Electromagnetic coupling simulagions for a magnetic induction sensor for sleep monitoring

Magnetic induction (MI) method has been extensively used in non-destructive testing of materials. In biomedical applications, it attracted lots of attention for the contact-less advantages it provides. Sleep monitoring through detecting conductivity changes in lungs and heart during breathing and cardiac activity is the purpose of our studies. The low conductivity of biological tissues increase the complexity of the design of such systems. One challenge is to separate the effects of magnetic field from the electric field; achieving a pure magnetic contribution is difficult since the received signal is contaminated by the unwanted capacitive coupling. Our hypothesis is that for a periodic vital sign monitoring like breathing and heart activity, part of this secondary coupling could be considered as a desired effect to take the advantage of both contributions. In this paper, the coupling mechanisms existed in our system have been simulated and studied using finite element and Orcad simulations to estimate different contributions we would have in the developed MI system.Peer ReviewedPostprint (author’s final draft

Elementary Landscape Decomposition of the Test Suite Minimization Problem

Chicano, F., Ferrer J., & Alba E. (2011). Elementary Landscape Decomposition of the Test Suite Minimization Problem. In Proceedings of Search Based Software Engineering, Szeged, Hungary, September 10-12, 2011. pp. 48–63.Landscape theory provides a formal framework in which combinatorial optimization problems can be theoretically characterized as a sum of a special kind of landscape called elementary landscape. The decomposition of the objective function of a problem into its elementary components provides additional knowledge on the problem that can be exploited to create new search methods for the problem. We analyze the Test Suite Minimization problem in Regression Testing from the point of view of landscape theory. We find the elementary landscape decomposition of the problem and propose a practical application of such decomposition for the search.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech. This research has been partially funded by the Spanish Ministry of Science and Innovation and FEDER under contract TIN2008-06491- C04-01 (the M∗ project) and the Andalusian Government under contract P07- TIC-03044 (DIRICOM project)

