Software framework of control systems on an MPSoCs platform - Vancin, Paulo Henrique (2023)
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.