Software framework of control systems on an MPSoCs platform

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Vancin, Paulo Henrique
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: eng
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
Texto Completo: https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/10792
Resumo: Com a crescente complexidade de sistemas robóticos, diversos aspectos de seu controle tornam-se desafiantes. O sensoriamento gera agregados de dados volumosos a coletar e processar; atuadores demandam a rápida manipulação de sinais, e controladores evoluem para usar algoritmos sofisticados. Tal progressão de demanda exige um aumento do poder de processamento. Novas tecnologias de processadores podem introduzir limites energéticos. Esses limites, implicam em reduzir que a totalidade de recursos intra-chip seja simultaneamente empregada no seu máximo de desempenho. Dada esta limitação física, alternativas são necessárias para aumentar o desempenho do hardware. Soluções apontam para o paralelismo e a computação heterogênea. Um sistema de computação heterogênea distribui dados, processamento e execução de programas em diferentes processadores. Esta Tese propõe aplicar sistemas de controle digital em sistemas de computação heterogênea e paralela para aumenta a eficiência do controle, permitindo adicionar múltiplas técnicas a este. Exemplos são a descentralização da arquitetura de controle, a auto adaptação do controlador, técnicas de tolerância à falhas e a gestão de energia. A Tese propõe um arcabouço de programação para implementar sistemas de controle sobre sistemas multiprocessados on-chip (MPSoCs). O arcabouço foi desenvolvido de forma genérica, visando servir a múltiplos artefatos robóticos. O estudo de caso de aplicação usado é um veículo aéreo não-tripulado quadrirrotor. Tal tipo de veículo possui uma dinâmica rápida e alta sensibilidade à falhas e demanda por gestão de energia e controladores poderosos. O arcabouço de software foi embarcado em um ambiente de simulação habilitado a simular tanto o MPSoC quanto o quadrirrotor. Um conjunto de experimentos valida a hipótese geral da tese. Eles testam itens como requisitos temporais, descentralização do controle, capacidade de realizar controles com baixo impacto no desempenho, tolerância à falhas e gestão de energia e adaptatividade dos controladores.
id P_RS_7cde5d38185478faaab3b0b2e07804a8
oai_identifier_str oai:tede2.pucrs.br:tede/10792
network_acronym_str P_RS
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
repository_id_str
spelling Moraes, Fernando Gehmhttp://lattes.cnpq.br/2509301929350826http://lattes.cnpq.br/2727986890129585Vancin, Paulo Henrique2023-05-30T13:37:14Z2023-01-19https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/10792Com a crescente complexidade de sistemas robóticos, diversos aspectos de seu controle tornam-se desafiantes. O sensoriamento gera agregados de dados volumosos a coletar e processar; atuadores demandam a rápida manipulação de sinais, e controladores evoluem para usar algoritmos sofisticados. Tal progressão de demanda exige um aumento do poder de processamento. Novas tecnologias de processadores podem introduzir limites energéticos. Esses limites, implicam em reduzir que a totalidade de recursos intra-chip seja simultaneamente empregada no seu máximo de desempenho. Dada esta limitação física, alternativas são necessárias para aumentar o desempenho do hardware. Soluções apontam para o paralelismo e a computação heterogênea. Um sistema de computação heterogênea distribui dados, processamento e execução de programas em diferentes processadores. Esta Tese propõe aplicar sistemas de controle digital em sistemas de computação heterogênea e paralela para aumenta a eficiência do controle, permitindo adicionar múltiplas técnicas a este. Exemplos são a descentralização da arquitetura de controle, a auto adaptação do controlador, técnicas de tolerância à falhas e a gestão de energia. A Tese propõe um arcabouço de programação para implementar sistemas de controle sobre sistemas multiprocessados on-chip (MPSoCs). O arcabouço foi desenvolvido de forma genérica, visando servir a múltiplos artefatos robóticos. O estudo de caso de aplicação usado é um veículo aéreo não-tripulado quadrirrotor. Tal tipo de veículo possui uma dinâmica rápida e alta sensibilidade à falhas e demanda por gestão de energia e controladores poderosos. O arcabouço de software foi embarcado em um ambiente de simulação habilitado a simular tanto o MPSoC quanto o quadrirrotor. Um conjunto de experimentos valida a hipótese geral da tese. Eles testam itens como requisitos temporais, descentralização do controle, capacidade de realizar controles com baixo impacto no desempenho, tolerância à falhas e gestão de energia e adaptatividade dos controladores.With the increasing complexity of robotic systems, many aspects of their control system architecture also become more complex. Sensing produces huge data aggregates to collect and process; actuators demand rapid signal manipulation, and controllers evolve to include highly complex algorithms. This progression in processing demand requires