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Universidade Federal da Bahia |
Repositório Institucional da UFBA
Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/42185
Tipo: Tese
Título: Métodos estatísticos e de inteligência computacional para análise temporal em sistemas de tempo real.
Título(s) alternativo(s): Statistical and computational intelligence methods for temporal analysis in real-time systems.
Autor(es): Andrade, Tadeu Nogueira Costa de
Primeiro Orientador: Lima, George Marconi de Araújo
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Lima, Verônica Maria Cadena
metadata.dc.contributor.referee1: Lima, George Marconi de Araújo
metadata.dc.contributor.referee2: Bletsas, Konstantinos
metadata.dc.contributor.referee3: Gracioli, Giovani
metadata.dc.contributor.referee4: Freitas, Allan Edgard Silva
metadata.dc.contributor.referee5: Peixoto, Maycon Leone Maciel
Resumo: Sistemas em tempo real (RTS) são compostos por um conjunto de tarefas (trechos de código) sendo lançadas recorrentemente para serem executadas e devem cumprir prazos. Projetar um sistema desse tipo de forma comprovadamente correta requer informações sobre o tempo de execução no pior caso (WCET) para cada uma de suas tarefas. No entanto, estimar o WCET está se tornando cada vez mais difícil devido à alta complexidade de hardware e software presentes nas plataformas modernas atuais. Isso tem motivado o uso de técnicas para derivar o tempo de execução probabilístico no pior caso (pWCET). A maioria das abordagens existentes se baseia em medir o tempo de execução das tarefas do sistema na plataforma alvo. Como as medições são realizadas durante o tempo de projeto, as amostras coletadas podem levar a estimativas não confiáveis (devido a um possível viés de medição) ou não representativas (devido às dificuldades na reprodução das condições operacionais). A necessidade de tornar as amostras compatíveis com as suposições da modelagem estatística é uma fonte adicional de dificuldade. Dadas as complexidades apresentadas, foram desenvolvidos dois estudos com objetivos distintos. No primeiro estudo, uma representação do tempo de execução é realizada com base em eventos de hardware, considerando diferentes ferramentas de inteligência computacional. Mais especificamente, para um programa sob análise, é mostrado que o tempo de execução T (n) por número n de instruções executadas pode ser correlacionado com ocorrências de eventos relacionados ao hardware. No segundo estudo, uma nova abordagem para análise temporal probabilística baseada em medição (MBPTA) é apresentada. Ao contrário de MBPTA usual, que considera apenas T (n) como a variável de interesse, essa nova abordagem incorpora uma variável de interesse que considera tanto T (n) quanto n. Utilizar tuplas (n, T (n)) para diferentes valores de n possibilita explorar múltiplos caminhos de execução. Além disso, essa nova abordagem permite que o conjunto de medições seja avaliado e aprimorado. Para esse propósito, redes neurais profundas (DNN) são empregadas. Uma vez que as medições são consideradas representativas, é possível estimar limites probabilísticos do tempo de execução. Resultados experimentais indicam uma diferença de até 30% entre as estimativas obtidas com amostras aprimoradas pela abordagem proposta e as amostras não aprimoradas. As abordagens são avaliadas considerando diferentes modelos de arquiteturas e programas, e os resultados obtidos demonstram eficácia nos estudos propostos.
Abstract: Real-time systems (RTS) are composed of a set of tasks (code segments) that are recurrently launched to be executed and must meet deadlines. Designing such a system in a provably correct manner requires information about the worst-case execution time (WCET) for each of its tasks. However, estimating the WCET is becoming increasingly challenging due to the high complexity of hardware and software in modern platforms. This has motivated the use of techniques to derive the probabilistic worst-case execution time (pWCET). Most existing approaches rely on measuring the execution time of system tasks on the target platform. As measurements are taken during the design time, collected samples may lead to unreliable estimates (due to possible measurement bias) or non-representative ones (due to difficulties in reproducing operational conditions). The need to make samples compatible with the assumptions of statistical modeling is an additional source of difficulty. Given the complexities presented, two studies with distinct objectives were developed. In the first study, a representation of execution time is performed based on hardware events, considering different computational intelligence tools. Specifically, for a program under analysis, it is shown that the execution time T(n) per number n of executed instructions can be correlated with occurrences of hardwarerelated events. In the second study, a new approach for Measurement-Based Probabilistic Timing Analysis (MBPTA) is presented. Unlike the usual MBPTA, which considers only T(n) as the variable of interest, this new approach incorporates a variable of interest that considers both T(n) and n. Using tuples (n, T(n)) for different values of n allows for exploring multiple execution paths. Additionally, this new approach allows the set of measurements to be evaluated and improved. For this purpose, deep neural networks (DNN) were employed. Since the measurements are considered representative, it is possible to estimate probabilistic bounds on the execution time. Experimental results indicate a difference of up to 30% between the estimates obtained using samples refined by the proposed approach and those obtained using non-refined samples. The approaches are evaluated considering different hardware and program models, and the results obtained demonstrate effectiveness in the proposed studies.
Palavras-chave: Tempo de execução de pior caso
Inteligência computacional
Análise estatística
Arquitetura multinúcleo
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Idioma: por
País: Brasil
Editora / Evento / Instituição: Universidade Federal da Bahia
Sigla da Instituição: UFBA
metadata.dc.publisher.department: Instituto de Computação - IC
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação (PGCOMP) 
Citação: ANDRADE, Tadeu Nogueira Costa de. Métodos estatísticos e de inteligência computacional para análise temporal em sistemas de tempo real. 2025. 148 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Instituto de Computação, Universidade Federal da Bahia, Salvador (Bahia), 2025.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/42185
Data do documento: 27-Mar-2025
Aparece nas coleções:Tese (PGCOMP)

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