The formal verification of generic interpreters

The task assignment 3 of the design and validation of digital flight control systems suitable for fly-by-wire applications is studied. Task 3 is associated with formal verification of embedded systems. In particular, results are presented that provide a methodological approach to microprocessor verification. A hierarchical decomposition strategy for specifying microprocessors is also presented. A theory of generic interpreters is presented that can be used to model microprocessor behavior. The generic interpreter theory abstracts away the details of instruction functionality, leaving a general model of what an interpreter does

Defining interfaces between hardware and software: Quality and performance

One of the most important interfaces in a computer system is the interface between hardware and software. This interface is the contract between the hardware designer and the programmer that defines the functional behaviour of the hardware. This thesis examines two critical aspects of defining the hardware-software interface: quality and performance. The first aspect is creating a high quality specification of the interface as conventionally defined in an instruction set architecture. The majority of this thesis is concerned with creating a specification that covers the full scope of the interface; that is applicable to all current implementations of the architecture; and that can be trusted to accurately describe the behaviour of implementations of the architecture. We describe the development of a formal specification of the two major types of Arm processors: A-class (for mobile devices such as phones and tablets) and M-class (for micro-controllers). These specifications are unparalleled in their scope, applicability and trustworthiness. This thesis identifies and illustrates what we consider the key ingredient in achieving this goal: creating a specification that is used by many different user groups. Supporting many different groups leads to improved quality as each group finds different problems in the specification; and, by providing value to each different group, it helps justify the considerable effort required to create a high quality specification of a major processor architecture. The work described in this thesis led to a step change in Arm's ability to use formal verification techniques to detect errors in their processors; enabled extensive testing of the specification against Arm's official architecture conformance suite; improved the quality of Arm's architecture conformance suite based on measuring the architectural coverage of the tests; supported earlier, faster development of architecture extensions by enabling animation of changes as they are being made; and enabled early detection of problems created from architecture extensions by performing formal validation of the specification against semi-structured natural language specifications. As far as we are aware, no other mainstream processor architecture has this capability. The formal specifications are included in Arm's publicly released architecture reference manuals and the A-class specification is also released in machine-readable form. The second aspect is creating a high performance interface by defining the hardware-software interface of a software-defined radio subsystem using a programming language. That is, an interface that allows software to exploit the potential performance of the underlying hardware. While the hardware-software interface is normally defined in terms of machine code, peripheral control registers and memory maps, we define it using a programming language instead. This higher level interface provides the opportunity for compilers to hide some of the low-level differences between different systems from the programmer: a potentially very efficient way of providing a stable, portable interface without having to add hardware to provide portability between different hardware platforms. We describe the design and implementation of a set of extensions to the C programming language to support programming high performance, energy efficient, software defined radio systems. The language extensions enable the programmer to exploit the pipeline parallelism typically present in digital signal processing applications and to make efficient use of the asymmetric multiprocessor systems designed to support such applications. The extensions consist primarily of annotations that can be checked for consistency and that support annotation inference in order to reduce the number of annotations required. Reducing the number of annotations does not just save programmer effort, it also improves portability by reducing the number of annotations that need to be changed when porting an application from one platform to another. This work formed part of a project that developed a high-performance, energy-efficient, software defined radio capable of implementing the physical layers of the 4G cellphone standard (LTE), 802.11a WiFi and Digital Video Broadcast (DVB) with a power and silicon area budget that was competitive with a conventional custom ASIC solution. The Arm architecture is the largest computer architecture by volume in the world. It behooves us to ensure that the interface it describes is appropriately defined

