Sistemas Espaciais de Computadores. Introdução Definindo o Sistema –Requisitos, Arquitetura, Elementos do Sistema Estimação dos Recursos –Processamento.

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1 Sistemas Espaciais de Computadores

2 Introdução Definindo o Sistema –Requisitos, Arquitetura, Elementos do Sistema Estimação dos Recursos –Processamento de Tarefas, Tamanho do Software e Throughput Discussão sobre as Fases de Desenvolvimento –Seleção do Hardware, Ambientes/Custos/Ferramentas e Metodologias de Desenvolvimento Integração e Teste de Sistema de Computadores

3 Introdução - Sistemas Modernos Computadores de Bordo + suporte em soloComputadores de Bordo + suporte em solo Tipos de sistemas # CaracterísticasTipos de sistemas # Características: –Sistemas embarcados # controle de tempo-real, alta confiabilidade –Computador de Bordo # utilizados para: navegação, monitoração, sensoriamento, processamento, armazenamento dos dados e comunicações. –Computador(es) de apoio de solo # pós-processamento, compressão de dados, interfaces com usuário, comandos para o satélite e monitoração remota (“saúde” do veículo, status e manutenção)

4 Definindo o Sistema

5 Introdução - Divisão de um sistema Sistema Software Hardware Hardware Software Documentação Sistema Operacional Aplicativos Documentação Periféricos CPU Memória Documentação Desenvolvidos pelo usuário ou sob-encomenda Tempo-real ou não

6 Introdução - Características Observáveis

7 Modelo Típico de Sistema Armazenamento (RAM) Troughput Processamento (CLOCK): Tipo de CPU

8 Definindo o Sistema Típico Identificar os modos operacionais “payload”, barramento, etc. Para chegarmos ao computador típico: Def. modos e estados operacionais do sistema Dividir funcionalmente e reservar os requisitos computacionais exigidos para os ambientes: espaço e segmento solo, subsistemas, e para o hardware e software. Avaliar interfaces internas e externas (análise de fluso de dados) Avaliar as arquiteturas candidatas (arquiteturas de procesamento, de dados e de hardware) Selecionar a arquitetura “típica” Desenvolver a configuração do sistema “típico’ a partir da arquitetura e requisitos de missão.

9 Procedimentos para obter o “Sistema Típico”

10 Atendendo às solicitações. “O que o sistema deve fazer? “Por que” deve ser feito (desafiar as necessidades)? “Como” concluí-lo e “Quais”altenativas? “Que funções” reservar para as várias partes do sistema? ‘Tais Funções são tecnicamente possíveis?” “Como Testar” (solicitações satisfeitas?)

11 Divisão Funcional - Modularização Identificar e agrupar funções de sistema: Similaridade funcional Complexidade do proc. Tipos de processamento (dados x sinais) Urgência dos Processos Solicitações de tempo e “throughput” Necessidade de armazenamento Necessidade de intervenção humana e segurança de vôo. Remodularização: Isto funciona? Faz exatamente o que se quer que faça? É simples e óbvio? (Cada componente faz exatamente 1 coisa?) É Eficiênte? Rápido? Proporciona uma interface clara? É confiável? É possível a manutenção? É possível ser testada?

12 Onde implementar, Bordo ou Solo?  Sistemas bordo/solo são autônomos?  Se não: Apresentam módulos com “tempo crítico”? Resposta: Considerando a TELEMETRIA... Wideband (> veloc.) => Processo “pode” ficar em SOLO (Transmissão de dados sem tratamento a bordo)? Narowband ( Processo “DEVE” manipular/comprimir dados a bordo para uma posterior transmissão ao Solo

13 Onde Executar? RAM e Firmware Firmware => processos permanentes (atualização desnecessária). RAM => Processos que podem ser atualizados após lançamento. (“críticos” mas “não vitais” à missão). Hardware=> Operações “seletivas”. ( interfaces x soft-drivers).

14 Selecionando a Arquitetura Perguntas: 1) A arquitetura permite satisfazer as necessidades da missão? 2) A arquitetura é complexa? 3) Pode-se testar o sistema considerando tal arquitetura? 4) Pode-se “manter” o sistema com esta arquitetura?

15 Tipos de Arquiteturas

16 Características das Arquiteturas Centralizada a) I nterface entre unidades de processamento e um computador central (nó central) b) não permite adicionar nós sem afetar hardware e software do sistema central c) CPU Central => ponto de falha => > risco. d) falha em uma unidade não interfere nas outras. Distribuida a) Barramento comum p/ todos os processadores b) Uso de protocolos nas comunicações, tipo comando/resposta c) Facilidade de expansão. Anel a) Maior facilidade de adicionar nós sem afetar a unidade central b) Falha em uma unidade INTERFERE nas demais (alto risco).

17 Análise Funcional e Fluxo de Dados

18 Elementos do Sistema de Computadores ISA Instruction Set Arquiteture

19 ISA - Critério de Escolha Facilidades (instruções) para acessar o hardware Vantagens e desvantagens de utilizar ISAs de “uso-geral”(*) ou “customizadas” –(*) desvantagem: velocidade. (Não foram projetadas para algoritimos particulares => (>) software –(*) vantagem: Economia e riscos de desenvolvimento de uma ISA dedicada. Firmware Linguagens de programação.

20 Códigos e Dados - Onde ficarão? RAM ou ROM? 1) Códigos e dados não são modificados. ROM 2) Códigos e dados críticos para: o satélite, segurança da “payload”, tripulantes e missão => ROM (problemas de radiação espacial das RAMs) 3) Códigos e Dados para o lançamento. (Satélites sobem com coomputador de bordo desligados!). 4) Onde se exige flexibilidade PÓS-LANÇAMENTO => download p/ RAM

21 Linguagens

22 Estimando os Recursos Processamento de Tarefas Tamanho e Throughput do Software Critérios de Seleção de Linguagens

23 Tarefas Sistema de Controle de Bordo –Determinação e Controle de Atitude e Órbita (processamento matemático intensivo, exigindo rigorosamente: precisão e rapidez) Sistema de gerenciamento –Detecção de falhas, correções, agendamento de eventos de longa duração, gerenciamento do sistema da “payload”. Envolve fluxo de controle e lógica intensiva. Pouco processamento de ponto-flutuante. Software de dados da Missão –Manipulação (e compactação) de dados. Requer processador de sinais e grande capacidade de armazenamento. Sistema Operacional

24 Tamanho do Software e Throughput Recursos para as aplicaçõesRecursos para as aplicações Recursos para as Funções do Sistema OperacionalRecursos para as Funções do Sistema Operacional.

25 Critérios de Seleção de Linguagens

26 Níveis de Testes

27 Integração e Testes de Sistemas de Computadores Testes (software + hardware + documentação) caminham com o projeto. –Alternativas: uso de procedimentos Top-Down. Testa-se o sistema com o computador se tornando um sub-sistema na configuração do sistema. Calibração “só acontece em órbita” depois de procedimentos de inspeção do sistema. Métodos de Teste de software (DOD-STD-2167). –Planos de Teste: Definido no início do projeto e mantido. –Procedimentos de Teste: Resultados 100% em todas as fases. Tolerâncias Resultados esperados “Pro-leigo” (Documentação: Qualquer pessoa “leiga” deve ser capaz de realizar o teste). –Documentação: Textos sem erros ou interpretação dupla. Identificar e entender todas as anormalidades (anotar)

28 Outras considerações no Desenvolvimento de Software

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