Taajuusmuuttajan ohjelmiston testaus

Tämän diplomityön tavoitteena oli kehittää menetelmiä ja ohjeitataajuusmuuttajan sulautetun ohjelmiston kehityksen aikaiseen testaukseen. Soveltuvia menetelmiä etsittiin tutkimalla laajasti kirjallisuutta sekä selvittämälläyrityksen testauskäytäntöä. Tutkittuja kirjallisuudesta löytyneitä menetelmä olivat testauskehykset, simulointi ja staattinen sekä automaattinen testaus. Kirjallisuudesta etsittiin myös menetelmiä, joiden avulla testausprosessia voidaan helpottaa tai muuten parantaa. Tällaisista menetelmistä tutkittiin muun muassa testidatan valintaa, testauslähtöistä kehitystä sekä testattavuuden parantamista. Lisäksi selvitettiin uudelleenkäytettävien testien ohjelmointiin soveltuvia ohjelmointikieliä. Haastatteluiden ja dokumentaation avulla saatiin hyvä käsitys yrityksessä vallitsevasta testauskäytännöstä sekä sen ongelmakohdista. Testauksen ongelmiksi havaittiin testausprosessin järjestelmällisyyden puute sekä tarve suunnittelijoiden testauskoulutukseen. Testausprosessin parantamiseksi esitetään moduulitestauskehyksen käyttöönottoa. Lisäksi suunnittelijoiden testauskoulutuksella arvioidaan olevan suuri vaikutus koko testausprosessiin. Testitapausten suunnitteluun esitetään menetelmiä, joiden avulla voidaan suunnitella kattavampia testejä.

GTK+ toolkit on mobile Linux devices

Linux -käyttöjärjestelmä on laajasti käytössä palvelin- ja työpöytätietokoneissa. Linux on lisäämässä suosiotaan kuitenkin myös sulautetuissa laitteissa, kuten PDA:issa, kännyköissä sekä erilaisissateollisuusjärjestelmissä. Näytön koko, suorituskyky ja käytettävyys asettavat omia erityisiä tarpeitaan laitteiden graafiselle käyttöliittymälle. Linux -käyttöjärjestelmälle on olemassa useita käyttöliittymäkirjastoja, joista GTK+ on yksi yleisimmin käytetyistä. Tämä diplomityö esittelee sulautetun Linux -käyttöjärjestelmän ja GTK+ käyttöliittymäkirjaston, selvittäen miten hyvin ne soveltuvat mobiileihin päätelaitteisiin. Yksi suurimmista esteistä työpöytäkäyttöön suunnattujen teknologioiden, kuten GTK+, muokkaamisessa mobiileihin päätelaitteisiin on suorituskyky. Osana tätä työtä kehitettiin GtkPerf -niminen työkalu, jolla GTK+:n suorituskykyä eri alustoilla pystytään helposti mittaamaan ja havaitsemaan mahdollisia pullonkauloja. Tämän työn johtopäätöksenä on, että pienillä muokkailuilla ja optimoinneilla GTK+ soveltuu myös mobiileihin päätelaitteisiin. Ensimmäinen kaupallisesti saatavilla oleva GTK+ -pohjainen päätelaite, Nokia 770 Internet Tablet, on tästä osoituksena.