Run-time management for future MPSoC platforms

In recent years, we are witnessing the dawning of the Multi-Processor Systemon- Chip (MPSoC) era. In essence, this era is triggered by the need to handle more complex applications, while reducing overall cost of embedded (handheld) devices. This cost will mainly be determined by the cost of the hardware platform and the cost of designing applications for that platform. The cost of a hardware platform will partly depend on its production volume. In turn, this means that ??exible, (easily) programmable multi-purpose platforms will exhibit a lower cost. A multi-purpose platform not only requires ??exibility, but should also combine a high performance with a low power consumption. To this end, MPSoC devices integrate computer architectural properties of various computing domains. Just like large-scale parallel and distributed systems, they contain multiple heterogeneous processing elements interconnected by a scalable, network-like structure. This helps in achieving scalable high performance. As in most mobile or portable embedded systems, there is a need for low-power operation and real-time behavior. The cost of designing applications is equally important. Indeed, the actual value of future MPSoC devices is not contained within the embedded multiprocessor IC, but in their capability to provide the user of the device with an amount of services or experiences. So from an application viewpoint, MPSoCs are designed to ef??ciently process multimedia content in applications like video players, video conferencing, 3D gaming, augmented reality, etc. Such applications typically require a lot of processing power and a signi??cant amount of memory. To keep up with ever evolving user needs and with new application standards appearing at a fast pace, MPSoC platforms need to be be easily programmable. Application scalability, i.e. the ability to use just enough platform resources according to the user requirements and with respect to the device capabilities is also an important factor. Hence scalability, ??exibility, real-time behavior, a high performance, a low power consumption and, ??nally, programmability are key components in realizing the success of MPSoC platforms. The run-time manager is logically located between the application layer en the platform layer. It has a crucial role in realizing these MPSoC requirements. As it abstracts the platform hardware, it improves platform programmability. By deciding on resource assignment at run-time and based on the performance requirements of the user, the needs of the application and the capabilities of the platform, it contributes to ??exibility, scalability and to low power operation. As it has an arbiter function between different applications, it enables real-time behavior. This thesis details the key components of such an MPSoC run-time manager and provides a proof-of-concept implementation. These key components include application quality management algorithms linked to MPSoC resource management mechanisms and policies, adapted to the provided MPSoC platform services. First, we describe the role, the responsibilities and the boundary conditions of an MPSoC run-time manager in a generic way. This includes a de??nition of the multiprocessor run-time management design space, a description of the run-time manager design trade-offs and a brief discussion on how these trade-offs affect the key MPSoC requirements. This design space de??nition and the trade-offs are illustrated based on ongoing research and on existing commercial and academic multiprocessor run-time management solutions. Consequently, we introduce a fast and ef??cient resource allocation heuristic that considers FPGA fabric properties such as fragmentation. In addition, this thesis introduces a novel task assignment algorithm for handling soft IP cores denoted as hierarchical con??guration. Hierarchical con??guration managed by the run-time manager enables easier application design and increases the run-time spatial mapping freedom. In turn, this improves the performance of the resource assignment algorithm. Furthermore, we introduce run-time task migration components. We detail a new run-time task migration policy closely coupled to the run-time resource assignment algorithm. In addition to detailing a design-environment supported mechanism that enables moving tasks between an ISP and ??ne-grained recon??gurable hardware, we also propose two novel task migration mechanisms tailored to the Network-on-Chip environment. Finally, we propose a novel mechanism for task migration initiation, based on reusing debug registers in modern embedded microprocessors. We propose a reactive on-chip communication management mechanism. We show that by exploiting an injection rate control mechanism it is possible to provide a communication management system capable of providing a soft (reactive) QoS in a NoC. We introduce a novel, platform independent run-time algorithm to perform quality management, i.e. to select an application quality operating point at run-time based on the user requirements and the available platform resources, as reported by the resource manager. This contribution also proposes a novel way to manage the interaction between the quality manager and the resource manager. In order to have a the realistic, reproducible and ??exible run-time manager testbench with respect to applications with multiple quality levels and implementation tradev offs, we have created an input data generation tool denoted Pareto Surfaces For Free (PSFF). The the PSFF tool is, to the best of our knowledge, the ??rst tool that generates multiple realistic application operating points either based on pro??ling information of a real-life application or based on a designer-controlled random generator. Finally, we provide a proof-of-concept demonstrator that combines these concepts and shows how these mechanisms and policies can operate for real-life situations. In addition, we show that the proposed solutions can be integrated into existing platform operating systems

