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CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Os sistemas embarcados são vitais na transição para um mundo mais conectado. Eles se diferem dos tradicionais sistemas de informação por uma série de fatores, largamente influenciados, pela proximidade (interseção) com o “mundo real”. De forma geral, programas computacionais podem ser vistos, ou melhor, construídos sob duas perspectivas: seja a partir de uma visão próxima à máquina, ou através de abstrações de alto nível. No que tange os software embarcados, é nítido o domínio da primeira classe de atuação. As recentes falhas, todavia, propõe uma mudança de paradigma, ao acreditar que os métodos vigentes não são suficientes para lidar com as dificuldades contemporâneas. Rust, mesmo sendo uma linguagem de sistemas, se alinha com a segunda tendência de pensamento. Apoiada em verificações estáticas, e algumas validações dinâmicas, essa linguagem oferece ao desenvolvedor a possibilidade de, idiomaticamente, criar soluções confiáveis. Rust combina técnicas que, até então, eram restritas à linguagens de pesquisa, de uma forma surpreendentemente ergonômica e eficiente. O presente trabalho, amparado em modelos de computação pertinentes ao escopo, explora o uso dessa linguagem no contexto das aplicações microcontroladas. Após breve introdução, apresenta-se, como contribuição, uma biblioteca de abstração de hardware, em Rust, construída com a finalidade de traduzir propriedades “mecânicas” do hardware para abstrações seguras em software. Em seguida, são explicitados os mecanismos de controle da complexidade proveniente da natureza física dessas aplicações. Um modelo de temporalização via timer-wheels e dois padrões de construção de software, de alto nível, complementares o modelo de baixo nível (tarefas e recursos) pregado pela framework RTFM (Real-Time for The Masses) são as demais contribuições deste trabalho. Em suma, as técnicas aqui apresentadas foram pensadas para adaptar a linguagem Rust às características das aplicações embarcadas. O resultado são software mais confiáveis e seguros. Embedded systems are particularly vital in the transition to a more connected world. They differ from traditional information systems by a series of factors, largely influenced by proximity (intersection) with the "real world". In general, computer programs can be seen, or rather, constructed from two perspectives: either from a computer-oriented view, or through computation-oriented abstractions. With regard to embedded software, the domain of the first class of thinking is clear. The recent flaws, however, propose a paradigm shift, believing that current methods are not enough to deal with contemporary difficulties. Rust, even though it is a systems language, aligns with the second thinking trend. Based on static verifications, and some dynamic validations, this language gives the developer the possibility to create trustworthy solutions. Rust combines techniques that until then were restricted to search languages ​​in a surprisingly ergonomic and efficient way. The present work, based on computation models pertinent to the scope, explore the use of this language in the context of microcontrolled applications. After a brief introduction, the contribution is presented, a hardware abstraction library, in Rust, built for the purpose of translating "mechanical" properties of the hardware into secure abstractions into software. Then, mechanisms to control the complexity coming from the physical nature of these applications are explained. A “timer-wheel” timing model and two high-level software building standards, complementary to the low-level model (tasks and resources) preached by the RTFM framework (Real-Time for The Masses) are the other contributions of this work. In short, the techniques presented here were designed to adapt the Rust language to the characteristics of embedded applications. The result is more reliable and secure software. Dissertação (Mestrado)

A Indústria 4.0, ou manufatura avançada, está promovendo uma nova revolução industrial através da integração de tecnologias computacionais e de comunicação. O desenvolvimento dos Sistemas Ciberfísicos e o emprego da Internet das Coisas e Serviços podem ser considerados como peças chave para o desenvolvimento dessa revolução. Quanto aos Sistemas Ciberfísicos (CPS), a arquitetura 5C apresenta-se como uma das mais relevantes na literatura, mas apenas enumera as funções necessárias a constituição de um CPS, sem dar maiores detalhes de desenvolvimento e implementação. Por outro lado, a utilização do Computador de Placa Única (Single Board Computer - SBC) já encontra aplicações em diversas áreas como controle industrial de eletrônicos de consumo, instrumentos médicos, comunicação em rede, automóveis e outros dispositivos portáteis. O presente trabalho tem por objetivo principal, classificar dispositivos SBC que ofereçam suporte a implementações que atendam aos requisitos da Industria 4.0, mais especificamente como plataforma de hardware para a arquitetura 5C. Essa classificação e feita a partir da definição de um conjunto de funções mínimo que estes dispositivos devem oferecer para que possam ser integrados a uma rede de dispositivos CPS. Um estudo de caso demonstra quais são essas funcionalidades mínimas e o uso de alguns SBCs dentro destas condições. Industry 4.0, or advanced manufacturing, is promoting a new industrial revolution through the integration of computing and communication technologies. The development of Cyber Physical Systems (CPS) and the use of the Internet of Things and Services can be seen as key to the development of this new revolution. As for Cyber Physical Systems, the 5C architecture is one of the most relevant in the literature, but only lists the functions necessary to build CPS, without giving further development and implementation details. On the other hand, the use of Single Board Computer (SBC), already finds applications in industrial control of consumer electronics, medical instruments, network communication, automobiles and other portable devices. The main objective of this work is to classify SBC devices that support implementations that meet the requirements of Industry 4.0, more specifically as hardware platform for the 5C architecture. This classification is made from the definition of a minimum set of functions that these devices must offer so that they can be integrated into a network of CPS devices. A case study demonstrates what these minimum functionalities are and the use of some SBCs within these conditions.

A popularização do uso de dispositivos eletrônicos com poder para percepção e atuação no meio computacional, apresenta um cenário propício para interação entre as diferentes tecnologias e dispositivos. Neste novo contexto tecnológico novas relações entre os seres humanos e seu meio, seja físico e/ou virtual, podem se estabelecer, requerendo o estudo, para desenvolver métodos capazes de suportar o potencial de troca e uxo de informação, decorrente deste novo cenário sócio-interacionista. Esta dissertação visa estudar estas relações provenientes da intercessão de ambientes reais e virtuais, através de modelos e ferramentas computacionais que os dêem suporte. O trabalho resgata os conceitos de Sistemas Físicos Cibernéticos (CPS), internet das coisas (IoT), Hipertexto e protocolos de comunicação, buscando na sua integração, subsídios para tratar os desa os tecnológicos presentes nestes novos ambientes de interação da sociedade. The popularization of the use of electronic devices with power for perception and action in the computational environment, presents a scenario conducive to interaction between di erent technologies and devices. In this new technological context new relationships between humans and their environment, whether physical and/or virtual, can be established, justifying the study to development of methods capable of withstanding the potential for exchange and ow of information, under this new scenario socio-interactionist. This dissertation aims to study these relationships from the intersection of real and virtual environments, through models and computational tools that provide the foundation. The work rescues the concepts of Cyber Physical Systems (CPS), Internet of Things (IoT), Hypertext and communication protocols, seeking integration, subsidies to address the technology challenges present in these new environments of interaction of society.