computing power to keep up. However, new processor technologies introduce power limits. These limits, implies that the dissipation of energy inside the chip prevents all its resources from being used simultaneously at their maximum performance rate. With this physical limitation, a distinct method is needed to continue to increase hardware performance. One way to deal with such high processing demands is through the use of heterogeneous computing. A heterogeneous computing system distributes data, processing, and program execution across different processors. The basic idea of this thesis is that the application of a digital control system in a heterogeneous computing system increases the efficiency of the controller, while allowing multiple techniques to be added to the control. Examples are the decentralization of the control architecture, the self-adaptation of the controller, fault tolerance techniques and the energy management. This thesis actually proposes a software framework for the implementation of control systems in a multiprocessor embedded system (MPSoC). This framework was developed in a generic way to serve multiple robotic artifacts. The application case study employed herein is a quadrotor unmanned aerial vehicle. Such an example of robotic equipment is considered due to its fast dynamics, its sensitivity to faults and its high demand for energy management and powerful controllers. The software framework was embedded in a simulation environment capable of simulating both the processor and the quadrotor. Six sets of experiments validate the general hypothesis of the thesis. These experiments tested the time requirements, the decentralization of the control architecture, the ability to process complex control algorithms without impacting the performance, the intra-chip fault tolerance, not forgetting the power management applications and the self-adaptation of controllersSubmitted by PPG Ciência da Computação (ppgcc@pucrs.br) on 2023-05-11T18:50:31Z No. of bitstreams: 1 PAULO HENRIQUE VANCIN_TES.pdf: 8428809 bytes, checksum: e7c6ce81b3978fe35529e07c950e30fd (MD5)Approved for entry into archive by Sarajane Pan (sarajane.pan@pucrs.br) on 2023-05-30T13:28:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PAULO HENRIQUE VANCIN_TES.pdf: 8428809 bytes, checksum: e7c6ce81b3978fe35529e07c950e30fd (MD5)Made available in DSpace on 2023-05-30T13:37:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PAULO HENRIQUE VANCIN_TES.pdf: 8428809 bytes, checksum: e7c6ce81b3978fe35529e07c950e30fd (MD5) Previous issue date: 2023-01-19Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESapplication/pdfhttps://tede2.pucrs.br/tede2/retrieve/187666/PAULO%20HENRIQUE%20VANCIN_TES.pdf.jpgengPontifícia Universidade Católica do Rio Grande do SulPrograma de Pós-Graduação em Ciência da ComputaçãoPUCRSBrasilEscola PolitécnicaControl SystemsEmbedded SystemsHeterogeneous ComputingRoboticsMPSoCSistemas de ControleSistemas EmbarcadosComputação HeterogêneaRobóticaMPSoCCIENCIA DA COMPUTACAO::TEORIA DA COMPUTACAOSoftware framework of control systems on an MPSoCs platformArcabouço de programação de sistemas de controle sobre uma plataforma MPSoCsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisTrabalho não apresenta restrição para publicação-4570527706994352458500500600-8620782570833253013590462550136975366info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RSinstname:Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)instacron:PUC_RSTHUMBNAILPAULO HENRIQUE VANCIN_TES.pdf.jpgPAULO HENRIQUE VANCIN_TES.pdf.jpgimage/jpeg5299https://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/10792/4/PAULO+HENRIQUE+VANCIN_TES.pdf.jpg29393d6d9b81c8eecf081fc50a58f11fMD54TEXTPAULO HENRIQUE VANCIN_TES.pdf.txtPAULO HENRIQUE VANCIN_TES.pdf.txttext/plain397160https://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/10792/3/PAULO+HENRIQUE+VANCIN_TES.pdf.txt3d87601cb145fd03ab50e5d5ed56c79cMD53ORIGINALPAULO HENRIQUE VANCIN_TES.pdfPAULO HENRIQUE VANCIN_TES.pdfapplication/pdf8428809https://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/10792/2/PAULO+HENRIQUE+VANCIN_TES.pdfe7c6ce81b3978fe35529e07c950e30fdMD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-8590https://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/10792/1/license.txt220e11f2d3ba5354f917c7035aadef24MD51tede/107922023-05-30 12:00:18.083oai:tede2.pucrs.br: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://tede2.pucrs.br/tede2/PRIhttps://tede2.pucrs.br/oai/requestbiblioteca.central@pucrs.br||opendoar:2023-05-30T15:00:18Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS - Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)false
dc.title.por.fl_str_mv Software framework of control systems on an MPSoCs platform
dc.title.alternative.por.fl_str_mv Arcabouço de programação de sistemas de controle sobre uma plataforma MPSoCs
title Software framework of control systems on an MPSoCs platform
spellingShingle Software framework of control systems on an MPSoCs platform
Vancin, Paulo Henrique
Control Systems
Embedded Systems
Heterogeneous Computing
Robotics
MPSoC
Sistemas de Controle
Sistemas Embarcados
Computação Heterogênea