Design of an Embedded Computer Board for Networking Applications

Tämä diplomityö tehtiin Convergens Oy:lle. Convergens on elektroniikan suunnittelutoimisto, joka on erikoistunut sulautettuihin järjestelmiin sekä tietoliikennetekniikkaan. Diplomityön tavoitteena oli suunnitella tietokonekortti tietoliikennesovelluksia varten asiakkaalle, jolta vaatimusmäärittelyt tulivat. Työ on rajattu koskemaan laitteen prototyypin suunnittelua. Työssä suunnitellaan pääasiassa WLAN-tukiaseman tietokone. Tukiasema onasennettavissa toimistoihin, varastoihin, kauppoihin sekä myös liikkuvaan ajoneuvoon. Suunnittelussa on otettu nämä asiat huomioon, ja laitteen akun pystyy lataamaan muun muassa auton akulla. Langattomat tekniikat ovat voimakkaasti yleistymässä, ja tämän työn tukiasema tarjoaakin varteenotettavan vaihtoehdon lukuisilla ominaisuuksillaan. Mukana on mm. GPS, Bluetooth sekä Ethernet-valmius. Langattomien tekniikoiden lisäksi myös sulautetut järjestelmät ovat voimakkaasti yleistymässä, ja nykyään mikroprosessoreita löytääkin lähesmistä vain. Tässä projektissa käytetty prosessori on nopeutensa puolesta kilpailukykyinen, ja siitä löytyy useita eri rajapintoja. Jatkossa tietokonekortille on myös tulossa WiMAX-tuki, joka lisää tukiaseman tulevaisuuden arvoa asiakkaalle. Projektiin valittu Freescalen MPC8321E-prosessori on PowerPC-arkkitehtuuriin perustuva ja juuri markkinoille ilmestynyt. Tämä toi mukanaan lisähaasteen, sillä kyseisestä prosessorista ei ollut vielä kaikkea tietoa saatavilla. Mekaniikka toi omat haasteensa mukanaan, sillä se rajoitti piirilevyn koonniin, että ylimääräistä piirilevytilaa ei juurikaan jäänyt. Tämän takia esimerkiksi DDR-muistit olivat haastavia reitittää, sillä muistivetojen on oltava melko samanpituisia keskenään. Käyttöjärjestelmänä projektissa käytetään Linuxia. Suunnittelu alkoi keväällä 2007 ja toimiva prototyyppi oli valmis alkusyksystä. Prototyypin testaus osoitti, että tietokonekortti kykenee täyttämään kaikki asiakkaan vaatimukset. Prototyypin testauksessa löytyneet viat ja optimoinnit on tarkoitus korjata tuotantomalliin, joten se antaa hyvän pohjan jatkosuunnittelua varten.

Terrestrial Trunked Radio - verkossa toimivan reaaliaikaisen Short Data Service - viesteihin perustuvan telemetriasovelluksen ohjelmistokehitys

Tämä diplomityö tarkastelee TETRA-verkon soveltuvuutta turvallisuusviranomaisille tarkoitettuun telemetriasovellukseen, jossa erilaiset mittausdatat ja hälytystiedot kulkevat verkon yli SDS-viestiliikenteenä. Diplomityön tarkoituksena on tehdä kaksi sulautettua ohjelmistoa sekä yksi PCohjelmisto, joita käytetään rakennettavassa demolaitteistossa. Lisäksi selvitetään TETRA-verkon toimivuus ja rajoitukset sovelluksessa eri olosuhteissa ja eri kuormitustilanteissa. Diplomityön teoriaosassa käydään läpi työn määrittely ja ohjelmistonkehitysprosessin läpivienti eri osa-alueilla. Loppuosassa kuvataan tehdyt ohjelmistot erikseen ja yhdessä suunnittelusta toteutukseen, sekä lopullisen järjestelmän testaus.

Käyttöliittymä verkonhallintaan sulautetussa Linux-käyttöjärjestelmässä

During the project we get familiar with Linksys WRT54GL wireless router and its network managing methods. Operating system is OpenWRT which is Linux-based distribution for embedded devices. OpenWRT uses two kind of approach for its network administration. The first one is web-based user interface and the second one is command line based. Both methods are working but do not solve all problems that competent network administrator can need for secured network managing. The goal of the project was design an NCurses-based user interface for network administration that can be run from command line. The user interface can be use for example from terminal via SSH which is yet faster and also light to use. The idea is to combine the user friendly of WWW-interface and the advanced options that command line based network managing can offer. Linux-based open source OpenWRT offers good development tools. There exist also a compact development community if there is need for further development of software in future. So far user interface for command line based network administrator is not available.

