Pós-Graduação em Sistemas Computacionais Embebidos

Os sistemas computacionais embebidos estão presentes em praticamente todos os aspetos do nosso quotidiano, desde os smartphones e eletrodomésticos inteligentes até aos automóveis, equipamentos médicos e sistemas industriais. Estes sistemas, que integram hardware e software para desempenhar funções específicas, são fundamentais para garantir eficiência, fiabilidade e inovação em inúmeros setores. O desenvolvimento deste tipo de sistemas apresenta especial complexidade, seja pela interligação com sensores e atuadores físicos, a arquitetura distribuída de colaboração, assim como a conjugação de múltiplas tecnologias.

Nos últimos anos, a evolução dos sistemas embebidos e as novas aplicações inteligentes, complexas e dinâmicas, levam a que o software desempenhe um papel cada vez mais importante. O aumento da complexidade dos sistemas (e dos sistemas de sistemas), os requisitos de alto desempenho dos sistemas autónomos, os requisitos de confiabilidade e cibersegurança dos sistemas ciberfísicos, etc. são desafios cada vez maiores para o desenvolvimento de software. O software mudou de aplicações centralizadas e contidas, para fluxos distribuídos de componentes colaborativos, que requerem suporte avançado dos dispositivos, sistemas operativos, middleware e serviços de nuvem.

A pós-graduação em Sistemas Computacionais Embebidos - SWitCH Embedded, funciona em parceria com a Porto Tech Hub e o Santander.

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No âmbito desta parceria, o Santander oferece um reembolso de 1.000 euros a cada aluno que termine com sucesso a pós-graduação.

1º ano | Anual

4 ECTS

Confiabilidade e Cibersegurança

ECTS
4

Período
Anual

Responsável
José Barros Oliveira

Teórico-prática
4 horas
Prática laboratorial
2 horas

Competências essenciais: análise de redes de comunicação de dados contendo dispositivos embebidos e respetivas falhas de segurança. Será dada ênfase à segurança de perímetro (OB1), de verificação de intrusão e comportamento dos clientes (OB2), de segurança em WI-FI (OB3), gestão e monitorização de eventos de segurança em redes (OB4).
Competências transversais: uso correto da notação/linguagem técnico científica; comunicar de forma adequada na língua portuguesa; estimular o interesse/uso da língua inglesa, e aprofundar os conhecimentos nas áreas da informática e da eletrônica.

1. Introdução e caso prático de segurança em redes com dispositivos embebidos
2. Fundamentos de criptografia
2.1. Criptografia simétrica e assimétrica, ex de login, https
2.2. SSL e TLS
3. Proteção de perímetro
3.1. Firewall stateful e Stateless
3.2. Firewall NGFW (next generation firewall)
4. Proteção por inspeção
4.1. Intrusion detection systems (IDS) and intrusion prevention systems (IPS)
5. Proteção por DNS
5.1. Block lists
5.2. DNS TLS/HTTPS, redirecionado
6. Proteção por segregação
6.1. Redes privadas virtuais
7. Segurança em redes sem fios
7.1. Autenticação
7.2. Encriptação
7.3. Segregação
4 ECTS

Desenvolvimento de Sistemas Embebidos

ECTS
4

Período
Anual

Responsável
Jorge Estrela da Silva

Teórico-prática
4 horas
Prática laboratorial
4 horas

O principal objetivo desta unidade curricular é dotar o aluno com a capacidade de compreensão e de utilização, em contexto de projeto e desenvolvimento, das principais interfaces de E/S dos sistemas computacionais tipicamente utilizados no projeto de sistemas embebidos.
Procura-se dotar o estudante com competências que o tornem capaz de identificar as principais características e limitações das plataformas computacionais, assim como de desenvolver software envolvendo interação com sensores, atuadores e outros dispositivos.

1. Caso de estudo: o ecossistema Arduino
1.1 Exemplos de famílias de microcontroladores e processadores de aplicação.
1.2 Linguagem de programação e API Arduino
2. Caso de estudo: o microcontrolador ATmega128
2.1 Sistema de memória
2.2 Portos de I/O
2.3 Sistema de interrupções
2.5 Temporizadores/Contadores
2.6. Comunicação série assíncrona (USART)
2.7. Comunicação série síncrona: I2C e SPI
2.8. Conversor analógico-digital
3. Sistemas embebidos baseados em Linux
3.1 Principais características dos sistemas Linux
3.2 Interface com dispositivos no espaço do utilizador
3.3 Interface com dispositivos no espaço do kernel
2 ECTS

Fundamentos de Sistemas Embebidos

ECTS
2

Período
Anual

Responsável
Luis Lino Ferreira

Teórico-prática
4 horas

Esta unidade curricular apresenta uma visão geral dos fundamentos, dispositivos, tecnologias e software que permitem o desenvolvimento de sistemas embebidos e sistemas cíber-físicos, desde os microcontroladores até integração com componentes de nuvem (cloud, fog e edge computing). Serão abordados os principais blocos para a construção de sistemas embebidos, nomeadamente, as arquiteturas de processadores, comunicações, software embebido, serviços na nuvem e paradigmas de desenvolvimento e integração de sistemas.