Optimization Techniques for Automated Software Test Data Generation

Esta tesis propone una variedad de contribuciones al campo de pruebas evolutivas. Hemos abarcados un amplio rango de aspectos relativos a las pruebas de programas: código fuente procedimental y orientado a objetos, paradigmas estructural y funcional, problemas mono-objetivo y multi-objetivo, casos de prueba aislados y secuencias de pruebas, y trabajos teóricos y experimentales. En relación a los análisis llevados a cabo, hemos puesto énfasis en el análisis estadístico de los resultados para evaluar la significancia práctica de los resultados. En resumen, las principales contribuciones de la tesis son: Definición de una nueva medida de distancia para el operador instanceof en programas orientados a objetos: En este trabajo nos hemos centrado en un aspecto relacionado con el software orientado a objetos, la herencia, para proponer algunos enfoques que pueden ayudar a guiar la búsqueda de datos de prueba en el contexto de las pruebas evolutivas. En particular, hemos propuesto una medida de distancia para computar la distancia de ramas en presencia del operador instanceof en programas Java. También hemos propuesto dos operadores de mutación que modifican las soluciones candidatas basadas en la medida de distancia definida. Definición de una nueva medida de complejidad llamada ``Branch Coverage Expectation'': En este trabajo nos enfrentamos a la complejidad de pruebas desde un punto de vista original: un programa es más complejo si es más difícil de probar de forma automática. Consecuentemente, definimos la ``Branch Coverage Expectation'' para proporcionar conocimiento sobre la dificultad de probar programas. La fundación de esta medida se basa en el modelo de Markov del programa. El modelo de Markov proporciona fundamentos teóricos. El análisis de esta medida indica que está más correlacionada con la cobertura de rama que las otras medidas de código estáticas. Esto significa que esto es un buen modo de estimar la dificultad de probar un programa. Predicción teórica del número de casos de prueba necesarios para cubrir un porcentaje concreto de un programa: Nuestro modelo de Markov del programa puede ser usado para proporcionar una estimación del número de casos de prueba necesarios para cubrir un porcentaje concreto del programa. Hemos comparado nuestra predicción teórica con la media de las ejecuciones reales de un generador de datos de prueba. Este modelo puede ayudar a predecir la evolución de la fase de pruebas, la cual consecuentemente puede ahorrar tiempo y coste del proyecto completo. Esta predicción teórica podría ser también muy útil para determinar el porcentaje del programa cubierto dados un número de casos de prueba. Propuesta de enfoques para resolver el problema de generación de datos de prueba multi-objetivo: En ese capítulo estudiamos el problema de la generación multi-objetivo con el fin de analizar el rendimiento de un enfoque directo multi-objetivo frente a la aplicación de un algoritmo mono-objetivo seguido de una selección de casos de prueba. Hemos evaluado cuatro algoritmos multi-objetivo (MOCell, NSGA-II, SPEA2, y PAES) y dos algoritmos mono-objetivo (GA y ES), y dos algoritmos aleatorios. En términos de convergencia hacía el frente de Pareto óptimo, GA y MOCell han sido los mejores resolutores en nuestra comparación. Queremos destacar que el enfoque mono-objetivo, donde se ataca cada rama por separado, es más efectivo cuando el programa tiene un grado de anidamiento alto. Comparativa de diferentes estrategias de priorización en líneas de productos y árboles de clasificación: En el contexto de pruebas funcionales hemos tratado el tema de la priorización de casos de prueba con dos representaciones diferentes, modelos de características que representan líneas de productos software y árboles de clasificación. Hemos comparado cinco enfoques relativos al método de clasificación con árboles y dos relativos a líneas de productos, cuatro de ellos propuestos por nosotros. Los resultados nos indican que las propuestas para ambas representaciones basadas en un algoritmo genético son mejores que el resto en la mayoría de escenarios experimentales, es la mejor opción cuando tenemos restricciones de tiempo o coste. Definición de la extensión del método de clasificación con árbol para la generación de secuencias de pruebas: Hemos definido formalmente esta extensión para la generación de secuencias de pruebas que puede ser útil para la industria y para la comunidad investigadora. Sus beneficios son claros ya que indudablemente el coste de situar el artefacto bajo pruebas en el siguiente estado no es necesario, a la vez que reducimos significativamente el tamaño de la secuencia utilizando técnicas metaheurísticas. Particularmente nuestra propuesta basada en colonias de hormigas es el mejor algoritmo de la comparativa, siendo el único algoritmo que alcanza la cobertura máxima para todos los modelos y tipos de cobertura. Exploración del efecto de diferentes estrategias de seeding en el cálculo de frentes de Pareto óptimos en líneas de productos: Estudiamos el comportamiento de algoritmos clásicos multi-objetivo evolutivos aplicados a las pruebas por pares de líneas de productos. El grupo de algoritmos fue seleccionado para cubrir una amplia y diversa gama de técnicas. Nuestra evaluación indica claramente que las estrategias de seeding ayudan al proceso de búsqueda de forma determinante. Cuanta más información se disponga para crear esta población inicial, mejores serán los resultados obtenidos. Además, gracias al uso de técnicas multi-objetivo podemos proporcionar un conjunto de pruebas adecuado mayor o menor, en resumen, que mejor se adapte a sus restricciones económicas o tecnológicas. Propuesta de técnica exacta para la computación del frente de Pareto óptimo en líneas de productos software: Hemos propuesto un enfoque exacto para este cálculo en el caso multi-objetivo con cobertura paiwise. Definimos un programa lineal 0-1 y un algoritmo basado en resolutores SAT para obtener el frente de Pareto verdadero. La evaluación de los resultados nos indica que, a pesar de ser un fantástico método para el cálculo de soluciones óptimas, tiene el inconveniente de la escalabilidad, ya que para modelos grandes el tiempo de ejecución sube considerablemente. Tras realizar un estudio de correlaciones, confirmamos nuestras sospechas, existe una alta correlación entre el tiempo de ejecución y el número de productos denotado por el modelo de características del programa

Modelling probabilistic cache representativeness in the presence of arbitrary access patterns