Alkuaineanalysaattorin keskusyksikön suunnittelu ja toteutus

Tässä diplomityössä esitellään jatkuvatoimisen alkuaineanalysaattorin kehitykseen liittyvän projektin alkuosa. Tässä osuudessa on tarkoituksena löytää analysaattorin vanhalle keskusyksikölle uusi korvaava kaupallinen prosessorikortti sekä suunnitella ja toteuttaa uudelle keskusyksikölle analysaattorin toiminnan vaatima ohjelma. Hihna-analysaattori on sulautettu reaaliaikajärjestelmä. Työssä esitellään sulautetun järjestelmän suunnittelun ja toteutuksen yleisiä toimintatapoja ja ratkaisuja. Erilaisista toteutusvaihtoehdoista esitellään niiden etuja ja haittoja. Työn toteutuksessa käytetään PC/104-standardin mukaisia valmiita kaupallisia yksiköitä. Tämä ISA-standardin laajennus soveltuu hyvin käytettäväksi sulautetussa järjestelmissä. Uudella keskusyksiköllä on mahdollista liittyä analysaattorin jäljelle jääviin yksiköihin erillisen sovitinkortin välityksellä. Työn lopputuloksena valittu toteutusratkaisu mahdollistaa analysaattorijärjestelmän vapaan jatkokehityksen, mikä ei ollut mahdollista vanhalla toteutuksella. Analysaattoriin on nyt mahdollista kehittää uusia ominaisuuksia, ja lisäksi sen nykyinen toiminta on hallitaan paremmin.

Sulautetun moniprosessorijärjestelmän suunnittelu sähkömoottorien ohjaus- ja valvontatarpeisiin

Universal Converter (UNICON) –projektin osana suunniteltiin sähkömoottorikäyttöjen ohjaukseen ja mittaukseen soveltuva digitaaliseen signaaliprosessoriin (DSP) pohjautuva sulautettu järjestelmä. Riittävän laskentatehon varmistamiseksi päädyttiin käyttämään moniprosessorijärjestelmää. Prosessorijärjestelmässä käytettävää DSP-piiriä valittaessa valintaperusteina olivat piirien tarjoama prosessointiteho ja moniprosessorituki. Analog Devices:n SHARC-sarjan DSP-piirit täyttivät parhaiten asetetut vaatimukset: Ne tarjoavat tehokkaan käskykannan lisäksi suuren sisäisen muistin ja sisäänrakennetun moniprosessorituen. Järjestelmän mittalaiteluonteisuudesta johtuen keskeinen suunnitteluparametri oli luoda nopeat tiedonsiirtoyhteydet mittausantureilta DSP-järjestelmään. Tämä toteutettiin käyttäen ohjelmointavia FPGA-logiikkapiirejä digitaalimuotoisen mittausdatan vastaanotossa ja esikäsittelyssä. Tiedonsiirtoyhteys PC-tietokoneelle toteutettiin käyttäen erityistä liityntäkorttia DSP-järjestelmän ja PC-tietokoneen välillä. Liityntäkortin päätehtävänä on puskuroida siirrettävä data. Järjestelyllä estetään PC-tietokoneen vaikutus DSP-järjestelmän toimintaan, jotta kyetään takaamaan järjestelmän reaaliaikainen toiminta kaikissa olosuhteissa.

