Um modelo arquitectónico para desenvolvimento de compiladores : aplicação à Framework Dolphin

Tese de doutoramento em Informática, especialização em Tecnologias da ProgramaçãoA indústria dos microprocessadores é uma área com uma dinâmica ímpar, reconhecida pelo seu avançado estado tecnológico, mas também pela sua constante evolução. Esta dinâmica deve-se em grande parte à pressão que é constantemente exercida no sentido de se obter maior poder computacional. Pressão essa que tem crescido de forma exponencial, e à qual não é alheia a forte expansão da Web e o uso generalizado de conteúdos multimédia. No entanto, esta evolução só é rentabilizada através da utilização de ferramentas adequadas, como é o caso dos compiladores, que por desempenharem um papel fundamental têm forçosamente de acompanhar a evolução dos microprocessadores. É, como tal, exigida uma resposta rápida por parte de quem desenvolve este tipo de ferramentas e a tecnologia que lhes está inerente. Daí que o desenvolvimento de aplicações que visem a construção de compiladores tenha um papel crucial, quer no sentido de tornar mais acessível a realização de uma tarefa que é complexa, quer no sentido de acelerar o processo de desenvolvimento de forma a acompanhar a evolução dos microprocessadores. Objectivos que aliás estão relacionados, dado que este processo será tão mais rápido, quanto mais acessível for a própria construção dos compiladores. Este trabalho de doutoramento tem assim por objectivo contribuir para simplificar o processo de construção de compiladores. Pretende-se mostrar que a melhor forma de alcançar este objectivo, passa pela utilização de uma abordagem, centrada no nível intermédio do processo de compilação, que tem por base uma framework. No sentido de suportar esta abordagem, propõe-se um modelo para a representação de código, que introduz novos conceitos e funcionalidades, que visam facilitar o desenvolvimento dos componentes e contribuir para que estes sejam mais eficientes. A grande contribuição deste trabalho de doutoramento é, no entanto, numa arquitectura que estabelece o comportamento e o relacionamento entre os elementos da representação de código e os componentes que sobre estes trabalham. Esta arquitectura, para alem de garantir a eficiência do processo de compilação, simplifica a reutilização dos componentes, poupando o utilizador à implementação de vários mecanismos relacionados com a consistência e a gestão de dependências entre componentes Do trabalho realizado ao longo deste doutoramento, resultou também uma plataforma para desenvolvimento de compiladores, a framework Dolphin, cuja implementação teve por objectivo testar a viabilidade do modelo de representação de código e da arquitectura propostas nesta dissertação.The microprocessors industry is a remarkable, dynamic, and recognized area not only by its technological progress, but also by its constant evolution. This dynamic is the result of a systematic pressure to obtain more computational power, which has been raised exponentially with the expansion of the Web and with the generalization of multimedia contents. However this evolution can only be profitable with the usage of appropriated tools, like compilers. They play a fundamental role to take advantage of the whole features supplied by the microprocessors. As consequence, compilers must follow the evolution of the microprocessors, and their developers should have an adequate methodological and technological support. In this context, compiler development tools give an essential contribution, making the execution of a complex task less difficult, as well as reducing the necessary time to accomplish it. Notice that both goals are related, a simple construction process, implies a shorter development time. In this sense, the goal established for this Ph.D. project is to simplify the compilers construction process. To achieve this goal, the usage of a data centred approach based on a framework is proposed, relying upon the two main contributions of this thesis. The first one is a code representation model that introduces new concepts and features, to simplify the construction of compiler components and to make them more efficient. The second and main contribution is an architecture that establishes the behaviour and the relationship between the code representation elements and the compilers components. This architecture makes the compilation process more efficient and simplifies the reuse of the components by hiding many implementation details, namely related with components consistency and dependencies. Another important outcome of this work is a platform for compilers development, the Dolphin framework, that was implemented to test and validate the code representation model and the proposed architecture.Programa de Desenvolvimento Educativo para Portugal III (PRODEP III) - concurso número 4, acção 5.3 - Programa de Formação Avançada de Docentes do Ensino Superior - Bolsas de Doutorament