Measurement-Based Probabilistic Timing Analysis (MBPTA) is a promising powerful industry-friendly method to derive worst-case execution time (WCET) estimates as needed for critical real-time embedded systems. MBPTA performs several (R) runs of the program on the target platform collecting the execution times in each run. MBPTA builds a probabilistic representativeness argument on whether those events with high impact on execution time, such as cache misses, arise on the runs made at analysis time so that their impact on execution time is captured. So far only events occurring in cache memories have been shown to challenge providing such representativeness argument. In this context, this paper introduces a representativeness validation method (RVS) to assess the probabilistic representativeness of MBPTA’s execution time observations in terms of cache behaviour. RVS resorts to cache simulation to predict worst-case miss scenarios that can appear during the deployment phase. RVS also constructs a probabilistic Worst-Case Miss Count curve based on the miss-counts captured in the R runs. If that curve upperbounds the impact of the predicted cache worst-case scenarios, R is deemed as a sufficient number of runs for which pWCET estimates can be reliably derived. Otherwise, the user is requested to perform more runs until all cache scenarios of interest are captured.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Improving early design stage timing modeling in multicore based real-time systems

This paper presents a modelling approach for the timing behavior of real-time embedded systems (RTES) in early design phases. The model focuses on multicore processors - accepted as the next computing platform for RTES - and in particular it predicts the contention tasks suffer in the access to multicore on-chip shared resources. The model presents the key properties of not requiring the application's source code or binary and having high-accuracy and low overhead. The former is of paramount importance in those common scenarios in which several software suppliers work in parallel implementing different applications for a system integrator, subject to different intellectual property (IP) constraints. Our model helps reducing the risk of exceeding the assigned budgets for each application in late design stages and its associated costs.This work has received funding from the European Space Agency under Project Reference AO=17722=13=NL=LvH, and has also been supported by the Spanish Ministry of Science and Innovation grant TIN2015-65316-P. Jaume Abella has been partially supported by the MINECO under Ramon y Cajal postdoctoral fellowship number RYC-2013-14717.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Validating a timing simulator for the NGMP multicore processor

Timing simulation is a key element in multicore systems design. It enables a fast and cost effective design space exploration, allowing to simulate new architectural improvements without requiring RTL abstraction levels. Timing simulation also allows software developers to perform early testing of the timing behavior of their software without the need of buying the actual physical board, which can be very expensive when the board uses non-COTS technology. In this paper we present the validation of a timing simulator for the NGMP multicore processor, which is a 4 core processor being developed to become the reference platform for future missions of the European Space Agency.The research leading to these results has received funding from the European Space Agency under contract NPI 4000102880 and the Ministry of Science and Technology of Spain under contract TIN-2015-65316-P. Jaume Abella has been partially supported by the Ministry of Economy and Competitiveness under Ramon y Cajal postdoctoral fellowship number RYC-2013-14717.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Resilient random modulo cache memories for probabilistically-analyzable real-time systems

Fault tolerance has often been assessed separately in safety-related real-time systems, which may lead to inefficient solutions. Recently, Measurement-Based Probabilistic Timing Analysis (MBPTA) has been proposed to estimate Worst-Case Execution Time (WCET) on high performance hardware. The intrinsic probabilistic nature of MBPTA-commpliant hardware matches perfectly with the random nature of hardware faults. Joint WCET analysis and reliability assessment has been done so far for some MBPTA-compliant designs, but not for the most promising cache design: random modulo. In this paper we perform, for the first time, an assessment of the aging-robustness of random modulo and propose new implementations preserving the key properties of random modulo, a.k.a. low critical path impact, low miss rates and MBPTA compliance, while enhancing reliability in front of aging by achieving a better – yet random – activity distribution across cache sets.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Penelope: The NBTI-aware processor

Transistors consist of lower number of atoms with every technology generation. Such atoms may be displaced due to the stress caused by high temperature, frequency and current, leading to failures. NBTI (negative bias temperature instability) is one of the most important sources of failure affecting transistors. NBTI degrades PMOS transistors whenever the voltage at the gate is negative (logic inputPeer ReviewedPostprint (published version

Near-optimal loop tiling by means of cache miss equations and genetic algorithms

The effectiveness of the memory hierarchy is critical for the performance of current processors. The performance of the memory hierarchy can be improved by means of program transformations such as loop tiling, which is a code transformation targeted to reduce capacity misses. This paper presents a novel systematic approach to perform near-optimal loop tiling based on an accurate data locality analysis (cache miss equations) and a powerful technique to search the solution space that is based on a genetic algorithm. The results show that this approach can remove practically all capacity misses for all considered benchmarks. The reduction of replacement misses results in a decrease of the miss ratio that can be as significant as a factor of 7 for the matrix multiply kernel.Peer ReviewedPostprint (published version