FPGA:lle sulautetulla mikroprosessorilla toteutettu sähkökäytön säätöjärjestelmä

Sähkökäyttöjen ohjauselektroniikka koostuu yleensä hyvin monista eri komponenteista, jolloin järjestelmän toimivuutta haittaavat esimerkiksi piirilevyvetoihin kytkeytyvät häiriöt. Tässä diplomityössä selvitetään, kuinka sähkökäyttöjen ohjausjärjestelmä voidaan toteuttaa FPGA-piirillä ja sille sulautetulla mikroprosessorilla. Tällöin koko ohjausjärjestelmä toteutetaan käyttäen vain yhtä mikropiiriä. FPGA-piirit ovat ohjelmoitavia logiikkapiirejä, joiden koko ja nopeus ovat kasvaneet riittävän suuriksi tällaisiin järjestelmiin. FPGA-piirille voidaan toteuttaa sulautettu prosessori kahdella tapaa, laitteistolohkona tai käyttäen piirillä olevaa logiikkaa. Piirillä olevaa logiikkaa käyttäen saadaan monia etuja, kuten järjestelmän helppo päivittäminen ja ominaisuuksien muuttaminen. Xilinx tarjoaa FPGA-piireilleen ohjelmistopohjaisen MicroBlaze-nimisen prosessoriytimen, joka tehokkuutensa ansiosta soveltuu hyvin käytettäväksi monimutkaisissa järjestelmissä kuten tietoliikenne-, sulautetuissa ja kuluttajamarkkinoiden laitteissa. Jotta prosessoria voitaisiin käyttää mahdollisimman tehokkaasti, tutustutaan myös reaaliaikakäyttöjärjestelmän tarjoamiin etuihin ja sovelletaan tälläistä järjestelmää yksinkertaisen oikosulkumoottorin ohjausjärjestelmän toteuttamiseen.

Sulautetun järjestelmän Web-käyttö

Diplomityössä on tutkittu sulautetun järjestelmän liittämistä Ethernet-verkkoon sekä TCP/IP-protokollapinoon kuuluvien tavallisimpien protokollien toimintaa. Työn tuloksien perusteella on suunniteltu harjoitustyö, jota voidaan käyttää sähkötekniikan osaston opetuksessa. Työssä hankittiin Atmelin sulautettu Web-serverikortti (EWS) ja STK500-kortti serverin ohjelmointiin. Serverin mukana tuli Internet-yhteyden mahdollistava TCP/IP-pinon lähdekoodi. Työssä selvitettiin TCP/IP:hen kuuluvien protokollien toimintaa teoriassa ja käytännön toteutusta EWS:n avulla. Lähdekoodiin lisättiin ominaisuudet, joiden avulla laite hakee kellonaikatiedot aikapalvelimelta time-protokollaa käyttäen ja lähettää sähköpostia määriteltyyn osoitteeseen sähköpostipalvelimen kautta. Laitetta käytettiin sekä palvelimena että asiakkaana. Työssä perehdyttiin sulautettujen järjestelmien yleisiin ominaisuuksiin ja erilaisiin verkonhallinnan apuohjelmiin. Työssä tutkittiin palvelin- ja asiakaskoneen välillä Ethernetissä kulkevaa verkkoliikennettä. Työssä minimoitiin protokollatiedostojen viemä tila prosessorin muistista ja tutkittiin Internet-yhteyden kuluttamien kellojaksojen määrää. Työssä selvitettiin tietoturva-kysymysten merkitystä ja toteutusta sulautetuissa järjestelmissä.

Implementation of CORBA interface in a wireless device

CORBA (Common Object Request Broker Architecture) on laajalle levinnyt ja teollisuudessa yleisesti käytetty hajautetun tietojenkäsittelyn arkkitehtuuri. CORBA skaalautuu eri kokoisiin tarpeisiin ja sitä voidaan hyödynntää myös sulautetuissa langattomissa laitteissa. Oleellista sulautetussa ympäristössä on rakentaa rajapinnat kevytrakenteisiksi, pysyviksi ja helposti laajennettaviksi ilman että yhteensopivuus aikaisempiin rajapintoihin olisi vaarassa. Langattomissa laitteissa resurssit, kuten muistin määrä ja prosessointiteho, ovat hyvin rajalliset, joten rajapinta tulee suunnitella ja toteuttaa optimaalisesti. Palveluiden tulee ottaa huomioon myös langattomuuden rajoitukset, kuten hitaat tiedonsiirtonopeudet ja tiedonsiirron yhteydettömän luonteen. Työssä suunniteltiin ja toteutettiin CORBA-rajapinta GSM-päätelaitteeseen, jonka on todettu täyttävän sille asetetut tavoitteet. Rajapinta tarjoaa kaikki yleisimmät GSM-terminaalin ominaisuudet ja on laajennettavissa tulevia tuotteita ja verkkotekniikoita varten. Laajennettavuutta saavutetaan esimerkiksi kuvaamalla terminaalin ominaisuudet yleisellä kuvauskielellä, kuten XML:lla (Extensible Markup Language).