1 ? Introdução aos Sistemas Embebidos, Ciber-Físicos e IoT
2 ? Arquitetura geral de um sistema embebido
3 ? SoCs, MPUs e aceleração
4 ? Sistemas operativos para sistemas embebidos (3 horas)
5 ? Comunicação local e de baixo nível (1 hora)
6 ? Comunicações em rede
7 ? Integração de sistemas
8 ? Serviços na nuvem e integração
4 ECTS

Integração de Sistemas e Serviços na Nuvem

ECTS
4

Período
Anual

Teórico-prática
4 horas
Prática laboratorial
2 horas
4 ECTS

Inteligência Artificial em Sistemas Embebidos

ECTS
4

Período
Anual

Teórico-prática
4 horas
Prática laboratorial
2 horas
4 ECTS

Programação Avançada de Sistemas Embebidos

ECTS
4

Período
Anual

Responsável
António Barros

Teórico-prática
4 horas
Prática laboratorial
2 horas

Este módulo tem como propósito central a capacitação técnica para o desenvolvimento de software robusto, onde a eficiência e a previsibilidade são determinantes. Pretende-se que o estudante transponha a lógica de execução sequencial para um paradigma de execução paralela, compreendendo as nuances da concorrência tanto em ambientes de Tempo Real (RTOS) como de Uso Geral (GPOS).
Os objetivos de aprendizagem orientam-se para a prática de engenharia de sistemas de alto desempenho:
O1: Decomposição Funcional. Capacidade de arquitetar soluções através da segmentação em tarefas independentes, adequadas às restrições de memória e processamento de sistemas embebidos.
O2: Gestão de Concorrência. Domínio do escalonamento e da utilização de mecanismos de sistema operativo para o suporte à multitarefa, garantindo a execução coordenada de processos.
O3: Sincronização e Comunicação. Implementação eficaz de primitivas de comunicação entre tarefas, assegurando a coerência temporal e funcional do sistema.
O4: Gestão de Recursos Partilhados. Aplicação de estratégias para o acesso seguro a periféricos e estruturas de dados partilhadas, mitigando conflitos e latências.
O5: Análise e Resolução de Problemas. Identificação e diagnóstico de patologias comuns em sistemas concorrentes, como condições de corrida, inversão de prioridades e situações de deadlock.
O6: Segurança de Secções Críticas. Implementação rigorosa de mecanismos de exclusão mútua e bloqueios, assegurando a atomicidade e a integridade do estado do sistema.
Ao concluir este módulo, o estudante deverá demonstrar competência para projetar e depurar aplicações que exijam uma gestão fina de recursos, garantindo que a interação entre tarefas ocorra de forma determinística e segura.

P1: Introdução à Concorrência. Modelos de execução em RTOS vs. GPOS. Ciclo de vida de uma task.
P2: Arquitetura de Sistemas. Decomposição de requisitos em unidades funcionais. Partição de tarefas e prioridades.
P3: Gestão de Tarefas. Criação, scheduling e preempção. Context-switching e latência.
P4: Sincronização. Semáforos, events e filas de mensagens (queues). Gestão de eventos assíncronos.
P5: Partilha de Recursos. Secções críticas e exclusão mútua (mutexes). Mecanismos de prevenção de deadlocks e inversão de prioridades.
P6: Depuração. Monitorização do estado do sistema e análise de tempos de execução.
4 ECTS

Protocolos e Topologias de Sistemas Embebidos

ECTS
4

Período
Anual

Responsável
Miguel Leitão

Teórico-prática
4 horas
Prática laboratorial
2 horas

Compreensão das arquiteturas e restrições dos sistemas embebidos e IoT.
Conhecimento das topologias de rede adequadas a ambientes restritos.
Domínio de protocolos de comunicação adaptados a sistemas restritos.
Capacidade de projetar sistemas distribuídos eficientes e confiáveis.
Preparação para integração com Internet e serviços cloud.

1. Topologias de Comunicação em Sistemas Embebidos
1.1. Fundamentos de Sistemas Embebidos e IoT
1.2. Topologias Clássicas
1.3. Topologias em IoT
1.4. Topologias em Ambientes Específicos
2. Protocolos de Comunicação
2.1. Modelos de refência para IoT
2.2. Protocolos de Baixo Nível (Físico / Enlace)
2.3. Protocolos de Rede Sem Fio
2.4. Protocolos de Rede e Transporte
2.5. Protocolos de Aplicação para IoT
3. Arquiteturas e Padrões de Comunicação
3.1. Sincronização, Tempo e Determinismo
3.2. Segurança em Protocolos e Topologias IoT
3.3. Escalabilidade
4. Estudos de Caso e Aplicações
4 ECTS

Sistemas Operativos de Tempo-Real

ECTS
4

Período
Anual

Responsável
Paulo Baltarejo Sousa

Teórico-prática
4 horas
Prática laboratorial
2 horas

No final da UC, o aluno deverá ter adquirido competências para:
CO1. Entender conceitos e princípios associados aos sistemas de tempo-real;
CO2. Avaliar algoritmos de escalonamento, análise de escalonabilidade para sistemas uni- e multiprocessador;
CO3. Avaliar mecanismos de gestão de recursos partilhados em sistemas de tempo real;
CO4. Entender os conceitos e princípios básicos SOTR assim como as arquiteturas;
CO5. Avaliar os mecanismos implementados nos SOs para suportar os requisitos de tempo-real;
CO6. Aplicar mecanismos dos SOTRs para garantir que as restrições de tempo-real das aplicações.

P1. Sistemas de tempo real;
P2. Algoritmos de escalonamento e análise de escalonabilidade para sistemas uni-processador e multi-processador;
P3. Mecanismos de gestão de recursos partilhados em sistemas de tempo real;
P4. Introdução aos SOTR, ferramentas e frameworks;
P5. Gestão de tarefas e de recursos;
P6. Concorrência, problemas e soluções.

Destinatários:

Esta pós-graduação destina-se a profissionais com formação de nível superior nas áreas de informática, eletrotecnia, eletrónica ou computadores, ou similares.

Informação sobre candidaturas aqui