Robótica
MPSoC
CIENCIA DA COMPUTACAO::TEORIA DA COMPUTACAO
title_short Software framework of control systems on an MPSoCs platform
title_full Software framework of control systems on an MPSoCs platform
title_fullStr Software framework of control systems on an MPSoCs platform
title_full_unstemmed Software framework of control systems on an MPSoCs platform
title_sort Software framework of control systems on an MPSoCs platform
author Vancin, Paulo Henrique
author_facet Vancin, Paulo Henrique
author_role author
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Moraes, Fernando Gehm
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/2509301929350826
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/2727986890129585
dc.contributor.author.fl_str_mv Vancin, Paulo Henrique
contributor_str_mv Moraes, Fernando Gehm
dc.subject.eng.fl_str_mv Control Systems
Embedded Systems
Heterogeneous Computing
Robotics
MPSoC
topic Control Systems
Embedded Systems
Heterogeneous Computing
Robotics
MPSoC
Sistemas de Controle
Sistemas Embarcados
Computação Heterogênea
Robótica
MPSoC
CIENCIA DA COMPUTACAO::TEORIA DA COMPUTACAO
dc.subject.por.fl_str_mv Sistemas de Controle
Sistemas Embarcados
Computação Heterogênea
Robótica
MPSoC
dc.subject.cnpq.fl_str_mv CIENCIA DA COMPUTACAO::TEORIA DA COMPUTACAO
description Com a crescente complexidade de sistemas robóticos, diversos aspectos de seu controle tornam-se desafiantes. O sensoriamento gera agregados de dados volumosos a coletar e processar; atuadores demandam a rápida manipulação de sinais, e controladores evoluem para usar algoritmos sofisticados. Tal progressão de demanda exige um aumento do poder de processamento. Novas tecnologias de processadores podem introduzir limites energéticos. Esses limites, implicam em reduzir que a totalidade de recursos intra-chip seja simultaneamente empregada no seu máximo de desempenho. Dada esta limitação física, alternativas são necessárias para aumentar o desempenho do hardware. Soluções apontam para o paralelismo e a computação heterogênea. Um sistema de computação heterogênea distribui dados, processamento e execução de programas em diferentes processadores. Esta Tese propõe aplicar sistemas de controle digital em sistemas de computação heterogênea e paralela para aumenta a eficiência do controle, permitindo adicionar múltiplas técnicas a este. Exemplos são a descentralização da arquitetura de controle, a auto adaptação do controlador, técnicas de tolerância à falhas e a gestão de energia. A Tese propõe um arcabouço de programação para implementar sistemas de controle sobre sistemas multiprocessados on-chip (MPSoCs). O arcabouço foi desenvolvido de forma genérica, visando servir a múltiplos artefatos robóticos. O estudo de caso de aplicação usado é um veículo aéreo não-tripulado quadrirrotor. Tal tipo de veículo possui uma dinâmica rápida e alta sensibilidade à falhas e demanda por gestão de energia e controladores poderosos. O arcabouço de software foi embarcado em um ambiente de simulação habilitado a simular tanto o MPSoC quanto o quadrirrotor. Um conjunto de experimentos valida a hipótese geral da tese. Eles testam itens como requisitos temporais, descentralização do controle, capacidade de realizar controles com baixo impacto no desempenho, tolerância à falhas e gestão de energia e adaptatividade dos controladores.
publishDate 2023
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2023-05-30T13:37:14Z
dc.date.issued.fl_str_mv 2023-01-19
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/10792
url https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/10792
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.relation.program.fl_str_mv -4570527706994352458
dc.relation.confidence.fl_str_mv 500
500
600
dc.relation.cnpq.fl_str_mv -862078257083325301
dc.relation.sponsorship.fl_str_mv 3590462550136975366
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação
dc.publisher.initials.fl_str_mv PUCRS
dc.publisher.country.fl_str_mv Brasil
dc.publisher.department.fl_str_mv Escola Politécnica
publisher.none.fl_str_mv Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
instname:Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)
instacron:PUC_RS
instname_str Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)
instacron_str PUC_RS
institution PUC_RS
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
bitstream.url.fl_str_mv https://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/10792/4/PAULO+HENRIQUE+VANCIN_TES.pdf.jpg
https://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/10792/3/PAULO+HENRIQUE+VANCIN_TES.pdf.txt
https://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/10792/2/PAULO+HENRIQUE+VANCIN_TES.pdf
https://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/10792/1/license.txt
bitstream.checksum.fl_str_mv 29393d6d9b81c8eecf081fc50a58f11f
3d87601cb145fd03ab50e5d5ed56c79c
e7c6ce81b3978fe35529e07c950e30fd
220e11f2d3ba5354f917c7035aadef24
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS - Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)
repository.mail.fl_str_mv biblioteca.central@pucrs.br||
_version_ 1799765361110810624

Registros relacionados