How Android app developers manage power consumption? An empirical study by mining power management commits

NSF

UNCOVERING AND MITIGATING UNSAFE PROGRAM INTEGRATIONS IN ANDROID

Android’s design philosophy encourages the integration of resources and functionalities from multiple parties, even with different levels of trust. Such program integrations, on one hand, connect every party in the Android ecosystem tightly on one single device. On the other hand, they can also pose severe security problems, if the security design of the underlying integration schemes is not well thought-out. This dissertation systematically evaluates the security design of three integration schemes on Android, including framework module, framework proxy and 3rd-party code embedding. With the security risks identified in each scheme, it concludes that program integrations on Android are unsafe. Furthermore, new frameworks have been designed and implemented to detect and mitigate the threats. The evaluation results on the prototypes have demonstrated their effectiveness

Low-power and high-performance SRAM design in high variability advanced CMOS technology

As process technologies shrink, the size and number of memories on a chip are exponentially increasing. Embedded SRAMs are a critical component in modern digital systems, and they strongly impact the overall power, performance, and area. To promote memory-related research in academia, this dissertation introduces OpenRAM, a flexible, portable and open-source memory compiler and characterization methodology for generating and verifying memory designs across different technologies.In addition, SRAM designs, focusing on improving power consumption, access time and bitcell stability are explored in high variability advanced CMOS technologies. To have a stable read/write operation for SRAM in high variability process nodes, a differential-ended single-port 8T bitcell is proposed that improves the read noise margin, write noise margin and readout bitcell current by 45%, 48% and 21%, respectively, compared to a conventional 6T bitcell. Also, a differential-ended single-port 12T bitcell for subthreshold operation is proposed that solves the half-select disturbance and allows efficient bit-interleaving. 12T bitcell has a leakage control mechanism which helps to reduce the power consumption and provides operation down to 0.3 V. Both 8T and 12T bitcells are analyzed in a 64 kb SRAM array using 32 nm technology. Besides, to further improve the access time and power consumption, two tracking circuits (multi replica bitline delay and reconfigurable replica bitline delay techniques) are proposed to aid the generation of accurate and optimum sense amplifier set time.An error tolerant SRAM architecture suitable for low voltage video application with dynamic power-quality management is also proposed in this dissertation. This memory uses three power supplies to improve the SRAM stability in low voltages. The proposed triple-supply approach achieves 63% improvement in image quality and 69% reduction in power consumption compared to a single-supply 64 kb SRAM array at 0.70 V

