabalho explorou-se a capacidade de reconfiguração de FPGAs para embutir na infraestrutura do laboratório vários módulos, todos descritos em ficheiros, utilizando linguagens de descrição de hardware estruturados de acordo com a norma IEEE 1451.0. A definição desses módulos obriga à criação de estruturas de dados binárias (Transducer Electronic Data Sheets, TEDSs), bem como de outros ficheiros que possibilitam a sua interligação com a infraestrutura do laboratório. No entanto, a criação destes ficheiros é bastante complexa, uma vez que exige a realização de vários cálculos e conversões. Tendo em consideração essa mesma complexidade, esta dissertação descreve o desenvolvimento de uma aplicação Web para leitura e escrita dos TEDSs. Para além de um estudo sobre os laboratórios remotos, é efetuada uma descrição da norma IEEE 1451.0, com particular atenção para a sua arquitetura e para a estrutura dos diferentes TEDSs. Com o objetivo de enquadrar a aplicação desenvolvida, efetua-se ainda uma breve apresentação de um protótipo de um laboratório remoto reconfigurável, cuja reconfiguração é apoiada por esta aplicação. Por fim, é descrita a verificação da aplicação Web, de forma a tirar conclusões sobre o seu contributo para a simplificação dessa reconfiguração.

Network node with wireless and wired interfaces: Nios II processor and uClinux to development of a NCAP embedded (IEEE 1451.1) with two interfaces, wireless (IEEE 1451.5) and wired (IEEE p1451.2)

This paper presents a NCAP embedded on DE2 kit with Nios II processor and uClinux to development of a network gateway with two interfaces, wireless (ZigBee) and wired (RS232) based on IEEE 1451. Both the communications, wireless and wired, were developed to be point-to-point and working with the same protocols, based on IEEE 1451.0-2007. The tests were made using a microcomputer, which through of browser was possible access the web page stored in the DE2 kit and send commands of control and monitoring to both TIMs (WTIM and STIM). The system describes a different form of development of the NCAP node to be applied in different environments with wired or wireless in the same node. © 2011 IEEE.

Desenvolvimento de um nó de rede com diferentes interfaces de acordo com o padrão IEEE 1451 utilizando o processador nios II e o sistema operacional embarcado uclinux

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Distribuição de vídeo sobre uma rede IEEE 802.11n

A recente norma IEEE 802.11n oferece um elevado débito em redes locais sem fios sendo por isso esperado uma adopção massiva desta tecnologia substituindo progressivamente as redes 802.11b/g. Devido à sua elevada capacidade esta recente geração de redes sem fios 802.11n permite um crescimento acentuado de serviços audiovisuais. Neste contexto esta dissertação procura estudar a rede 802.11n, caracterizando o desempenho e a qualidade associada a um serviço de transmissão de vídeo, recorrendo para o efeito a uma arquitectura de simulação da rede 802.11n. Desta forma é caracterizado o impacto das novas funcionalidades da camada MAC introduzidas na norma 801.11n, como é o caso da agregação A-MSDU e A-MPDU, bem como o impacto das novas funcionalidades da camada física como é o caso do MIMO; em ambos os casos uma optimização da parametrização é realizada. Também se verifica que as principais técnicas de codificação de vídeo H.264/AVC para optimizar o processo de distribuição de vídeo, permitem optimizar o desempenho global do sistema de transmissão. Aliando a optimização e parametrização da camada MAC, da camada física, e do processo de codificação, é possível propor um conjunto de configurações que permitem obter o melhor desempenho na qualidade de serviço da transmissão de conteúdos de vídeo numa rede 802.11n. A arquitectura de simulação construída nesta dissertação é especificamente adaptada para suportar as técnicas de agregação da camada MAC, bem como para suportar o encapsulamento em protocolos de rede que permitem a transmissão dos pacotes de vídeo RTP, codificados em H.264/AVC.

Projecto e implementação de osciloscópio digital baseado na norma IEEE1451.0

Os osciloscópios digitais são utilizados em diversas áreas do conhecimento, assumindo-se no âmbito da engenharia electrónica, como instrumentos indispensáveis. Graças ao advento das Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), os instrumentos de medição reconfiguráveis, dadas as suas vantagens, i.e., altos desempenhos, baixos custos e elevada flexibilidade, são cada vez mais uma alternativa aos instrumentos tradicionalmente usados nos laboratórios. Tendo como objectivo a normalização no acesso e no controlo deste tipo de instrumentos, esta tese descreve o projecto e implementação de um osciloscópio digital reconfigurável baseado na norma IEEE 1451.0. Definido de acordo com uma arquitectura baseada nesta norma, as características do osciloscópio são descritas numa estrutura de dados denominada Transducer Electronic Data Sheet (TEDS), e o seu controlo é efectuado utilizando um conjunto de comandos normalizados. O osciloscópio implementa um conjunto de características e funcionalidades básicas, todas verificadas experimentalmente. Destas, destaca-se uma largura de banda de 575kHz, um intervalo de medição de 0.4V a 2.9V, a possibilidade de se definir um conjunto de escalas horizontais, o nível e declive de sincronismo e o modo de acoplamento com o circuito sob análise. Arquitecturalmente, o osciloscópio é constituído por um módulo especificado com a linguagem de descrição de hardware (HDL, Hardware Description Language) Verilog e por uma interface desenvolvida na linguagem de programação Java®. O módulo é embutido numa FPGA, definindo todo o processamento do osciloscópio. A interface permite o seu controlo e a representação do sinal medido. Durante o projecto foi utilizado um conversor Analógico/Digital (A/D) com uma frequência máxima de amostragem de 1.5MHz e 14 bits de resolução que, devido às suas limitações, obrigaram à implementação de um sistema de interpolação multi-estágio com filtros digitais.

A VHDL-based protocol controller for NCAP processors

This work presents the development of an IEEE 1451.2 protocol controller based on a low-cost FPGA that is directly connected to the parallel port of a conventional personal computer. In this manner it is possible to implement a Network Capable Application Processor (NCAP) based on a personal computer, without parallel port modifications. This approach allows supporting the ten signal lines of the 10-wire IEEE 1451.2 Transducer Independent Interface (TII), that connects the network processor to the Smart Transducer Interface Module (STIM) also defined in the IEEE 1451.2 standard. The protocol controller is connected to the STIM through the TII's physical interface, enabling the portability of the application at the transducer and network processor level. The protocol controller architecture was fully developed in VHDL language and we have projected a special prototype configured in a general-purpose programmable logic device. We have implemented two versions of the protocol controller, which is based on IEEE 1451 standard, and we have obtained results using simulation and experimental tests. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Open and Standardized Resources for Smart Transducer Networking

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)