Libro de Actas JCC&BD 2018 : VI Jornadas de Cloud Computing & Big Data

Se recopilan las ponencias presentadas en las VI Jornadas de Cloud Computing & Big Data (JCC&BD), realizadas entre el 25 al 29 de junio de 2018 en la Facultad de Informática de la Universidad Nacional de La Plata.Universidad Nacional de La Plata (UNLP) - Facultad de Informátic

Лінгвопрагматичні параметри мовленнєвого жанру «монографія» в англійській мові (на матеріалі текстів з інформаційних технологій)

У дисертації здійснено інтегрований аналіз лінгвопрагматичних параметрів мовленнєвого жанру «монографія» на матеріалі англійськомовних текстів з інформаційних технологій. З лінгвістичного погляду дослідження цього жанру є надзвичайно актуальним, оскільки в наш час монографії займають провідне місце серед інших мовленнєвих жанрів, слугуючи засобом презентації та обміну фундаментальних спеціальних наукових знань різних галузей науки і техніки. Наукова новизна дисертаційної праці полягає в тому, що в ній уперше розглянуто семантичні та стилістичні властивості мовних та мовленнєвих одиниць у текстах жанру «монографія»; здійснено систематизацію мовних одиниць монографій за тематикою, словотвірною структурою, стилістичною та функціональною маркованістю; виявлено семантико-прагматичну спрямованість аналізованих засобів мови в монографічних текстах; виділено комунікативні стратегії і тактики в межах прагматики досліджуваних текстів; описано прагматичний потенціал англійськомовних монографій з інформаційних технологій. На засадах проаналізованих та узагальнених теоретичних праць науковців у галузі лінгвістики встановлено, що специфіка наукових текстів монографій зумовлена, перш за все, їх функціонально-прагматичним призначенням. З одного боку, вони служать засобом зберігання та передавання у вербальній формі наукових знань про найновіші здобутки досліджень, результату пізнавального досвіду (як практичного, так і теоретичного), фіксують картину світу з позицій науки сфери інформаційних технологій через опис основних категорій, концептів та понять цієї науки, розкривають існуючі між ними різні типи зв’язків і взаємовідношень, сприяють збагаченню і розвитку наукових знань цієї галузі. З іншого боку, вони мають переконати читача в достовірності здобутих і викладених автором наукових знань, у ґрунтовності тлумачення автором сутності наукових понять, в об’єктивності його власної позиції та в істинності встановлюваних ним закономірностей. Зважаючи на це, були виділені найсуттєвіші властивості монографії: дискурсивність, дискретність, усталеність, діалогічність, точність, логічність, абстрактність і узагальненість. У науковій праці розглянуто семантичні і стилістичні властивості термінологічних мовних одиниць в англійськомовних наукових монографіях з інформаційних технологій. Вони визначаються з огляду на: а) семантичні відношення між ними; б) їхню тематику; в) словотвірну структуру; г) стилістичне забарвлення та функціональні особливості. З’ясовано, що семантичні відношення в текстах монографій актуалізовано синонімічними, меронімічними та гіпонімічними рядами, антонімічними опозиціями, а також полісемічними та омонімічними відношеннями мовних одиниць терміносистеми англійської мови сфери інформаційних технологій. Здійснено класифікацію мовних одиниць за тематикою, що свідчить про системну організацію термінології в англійськомовних наукових монографіях. Різноплановість мовних одиниць, що функціонують у текстах монографій, дала змогу в різних кількісних співвідношеннях виділити вісім тематичних груп: «Мережі», «Програмне забезпечення», «Програмування», «Апаратні засоби», «Інформаційна безпека та захист інформації», «Телекомунікація та мобільний зв’язок», «Види комп’ютерів», «Послуги за участі інформаційних технологій». Найчисельнішими виявилися такі групи: «Мережі», «Програмне забезпечення» та «Програмування», в їхніх межах виділено тематичні підгрупи. Найменш чисельними є тематичні групи на позначення видів комп’ютерів та послуг, що здійснюються за участі інформаційних технологій. Як засвідчив аналіз, відношення всередині тематичних груп можуть бути взаємодоповнювальними, уточнювальними, а зв’язки між групами можуть здійснюватися або шляхом зіткнення всього кола значень однієї групи з колом значень інших груп, або за допомогою різноманітних семантичних зв’язків одного члена групи зі словами, що не входять до цієї групи. Утворення термінологічних одиниць сфери інформаційних технологій, які репрезентуються у текстах монографій здійснюється традиційними словотворчими способами англійської мови: афіксацією, словоскладанням та скороченням. Відповідно до цього виокремлено кореневі, афіксальні, складні слова, усічення, абревіатури та телескопізми, а також дво-, три- та чотирикомпонентні терміни-словосполучення. Афіксальні терміни представлені мовними одиницями, що утворені за допомогою приєднання до їхньої твірної основи префіксів та суфіксів. Серед афіксальних термінів переважають суфіксальні