협업 로봇을 위한 서비스 기반과 모델 기반의 소프트웨어 개발 방법론

학위논문(박사)--서울대학교 대학원 :공과대학 전기·컴퓨터공학부,2020. 2. 하순회.가까운 미래에는 다양한 로봇이 다양한 분야에서 하나의 임무를 협력하여 수행하는 모습은 흔히 볼 수 있게 될 것이다. 그러나 실제로 이러한 모습이 실현되기에는 두 가지의 어려움이 있다. 먼저 로봇을 운용하기 위한 소프트웨어를 명세하는 기존 연구들은 대부분 개발자가 로봇의 하드웨어와 소프트웨어에 대한 지식을 알고 있는 것을 가정하고 있다. 그래서 로봇이나 컴퓨터에 대한 지식이 없는 사용자들이 여러 대의 로봇이 협력하는 시나리오를 작성하기는 쉽지 않다. 또한, 로봇의 소프트웨어를 개발할 때 로봇의 하드웨어의 특성과 관련이 깊어서, 다양한 로봇의 소프트웨어를 개발하는 것도 간단하지 않다. 본 논문에서는 상위 수준의 미션 명세와 로봇의 행위 프로그래밍으로 나누어 새로운 소프트웨어 개발 프레임워크를 제안한다. 또한, 본 프레임워크는 크기가 작은 로봇부터 계산 능력이 충분한 로봇들이 서로 군집을 이루어 미션을 수행할 수 있도록 지원한다. 본 연구에서는 로봇의 하드웨어나 소프트웨어에 대한 지식이 부족한 사용자도 로봇의 동작을 상위 수준에서 명세할 수 있는 스크립트 언어를 제안한다. 제안하는 언어는 기존의 스크립트 언어에서는 지원하지 않는 네 가지의 기능인 팀의 구성, 각 팀의 서비스 기반 프로그래밍, 동적으로 모드 변경, 다중 작업(멀티 태스킹)을 지원한다. 우선 로봇은 팀으로 그룹 지을 수 있고, 로봇이 수행할 수 있는 기능을 서비스 단위로 추상화하여 새로운 복합 서비스를 명세할 수 있다. 또한 로봇의 멀티 태스킹을 위해 '플랜' 이라는 개념을 도입하였고, 복합 서비스 내에서 이벤트를 발생시켜서 동적으로 모드가 변환할 수 있도록 하였다. 나아가 여러 로봇의 협력이 더욱 견고하고, 유연하고, 확장성을 높이기 위해, 군집 로봇을 운용할 때 로봇이 임무를 수행하는 도중에 문제가 생길 수 있으며, 상황에 따라 로봇을 동적으로 다른 행위를 수행할 수 있다고 가정한다. 이를 위해 동적으로도 팀을 구성할 수 있고, 여러 대의 로봇이 하나의 서비스를 수행하는 그룹 서비스를 지원하고, 일대 다 통신과 같은 새로운 기능을 스크립트 언어에 반영하였다. 따라서 확장된 상위 수준의 스크립트 언어는 비전문가도 다양한 유형의 협력 임무를 쉽게 명세할 수 있다. 로봇의 행위를 프로그래밍하기 위해 다양한 소프트웨어 개발 프레임워크가 연구되고 있다. 특히 재사용성과 확장성을 중점으로 둔 연구들이 최근 많이 사용되고 있지만, 대부분의 이들 연구는 리눅스 운영체제와 같이 많은 하드웨어 자원을 필요로 하는 운영체제를 가정하고 있다. 또한, 프로그램의 분석 및 성능 예측 등을 고려하지 않기 때문에, 자원 제약이 심한 크기가 작은 로봇의 소프트웨어를 개발하기에는 어렵다. 그래서 본 연구에서는 임베디드 소프트웨어를 설계할 때 쓰이는 정형적인 모델을 이용한다. 이 모델은 정적 분석과 성능 예측이 가능하지만, 로봇의 행위를 표현하기에는 제약이 있다. 그래서 본 논문에서 외부의 이벤트에 의해 수행 중간에 행위를 변경하는 로봇을 위해 유한 상태 머신 모델과 데이터 플로우 모델이 결합하여 동적 행위를 명세할 수 있는 확장된 모델을 적용한다. 그리고 딥러닝과 같이 계산량을 많이 필요로 하는 응용을 분석하기 위해, 루프 구조를 명시적으로 표현할 수 있는 모델을 제안한다. 마지막으로 여러 로봇의 협업 운용을 위해 로봇 사이에 공유되는 정보를 나타내기 위해 두 가지 모델을 사용한다. 먼저 중앙에서 공유 정보를 관리하기 위해 라이브러리 태스크라는 특별한 태스크를 통해 공유 정보를 나타낸다. 또한, 로봇이 자신의 정보를 가까운 로봇들과 공유하기 위해 멀티캐스팅을 위한 새로운 포트를 추가한다. 이렇게 확장된 정형적인 모델은 실제 로봇 코드로 자동 생성되어, 소프트웨어 설계 생산성 및 개발 효율성에 이점을 가진다. 비전문가가 명세한 스크립트 언어는 정형적인 태스크 모델로 변환하기 위해 중간 단계인 전략 단계를 추가하였다. 제안하는 방법론의 타당성을 검증하기 위해, 시뮬레이션과 여러 대의 실제 로봇을 이용한 협업하는 시나리오에 대해 실험을 진행하였다.In the near future, it will be common that a variety of robots are cooperating to perform a mission in various fields. There are two software challenges when deploying collaborative robots: how to specify a cooperative mission and how to program each robot to accomplish its mission. In this paper, we propose a novel software development framework that separates mission specification and robot behavior programming, which is called service-oriented and model-based (SeMo) framework. Also, it can support distributed robot systems, swarm robots, and their hybrid. For mission specification, a novel scripting language is proposed with the expression capability. It involves team composition and service-oriented behavior specification of each team, allowing dynamic mode change of operation and multi-tasking. Robots are grouped into teams, and the behavior of each team is defined with a composite service. The internal behavior of a composite service is defined by a sequence of services that the robots will perform. The notion of plan is applied to express multi-tasking. And the robot may have various operating modes, so mode change is triggered by events generated in a composite service. Moreover, to improve the robustness, scalability, and flexibility of robot collaboration, the high-level mission scripting language is extended with new features such as team hierarchy, group service, one-to-many communication. We assume that any robot fails during the execution of scenarios, and the grouping of robots can be made at run-time dynamically. Therefore, the extended mission specification enables a casual user to specify various types of cooperative missions easily. For robot behavior programming, an extended dataflow model