Sistema de aquisição de sinais em tempo real baseado em Linux

Abstract

Vivemos na era digital mas o mundo real que conhecemos é analógico. Na fronteira entre os dois mundos, residem os sistemas de aquisição de sinais, responsáveis por quantificar a informação relevante do mundo que nos rodeia, o mundo analógico, no formato adequado, compatível com o mundo digital das aplicações de software e sistemas de controlo. A necessidade de eficiência nos processos, exatidão, repetibilidade, são fatores de impulsão na automatização de sistemas, a necessidade de obter a informação relevante, acerca de determinadas tarefas, da qual dependem decisões que o sistema de controlo automático deve tomar, lançam a questão de quando, como e que parte dessa informação seria necessária para caracterizar um sistema automático, tornando-o capaz de responder a um determinado conjunto de operações de forma autónoma. Sistemas de aquisição de sinais são normalmente subsistemas de um sistema maior, sendo muitas vezes modulados na forma de sistemas embebidos. A necessidade de segurança, proteção, confiabilidade e disponibilidade, dos sistemas embebidos, pode ser proporcionado pelo ambiente de um sistema operativo. O crescente sucesso do sistema operativo Linux e a contínua evolução ao longo das décadas, levou a sua difusão no mundo dos sistemas embebidos. Alguns sistemas embebidos apresentam requisitos de tempo real, como são exemplos o controlo de alguns processos na indústria moderna, sistemas usados na aviação, indústria espacial, automóvel, entre outros. Neste tipo de sistemas, a falha no cumprimento de um requisito, como é exemplo o deadline na execução de determinada tarefa, pode comprometer a integridade do sistema de controlo, sendo que neste caso, o sistema entra em falha por definição. Nesta dissertação, pretende-se desenvolver um sistema de aquisição de sinais, com requisitos de tempo real, baseado em Linux. A validação deste sistema, será verificada através da integração deste no domínio dos sistemas de energia, sendo considerados como sistemas de tempo real e que possuem requisitos incompatíveis com a grande maioria dos sistemas operativos da atualidade, sendo que muitas vezes, estes requisitos apenas podem ser satisfeitos através de hardware dedicado.

We live in the digital age but the real world that we know is analog. On the boundary between the two worlds, lies the signal acquisition systems, responsible for quantifying the relevant information from the world around us, the analog world, in the proper format, compatible with the digital world of software applications and control systems. The need for process efficiency, accuracy, repeatability, are impelling factors in automation systems, the need to obtain relevant information about certain tasks, which depend on decisions that the automatic control system should take, introduce the question when, how and how much of that information would be needed to characterize an automatic system, making it capable of responding to a given set of operations autonomously. Signal acquisition systems are typically subsystems of a larger system, often modulated as embedded systems. The need for safety, security, reliability and availability of embedded systems can be provided by an operating system environment. The growing success of the Linux operating system and continuous evolution over the decades, led to its spread in the world of embedded systems. Some embedded systems have real-time requirements, as are examples of some of the control processes in modern industry, systems used in aviation, space industry, automotive, among others. In such systems, the failure to comply with a requirement, as is the example deadline in execution of certain task, can compromise the integrity of the control system, in which case, the system goes into failure by definition. In this dissertation, is intended to develop a signal acquisition system with real-time requirements, based on Linux. The validation of this system, will be verified by its incorporation in the field of power systems, being considered as real-time systems and the requirements are incompatible with most operating systems, and many times, these requirements can only be satisfied by dedicated hardware.