лексеми. Найпродуктивнішими є три групи суфіксів, які утворюють переважну більшість термінів сфери інформаційних технологій в аналізованих монографіях: -ion/-tion/-sion; -er/or; -ing. Найпродуктивнішими префіксальними засобами творення лексики англійськомовних монографій є префікси tele-, multi-, cyber-. За структурною типологією англійськомовні складні слова сфери інформаційних технологій розподілені на: лексеми, що складаються з простих основ; композити, в яких хоча б один компонент є афіксальним дериватом; лексичні одиниці, в яких один із компонентів є скороченням; складні слова, в яких один із компонентів є композитом. Скорочені слова представлені усіченнями, абревіатурами та телескопізмами. Високопродуктивними серед них виявилися абревіатури, що пояснюємо специфікою підмови інформаційних технологій, потребою компресії та економії мовних зусиль при передаванні та сприйнятті великої кількості інформації в комунікативному просторі. Серед термінів-словосполучень найчисельнішими є двокомпонентні лексичні одиниці, створені за такими моделями: N+N, Adj.+N, Part.I+N, Part.II+N, N+PartI, Abb.+N, N+Abb., Num.+N. Трикомпонентні та чотирикомпонентні мовні одиниці складають порівняно меншу кількість в аналізованих монографіях. Дослідження лінгвопрагматичних параметрів мовленнєвого жанру «монографія» здійснено шляхом розгляду прагматики, що орієнтована на прагматику текстів монографій з інформаційних технологій та прагматику їхніх мовних засобів. Виявлено, що прагматику текстів англійськомовних монографій з інформаційних технологій визначають такі її складові: наявність адресанта і адресата; прагматична настанова тексту (інтенція); прагматичний зміст; прагматичний ефект. Ці складники діють не ізольовано, а доповнюють один одного, формуючи ланцюг взаємозв’язаних компонентів. У межах прагматики текстів англійськомовних монографій з інформаційних технологій виділено три основні комунікативні стратегії: інформаційноаргументативна стратегія, стратегія адресованості, стратегія толерантності. Кожна з них реалізується у відповідних комунікативних тактиках. Інформаційноаргументативна стратегія реалізована у таких тактиках, як «передавання інформації», «апеляція до фонових знань», «розширення інформації», «конкретизація інформації», «узагальнення», «доповнення», «наведення прикладу», «пояснення». Стратегія адресованості реалізується у «контактоустановлювальній» тактиці та тактиці «привертання уваги читача». Стратегія толерантності реалізується у таких тактиках, як «діалогізація міркування», «погодження з думками інших авторів та визнання їхніх досягнень», «вираження вдячності». Представлена типологія комунікативних стратегій і тактик англійськомовних монографій з інформаційних технологій свідчить про те, що в досліджуваних творах вони націлені насамперед на презентацію і передавання спеціальних наукових знань адресатові (читачеві). Доказом цього є постійно застосовувана авторами монографій інформаційно-аргументативна стратегія, реалізована у великій кількості комунікативних тактик. Прагматика мови наукових монографій визначається їхніми першочерговими властивостями, до яких належать цілеспрямованість і прагматична настанова, адже при їх створенні на перший план висувається завдання переконати читача в достовірності авторських суджень і висновків, змінити його погляди на предмет дослідження, формувати у нього ставлення, оцінки, думки, адекватні поглядам відправника тексту. Такий прагматичний намір адресанта здійснюється за допомогою прагматичних мовних засобів. В англійськомовних монографіях з інформаційних технологій прагматичні елементи є складниками семантичної структури слів, словосполучень і речень. Серед лексичних одиниць виділено: слова з інтенсіональними (їх найбільше), емотивними та імплікаціональними прагматичними компонентами. У прагматику словосполучення входять номінативний, емотивний, оцінний і прагматичний компоненти. Аналіз прагматичного потенціалу речень засвідчив, що для англійськомовних наукових монографій з інформаційних технологій характерним і найчастіше вживаним є такий прагматичний тип речення, як репрезентатив та констатив, трапляються поодинокі речення-квеситиви або питальні речення. У залежності від виконуваних функцій прагматично марковані мовні одиниці, вживані в текстах англійськомовних монографій з інформаційних технологій, поділяються на номінативні, інформувальні, оцінні, експресивні, дефінітивні, уточнювальні, пояснювальні, спонукальні. Перспективи дослідження полягають у глибшому дослідженні прагматичного потенціалу жанрів інших технічних наук, прагматичних можливостей мовних одиниць та їх взаємозв’язків з іншими компонентами семантичної структури слова. Перспективним напрямком подальших студій може стати дослідження лінгвопрагматичних та лінгвокогнітивних параметрів інших жанрів англійськомовних наукових творів, висвітлення синергії вербальних і невербальних одиниць у складі текстів науково-технічного та науковопопулярного характеру