Protocol Specific Embedded Operating System

Sulautettujen järjestelmien määrä kuten niiden sisältämä älykkyyskin ovat viime vuosina kasvaneet merkittävästi. Sulautettujen ohjelmistojen yleistymistä ja monipuolistumista on edesauttanut sulautettujen laitteistojen prosessointitehon merkittävä kehittyminen, jonka myötä entistä vaativampien ohjelmistojen totetuttaminen sulautetusti on mahdollistunut. Seuraavana sulautettujen järjestelmien kehitysaskeleena on nähtävissä järjestelmien kommunikointikyvyn paraneminen ja siten uusien ja uudentyyppisten sulautettujen ratkaisujen toteuttaminen. VTT on päättänyt tutkia sulautettujen järjestelmien kommunikointia ja kehittää sulautettun protokolla-alustan. Tutkimuksen perusta on CVOPS protokollajärjestelmä, jota jatkokehittämällä pyritään toteuttamaan sulautettu protokollajärjestelmä, µCVOPS. Tässä diplomityössä esitetään kommunikaation sulautetulle järjestelmälle asettamia vaatimuksia, järjestelmän suunnittelu ja prototyypitys sulautetulla laitteistolla. Prototyypitykseen on käytetty sulautettua DragonBall mikrokontrolleria jonka käyttöjärjestelmänä käytettiin sulautettua Linux:a. Tälle alustalle on tehty CVOPS:sta modifioitu versio, jolla µCVOPS:ia pystytään simuloimaan.

Real-time Linux in electric drive systems

Reaaliaikaisten käyttöjärjestelmien käyttö sulautetuissa järjestelmissä on kasvamassa koko ajan. Sulautettuja tietokoneita käytetään yhä useammassa kohteessa kuten sähkökäyttöjen ohjauksessa. Sähkökäyttöjen ohjaus hoidetaan nykyisin yleensä nopealla digitaalisella signaaliprosessorilla (DSP), jolloin ohjelmointi ja päivittäminen on hidasta ja vaikeaa johtuen käytettävästä matalan tason Assembler-kielestä. Ratkaisuna yleiskäyttöisten prosessorien ja reaaliaikakäyttöjärjestelmien käyttö. Kaupalliset reaaliaikakäyttöjärjestelmät ovat kalliita ja lähdekoodin saaminen omaan käyttöön jopa mahdotonta. Linux on ei-kaupallinen avoimen lähdekoodin käyttöjärjestelmä, joten sen käyttö on ilmaista ja sitä voi muokata vapaasti. Linux:iin on saatavana useita laajennuksia, jotka tekevät siitä reaaliaikaisen käyttöjärjestelmän. Vaihtoehtoina joko kova (hard) tai pehmeä (soft) reaaliaikaisuus. Linux:iin on olemassa valmiita kehitysympäristöjä mutta ne kaipaavat parannusta ennen kuin niitä voidaan käyttää suuressa mittakaavassa teollisuudessa. Reaaliaika Linux ei sovellus nopeisiin ohjauslooppeihin (<100 ms) koska nopeus ei riitä vielä mutta nopeus kasvaa samalla kun prosessorit kehittyvät. Linux soveltuu hyvin rajapinnaksi nopean ohjauksen ja käyttäjän välille ja hitaampaan ohjaukseen.

