Sistema híbrido de aquisição em tempo-real baseado em Linux

Abstract

A maioria dos sistemas de monitorização e controlo presentes na indústria moderna são implementados tendo por base sistemas de aquisição em tempo-real, uma vez que é necessário quantificar as correspondentes grandezas físicas do mundo real para o formato adequado de modo a que as componentes digitais do sistema possam atuar sobre esses dados adquiridos. Uma vez que o mundo real é analógico, a procura por sistemas de aquisição tempo-real, com altas-resoluções, mais rápidos, seguros, fidedignos e com baixo consumo energético tem vindo a aumentar. Os vários benefícios tecnológicos do sistema operativo Linux, como a portabilidade, configurabilidade e modularidade, impulsionou a sua adoção por parte dos sistemas embebidos. O sistema a desenvolver tem de cumprir os requisitos estabelecidos, satisfazendo a maioria dos sistemas industriais com requisitos de tempo-real. De modo a assegurar que estes requisitos temporais são cumpridos são utilizadas técnicas de aceleração do processador em hardware recorrendo a FPGA. Este sistema de aquisição oferece um conjunto de serviços e funcionalidades que permitem abstrair a complexidade e os detalhes de implementação ao utilizador/designer de um sistema maior. Posteriormente, de forma a verificar e validar o sistema desenvolvido, este foi integrado num cenário da aplicação no domínio de sistemas de energia.

A large number of embedded systems for industrial applications are based on data acquisition system, due to the fact they must quantify the relevant information from the real world, in the proper format, to be analyzed and processed by the digital system, in order to be able to actuate on their environment. Since the real world is analog, the demand for real time, reliable, with higher resolutions and faster acquisition systems has been growing. The acquisition system that is meant to be developed tackles the requirements stated previously, therefore being able to be used in control and monitor systems in the several sectors of the modern industry, such as automotive, space industry, medicine, aviation, among others. In this dissertation, a generic parametrizable real-time acquisition system was developed, based on Linux OS, in order to ensure the fulfillment of the previously mentioned real-time requirements, some tasks were offloaded into dedicated hardware implemented in a FPGA. This system provides a set of functionalities and services that allows to control it, hiding the details of the implementation from the user/designer. As a mean of validation of this system, it was developed an application scenario in the energy systems’ domain where the system’s functionalities are tested and verified.