Evaluation of Efficiency of Cybersecurity

Uurimistöö eesmärgiks on uurida, kuidas tõhus küberjulgeolek on olnud edukas. Uurimistöö kasutab parima võimaliku tulemuse saamiseks mitmesuguseid uurimismeetodeid ja kirjanduse ülevaade on süstemaatiline. Kuid uurimistöö järeldus on see, et uuring ei suuda kinnitada või tagasi lükata peamist töö hüpoteesi. Uuring ei õnnestunud, sest puuduvad korralikud teooriad, mis näitavad ohutuse ja küberjulgeoleku nähtusi ning puuduvad head näitajad, mis annaksid küberohutuse tõhususe kohta kehtivaid ja ratsionaalseid tulemusi, kui hästi on küberkuritegevuse abil õnnestunud küberkuritegevuse tõhusaks võitmiseks ja küberkuritegude tõhusaks vähendamiseks. Seepärast on küberjulgeoleku teadusteooria ja julgeoleku teadusteooria vähearenenud 2018. aastal. Uuringud on teinud küberjulgeoleku ja turvalisuse arendamise põhilisi avastusi. Edasiste põhiuuringute suund on luua üldine turbeteooria, mis kirjeldab ohtlike muutujate ohtlike muutujate kavatsust, ressursse, pädevust ja edusamme ohtlike muutujate ja aksioomide puhul, kus ohtlike muutujate mõõtmisel saab teha selle sisse loodetavas ja teooria kirjeldab, millised on tõhusad meetmed, et vältida ja leevendada ning millised ei ole ja lõpuks kehtestada nõuetekohased mõõdikud, et mõõta turvalisuse ja küberjulgeoleku tõhusust loodetavus ja kehtivusega.The purpose of the thesis is to research how effectively cybersecurity has succeeded on its mission. The thesis used multiple research methods to get best possible answer and the literature review has been systematic. However, the conclusion of the research was that the study is unable to either confirm or reject the main working hypothesis. The study is unable to do it because of the lack of proper theories to describe what are the phenomena in secu-rity and cybersecurity and the lack of proper metrics to give valid and sound conclusion about the effective of cybersecurity and how well have cybersecurity succeed on its mis-sion to effectively prevent and mitigate cybercrime. Therefore, the science of security and science of cybersecurity are underdeveloped in 2018. The research has made basic discov-eries of development of cybersecurity and security. A direction of further basic research is to establish a general theory of security which describes threat variables, threat variables intention, resources, competence and progress of the threat variables and axioms where measurement of threat variables can be made with reliability and the theory would describe which are effective measures to prevent and mitigate and which are not and finally, estab-lish proper metrics to measure efficiency of security and cybersecurity with reliability and validity