Raskaan kaluston tiedonkeruujärjestelmä sulautettuna Java-ohjelmistona

Tämä insinöörityö tehtiin Sesca Logistics IT Oy:lle osana Tekesin VAMOS-hanketta. Logistiikan alan yritysten resursseja on kuluttanut puutteellinen ja hidas tietojen kulku toimiston ja ajoneuvon välillä. Perinteisesti ajoneuvosta tarvittujen tietojen kerääminen on tapahtunut kynällä paperille, ja tiedonkulku on perustunut puhelinyhteyteen toimiston ja ajoneuvon kuljettajan välillä. Työn tavoitteena oli toteuttaa automaattinen tietojenkeruu ajoneuvosta sekä ajoneuvon sisältämistä laitteista. Reaaliaikainen raskaan kaluston tiedonkeruujärjestelmä mahdollistaa ajoneuvoista automaattisesti kerättyjen tietojen helpon seurannan Internetin välityksellä. Työssä suunniteltiin raskaan kaluston ajoneuvotietokoneen sulautettu ohjelmisto sekä palvelinpään ohjelmisto ajoneuvosta lähetettyjen tietojen vastaanottamiseen. Työ aloitettiin arkkitehtuurisuunnittelulla, jonka tuloksena hahmotettiin järjestelmän olellisimmat komponentit sekä valittiin sopivimmat protokollat komponenttien väliseen tiedonsiirtoon Internet-verkossa. Ajoneuvotietokoneen ohjelmisto toteutettiin sulautettuna ohjelmistona Java ME -teknologialla, jossa hyödynnettiin UML-mallinnusta sekä tunnettuja suunnittelumalleja (design patterns). Palvelinpään tietojen vastaanottoohjelmisto toteutettiin Java SE -teknologialla. Työn lopputuloksena syntyi reaaliaikanen ja hajautettu tietojärjestelmä logistiikan alan tarpeisiin. Tietojärjestelmä kykenee tuottamaan reaalaikaista tietoa ajoneuvon sijainnista sekä ajoneuvon CAN-väylän sisältämistä tiedoista. Lisäksi tietojärjestelmä mahdollistaa tienhoitoajoneuvojen aurojen ja suolasirottimen seurannan. Tietojärjestelmän avulla yritykset voivat seurata kustannustehokkuuttaan ja saada nopeammin yksityiskohtaisempia tietoja ajoneuvojen tilasta.

Conceptual Design of Embedded Weather Display

The objective of this thesis work is to describe the Conceptual Design process of an embedded electronic display device. The work presents the following sub processes: definition of device specifications, introduction to the technological alternatives for system components and their comparison, comparative photometric measurements of selected display panels, and the design and building of a functional concept prototype. This work focuses mainly on electronics design, albeit the mechanical issues and fields of the software architecture that significantly affect the decisions are also discussed when necessary. The VESA Flat Panel Display Measurement (FPDM) 2.0 Standard was applied to the appropriate extent into photometric measurements. The results were analyzed against the requirement standards of a customer-specific display development project. An Active Matrix LCD was selected as the display of concept prototype, but also the excellent visual characteristics of Active Matrix OLED technology were noted. Should the reliability of the OLED products be significantly improved in the future, utilizing such products in the described application must be reconsidered.

Matkustajainformaatiojärjestelmän toteuttaminen junaan

Matkustajainformaatio junassa koostuu vaunujen ulkopuolisilla kylkinäytöillä esitettävistä junan lähtö-, väli- ja määräasematiedoista yhdessä junan ja vaunujen myyntinumeroiden kanssa sekä vaunujen sisäpuolella automaattisista kuulutuksista ja matkustamon näytöillä esitettävästä staattisesta ja vaihtuvasta informaatiosta. Työssä toteutetaan matkustajainformaatiojärjestelmä käytettäväksi matkustajunissa. Järjestelmään syötetään ennen matkan alkua junan tiedot, jonka jälkeen se toimii automaattisesti ilman tarvetta junahenkilökunnan toimenpiteille. Poikkeustilanteissa junahenkilökunta voi estää järjestelmän toiminnan tai valita esiohjelmointuja erikoiskuulutuksia. Toteuttamismenetelmäksi valittiin C-ohjelmointikieli Linux-käyttöjärjestelmällä varustetulla sulautetulla rautatiekäyttöön suunnitellulla laitealustalla.