is used for task-level behavior specification that does not depend on the robot hardware platform. To specify the dynamic behavior of the robot, we apply an extended task model that supports a hybrid specification of dataflow and finite state machine models. Furthermore, we propose a novel extension to allow the explicit specification of loop structures. This extension helps the compute-intensive application, which contains a lot of loop structures, to specify explicitly and analyze at compile time. Two types of information sharing, global information sharing and local knowledge sharing, are supported for robot collaboration in the dataflow graph. For global information, we use the library task, which supports shared resource management and server-client interaction. On the other hand, to share information locally with near robots, we add another type of port for multicasting and use the knowledge sharing technique. The actual robot code per robot is automatically generated from the associated task graph, which minimizes the human efforts in low-level robot programming and improves the software design productivity significantly. By abstracting the tasks or algorithms as services and adding the strategy description layer in the design flow, the mission specification is refined into task-graph specification automatically. The viability of the proposed methodology is verified with preliminary experiments with three cooperative mission scenarios with heterogeneous robot platforms and robot simulator.Chapter 1. Introduction 1 1.1 Motivation 1 1.2 Contribution 7 1.3 Dissertation Organization 9 Chapter 2. Background and Existing Research 11 2.1 Terminologies 11 2.2 Robot Software Development Frameworks 25 2.3 Parallel Embedded Software Development Framework 31 Chapter 3. Overview of the SeMo Framework 41 3.1 Motivational Examples 45 Chapter 4. Robot Behavior Programming 47 4.1 Related works 48 4.2 Model-based Task Graph Specification for Individual Robots 56 4.3 Model-based Task Graph Specification for Cooperating Robots 70 4.4 Automatic Code Generation 74 4.5 Experiments 78 Chapter 5. High-level Mission Specification 81 5.1 Service-oriented Mission Specification 82 5.2 Strategy Description 93 5.3 Automatic Task Graph Generation 96 5.4 Related works 99 5.5 Experiments 104 Chapter 6. Conclusion 114 6.1 Future Research 116 Bibliography 118 Appendices 133 요약 158Docto

Highly migratory shark fisheries research by the National Shark Research Consortium (NSRC), 2002-2007

The National Shark Research Consortium (NSRC) includes the Center for Shark Research at Mote Marine Laboratory, the Pacific Shark Research Center at Moss Landing Marine Laboratories, the Shark Research Program at the Virginia Institute of Marine Science, and the Florida Program for Shark Research at the University of Florida. The consortium objectives include shark-related research in the Gulf of Mexico and along the Atlantic and Pacific coasts of the U.S., education and scientific cooperation

Towards privacy-aware identity management

The overall goal of the PRIME project (Privacy and Identity Management for Europe) is the development of a privacy-enhanced identity management system that allows users to control the release of their personal information. The PRIME architecture includes an Access Control component allowing the enforcement of protection requirements on personal identifiable information (PII). The overall goal of the PRIME project (Privacy and Identity Management for Europe) is the development of a privacy-enhanced identity management system that allows users to control the release of their personal information. The PRIME architecture includes an Access Control component allowing the enforcement of protection requirements on personal identifiable information (PII)