Projeto, implementaçâo e avaliação de um gateway de rede de banda larga usando um processador de pacote programável

Orientador: Christian Rodolfo Esteve RothenbergDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: BNG, também conhecido como BRAS desempenha um papel crucial na Internet atual, ele maneja a maioria do tráfego da rede de acesso, implementando políticas e serviços que um Internet Service Provider (ISP) define por assinante. Porém, este dispositivo de rede é caro, proprietário, limitado e de lenta atualização, virando um ponto de falha para implantar novas funcionalidades e corrigir problemas na rede sem interromper a operação normal do serviço. Este trabalho pretende projetar, implementar e evaluar um BNG S/W switch flexível e otimizado usando a linguagem P4, aproveitando seus recursos para descrever o processamento de pacotes com programação de plano de dados agnóstica ao alvo que é vantajoso ao fornecer aos desenvolvedores (por exemplo, operadores de rede) uma alternativa aos esquemas de manipulação de pacotes. Nos propomos usar o compilador MACSAD que junta a abstração de P4 e APIs de OpenDataPlane (ODP) para suportar aplicativos de rede baseados em Linux com alto desempenho em varias arquiteturas (ARM, Intel, MIPS e PowerPC). A versão atual do MACSAD dá suporte para a versão anterior da linguagem P4 (P4 _14). Portanto, parte deste trabalho é dar suporte ao compilador MACSAD para o versão atual (P4 _16) no qual é construído o plano de dados de BNG. Além disso, foi feita uma avaliação funcional e de desempenho do BNG S/W switch em um cenário realista e usando dois geradores de tráfego Open Source em H/W e S/W. Os resultados mostram o impacto dos parâmetros do dispositivo alvo, tais como o número de núcleos, tamanhos de burst, pacotes de E/S e cargas de trabalho que afetam o desempenho em termos de taxa de transferência e latência fornecendo os melhores parametros de configuração para nossa implementaçãoAbstract: Broadband Network Gateway (BNG), also known as Broadband Remote Access Server (BRAS) plays a crucial role in today¿s internet, as it handles the majority of access network traffic, implementing network policies and services that a Internet Service Provider (ISP) defines per subscriber. However, this network device is normally expensive, proprietary, limited and slow to upgrade, and a point of failure when deploying new functionalities and correcing issues on the network without disrupting normal service operations. This work intends to design, implement and evaluate a flexible and optimized BNG Software (S/W) switch by using programming protocol-independent packet processors (P4) language, taking advantage of its features to describe the packet processing with target-agnostic data-plane programmability which is advantageous by providing to developers (i.e., network operators) an alternative to packet handling schemes. We propose to use the Multi-Architecture Compiler System for Abstract Dataplanes (MACSAD) compiler which merges the P4 abstraction and OpenDataPlane (ODP) APIs to support Linux-based network applications with high performance across some architectures (ARM, Intel, MIPS, and PowerPC). The actual version of MACSAD brings support for the previous release of the P4 language (P4_14). Therefore part of this work is to bring support to MACSAD for the current release (P4_16) on which the proposed BNG dataplane is built. We use functional and performance evaluation of the BNG S/W switch in a realistic scenario rs. The results show the impact of both target parameters such as the number of cores, burst sizes, packet IO, and workloads and how it affects the performance regarding throughput and latency bringing the best parameter configuration for our implementationMestradoEngenharia de ComputaçãoMestre em Engenharia Elétric