Pesquisador estuda meios para reduzir consumo de energia

Você possui um sistema embarcado em casa? Provavelmente sua resposta de imediato seria não. Mas mesmo sem saber, estes sistemas já estão na maioria dos dispositivos eletrônicos usados diariamente em casa como celulares, máquinas fotográficas e aparelhos eletrodomésticos.

Segundo o doutor em Ciência da Computação pela Universidade Federal de Pernambuco (UFPE) e professor adjunto da Universidade Federal do Amazonas (Ufam), Raimundo da Silva Barreto, os sistemas embarcados são sistemas digitais embutidos em um sistema maior. Ao contrário dos computadores pessoais, que podem executar os mais diversos programas e alternar entre eles, os sistemas embarcados realizam um número reduzido de tarefas predefinidas de maneira contínua.

“Um exemplo simples de sistema embarcado é um forno de microondas. É comum que os usuários não saibam que dentro do forno há um computador. Se não fosse o sistema embarcado provavelmente não existiria esse tipo de forno”, explicou.

Para a realização do projeto intitulado “Pesquisa e desenvolvimento de sistemas embarcados com baixo consumo de energia” o pesquisador contou com o apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas (FAPEAM), por meio do Programa Integrado de Pesquisa Científica e Tecnológica (Pipt).

Com a proliferação de equipamentos portáteis, como celulares, mp3 players, câmeras digitais, entre outros, o projeto de sistemas embarcados tem despertado muito interesse, devido a preocupação com o baixo consumo de energia para que eles possam ser utilizados por um longo período sem a necessidade de recarga. 

“Sabemos que qualquer alteração no consumo de energia oferecerá um grande diferencial de mercado. Além disso, as preocupações ambientais, no sentido do aumento da vida útil das baterias, são fatores que fazem com que as preocupações com o consumo de energia sejam de fundamental importância”, afirmou o pesquisador.

Inovação

A ideia do projeto é transformar um programa de computador que usa uma linguagem de programação de alto nível em outro equivalente, mas com um consumo de energia menor. Para isso, usa-se a técnica chamada de "Escala dinâmica de voltagem e frequência".

Nesta técnica, a frequência do processador e a voltagem são reduzidas proporcionalmente. E quando a frequência é reduzida, tanto a potência quanto o desempenho diminuem.

“Diminuir a potência é bom, mas diminuir o desempenho não. Só que a potência diminui de forma quadrática (quer dizer sempre dobrada) , enquanto que o desempenho diminui de forma linear. Portanto, diminuir a tensão/frequência é uma boa forma de diminuir o consumo de energia/potência”, explicou Barreto.

Grande parte dessa técnica é elaborada somente por programadores, mas não é comum que eles saibam de questões relacionadas ao desenvolvimento de programas com baixo consumo de energia, daí a necessidade da criação de uma metodologia.

“Por isso, outra proposta do projeto é usar uma metodologia de desenvolvimento sistemático , auxiliada por ferramentas automatizadas para que o programador não precise interagir diretamente com questões de baixo consumo de energia ou questões de tempo-real (que têm um tempo limite para ser executada). Com a adoção de ferramentas, o programador só as executa e a ferramenta, automaticamente, faz todo o trabalho”, detalhou.

Resultados obtidos

Dentre as atividades desenvolvidas, o grupo atua em cinco tarefas: tradução do código original em um grafo de fluxo de controle (representação dos caminhos executados pelo programa do computador); analisar o grafo e o código original para incluir informações de interesse;  analisar o grafo para identificar em que posições do código podemos incluir instruções que baixem a frequência do processador; criar uma API (do inglês Application Program Interface, ou Interface com o Programa de Aplicação) para facilitar que programas incluam instruções que alterem a frequência do processador; e realizar medições com e sem o uso do método proposto para comprovar a eficácia da proposta.

“Por enquanto já fizemos uma revisão bibliográfica e compilamos uma metodologia. Ainda estamos trabalhando na construção da ferramenta. A tarefa um já foi totalmente concluída, a dois 80% e já iniciamos a terceira. A tarefa quatro está 50% e esperamos concluir a ferramenta nos próximos três ou quatro meses, para dar início às medições reais”, esclareceu.

O projeto também contribuiu para a realização de dissertações relacionadas ao assunto, orientadas pelo pesquisador. A dissertação de mestrado do aluno Carlos Augusto de Araújo Mar, "Uma Abordagem Probabilística Baseada em Grafo de Fluxo de Controle para Estimar o Consumo de Energia de Sistemas Embarcados em ANSI C", foi defendida em abril de 2009 e teve um artigo publicado na International Conference on Industrial Technology (ICIT), realizada na Austrália, no mês de de fevereiro de 2009.

Outra dissertação foi a do aluno Eduardo Bezerra Valentin, "Smartenum: Algoritmo Branch-And-Bound Para Determinação de Frequências Ótimas em Sistemas com Escala Dinâmica de Tensão e Frequência". Ele a defendeu em janeiro de 2010 e terá um artigo publicado no Workshop de Tempo Real e Sistemas Embarcados, que será realizado em Gramado-RS, em   maio de 2010.

“Apesar de as pesquisas não terem sido apoiadas diretamente, certamente a parceria com a Fapeam ajudou bastante”, finalizou Raimundo.

Luana Gomes e Ulysses Varela– Agência Fapeam

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