Evaluation of transparent energy-saving mechanisms in embedded application

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Chagas, Anny Caroline Correa
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia
Brasil
UERJ
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Eletrônica
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17129
Resumo: During the development of an embedded device, the task of managing power-saving modes is usually delegated to the application developers, especially when a device has limited resources and there isn’t an operating system. This approach produces applications that are harder to read and write and requires developers to know more about the hardware used. In contrast, the power management of embedded devices can significantly reduce power consumption and extend battery life. In this context, we propose the use of transparent energy saving mechanisms of Céu programming language in the development of resource-constrained embedded applications. Its synchronous semantics ensures that reactions to the environment always reach an idle state, in which the language can apply the most efficient power mode for each hardware used. In order to evaluate the use of this language, we compared implementations in Céu and Arduino of two applications: an smart lighting system and a sensor data collection device. To support the implementation of the Céu applications, we have developed energy-aware drivers for digital and analog sensors, as well as a specific driver for the DHT11 temperature and humidity sensor. In both applications, the implementations in Céu proved to be more efficient in terms of energy consumption by at least 30%, with a penalty on increased memory usage. The increase in memory usage was significant in one of the applications and indicates a limitation for the adoption of the language in this context. In contrast, implementations in Céu showed better readability.
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spelling Evaluation of transparent energy-saving mechanisms in embedded applicationAvaliação de mecanismos transparentes de economia de energia em aplicações embarcadasElectronic engineeringEmbedded systems (Computers)Arduino (Programmable controller)Digital computers - ProgrammingEngenharia eletrônicaSistemas embarcados (Computadores)Arduino (Controlador programável)Computadores digitais - ProgramaçãoENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOESDuring the development of an embedded device, the task of managing power-saving modes is usually delegated to the application developers, especially when a device has limited resources and there isn’t an operating system. This approach produces applications that are harder to read and write and requires developers to know more about the hardware used. In contrast, the power management of embedded devices can significantly reduce power consumption and extend battery life. In this context, we propose the use of transparent energy saving mechanisms of Céu programming language in the development of resource-constrained embedded applications. Its synchronous semantics ensures that reactions to the environment always reach an idle state, in which the language can apply the most efficient power mode for each hardware used. In order to evaluate the use of this language, we compared implementations in Céu and Arduino of two applications: an smart lighting system and a sensor data collection device. To support the implementation of the Céu applications, we have developed energy-aware drivers for digital and analog sensors, as well as a specific driver for the DHT11 temperature and humidity sensor. In both applications, the implementations in Céu proved to be more efficient in terms of energy consumption by at least 30%, with a penalty on increased memory usage. The increase in memory usage was significant in one of the applications and indicates a limitation for the adoption of the language in this context. In contrast, implementations in Céu showed better readability.Durante o desenvolvimento de um dispositivo embarcado, a tarefa de gerenciar os modos de economia de energia é normalmente delegada aos desenvolvedores das aplicações, principalmente quando o dispositivo possui recursos limitados e não há um sistema operacional. Essa abordagem acaba por tornar a aplicação difícil de ler e escrever e exigir um grande conhecimento sobre os hardwares utilizados. Em contrapartida, o gerenciamento de energia de dispositivos embarcados pode reduzir significativamente seu consumo e prolongar a vida útil de baterias. Nesse contexto, avaliamos o uso dos mecanismos transparentes de gerenciamento de energia da linguagem de programação Céu no desenvolvimento de aplicações embarcadas com recursos limitados. A semântica síncrona de Céu garante que reações ao ambiente sempre alcancem um estado ocioso, no qual a linguagem pode aplicar o modo de economia mais eficiente possível para cada hardware utilizado. A fim de avaliar a viabilidade de uso dessa linguagem, comparamos implementações em Céu e em Arduino de duas aplicações típicas: um sistema de iluminação inteligente e um dispositivo de coleta de dados de sensores. Para apoiar a implementação das aplicações em Céu, desenvolvemos drivers cientes de energia para as classes de sensores digitais e analógicos, além de um driver específico para o sensor de temperatura e umidade DHT11. Em ambas as aplicações as implementações em Céu se mostraram mais eficientes em relação ao consumo de energia em pelo menos 30%, com a penalidade do aumento de uso de memória. O aumento no uso de memória se mostrou significativo em uma das aplicações e indica uma limitação para a adoção da linguagem neste contexto. Em contrapartida, as implementações em Céu apresentaram uma melhor legibilidade.Universidade do Estado do Rio de JaneiroCentro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de EngenhariaBrasilUERJPrograma de Pós-Graduação em Engenharia EletrônicaSant'Anna, Francisco Figueiredo Goytacazhttp://lattes.cnpq.br/0077491494754494Rodriguez, Noemi de La RoqueSztajnberg, Alexandrehttp://lattes.cnpq.br/0403732822984772Chagas, Anny Caroline Correa2022-02-07T14:00:10Z2021-11-12info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfCHAGAS, Anny Caroline Correa. Evaluation of transparent energy-saving mechanisms in embedded application. 2021. 69 f. 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