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dc.creatorPresti, Felipe Narimatsu-
dc.date.accessioned2026-07-14T13:26:42Z-
dc.date.available2026-07-14T13:26:42Z-
dc.date.issued2026-03-06-
dc.identifier.citationPRESTI, Felipe Narimatsu. Criando gêmeos digitais no Renode: um estudo de caso com microcontrolador STM32L4 e rádio Zigbee AT86RF233. 2026. 120 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.263.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48815-
dc.description.abstractThe consolidation of cyber-physical systems and Internet of Things (IoT) applications has increased the demand for verification and validation methods that reduce cost, risk, and development time in resource-constrained devices. Although digital twins are often employed at higher abstraction layers (e.g., cloud integration, visualization, and system-level analytics), faithfully reproducing low-level hardware behavior remains a bottleneck for firmware validation on microcontrollers, especially for low-power families that are still underrepresented in simulation platforms. In this context, this work presents an extension of the Renode simulator, an open-source development framework designed to accelerate embedded system and IoT development by enabling emulation of physical hardware, by implementing a new firmware-level digital twin for the STM32L4 family. The proposed platform is instantiated and validated on the STM32L496 microcontroller and simulated with the IEEE 802.15.4 AT86RF233 transceiver. The proposed approach follows incre- mental, test-oriented development, building a complete new platform through .repl descriptions, C# peripheral models, and .resc automation scripts, covering func- tional integration across subsystems. In addition, this work introduces a newly developed power consumption estimator that accumulates energy statistics over the simulation virtual time, selecting typical current profiles according to frequency, vol- tage, and run/sleep operating modes based on device datasheet metrics. Experimental results demonstrate the execution, without modifications, of a production firmware binary (.elf), whose state machine simultaneously exerci- ses initialization, ADC acquisition with DMA transfers, timer-based timing, radio communication, RX/TX windows and acknowledgment handling, and transitions to low-power operation. Instrumentation via a packet hook enabled frame interception and UDP forwarding for external decoding of telemetry, increasing protocol obser- vability and supporting the validation of RX/TX flows in the simulated medium. Within the defined scope, the power estimation was applied only to the STM32L496 microcontroller and did not include the radio module consumption, serving as a proof of concept for reproducible energy analyses during simulation.pt_BR
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorpt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Uberlândiapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectGêmeos digitaispt_BR
dc.subjectDigital twinspt_BR
dc.subjectRenodept_BR
dc.subjectSTM32L496pt_BR
dc.subjectAT86RF233pt_BR
dc.subjectFirmware simulationpt_BR
dc.subjectSimulação de firmwarept_BR
dc.subjectEnergy consumption estimationpt_BR
dc.subjectEstimativa de consumo energéticopt_BR
dc.titleCriando gêmeos digitais no Renode: um estudo de caso com microcontrolador STM32L4 e rádio Zigbee AT86RF233pt_BR
dc.title.alternativeCreating Digital Twins in Renode: A Case Study with the STM32L4 Microcontroller and the AT86RF233 Zigbee Radiopt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
dc.contributor.advisor-co1Almeida, Marcelo Barros de-
dc.contributor.advisor-co1Latteshttps://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4795354H9pt_BR
dc.contributor.advisor1Cunha, Márcio José da-
dc.contributor.advisor1Latteshttps://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4779066Z6pt_BR
dc.contributor.referee1Almeida, Marcelo Barros de-
dc.contributor.referee1Latteshttps://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4795354H9pt_BR
dc.contributor.referee2Carvalho, Daniel Pereira de-
dc.contributor.referee2Latteshttps://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4758533T0pt_BR
dc.contributor.referee3Almeida, Rodrigo Maximiano Antunes de-
dc.contributor.referee3Latteshttps://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4509016J9pt_BR
dc.creator.Latteshttps://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K9861473D3pt_BR
dc.description.degreenameDissertação (Mestrado)pt_BR
dc.description.resumoA consolidação de sistemas ciberfı́sicos e aplicações de Internet of Things (IoT) tem ampliado a demanda por métodos de verificação e validação que reduzam custo, risco e tempo de desenvolvimento em dispositivos com recursos restritos. Embora digital twins sejam frequentemente empregados em camadas de alto nı́vel (por exemplo, integração em nuvem, visualização e análises), a reprodução fiel do comportamento de baixo nı́vel do hardware permanece um gargalo para a validação de firmware em microcontroladores, especialmente em famı́lias de baixo consumo de energia ainda pouco atendidas por plataformas de simulação. Neste contexto, este trabalho apresenta uma extensão do simulador Renode, um framework de desenvolvimento de código aberto projetado para acelerar o de- senvolvimento de sistemas embarcados e de IoT ao permitir a emulação de hardware fı́sico, por meio da implementação de um novo gêmeo digital em nı́vel de firmware para a famı́lia STM32L4. A plataforma proposta é instanciada e validada no micro- controlador STM32L496 e simulada com o transceptor IEEE 802.15.4 AT86RF233. A abordagem segue um desenvolvimento incremental orientado a testes, construindo uma nova plataforma completa a partir de descrições .repl, modelos de periféricos em C# e scripts de automação .resc, contemplando a integração funcional en- tre subsistemas. Adicionalmente, este trabalho introduz um estimador de consumo energético desenvolvido especificamente para a plataforma, que acumula estatı́sticas de energia ao longo do tempo virtual de simulação, selecionando perfis tı́picos de corrente conforme frequência, tensão e modos run/sleep, com base em métricas do datasheet do dispositivo. Os resultados demonstram a execução, sem modificações, do binário (.elf) de uma aplicação em produção, cuja máquina de estados exercita simultaneamente inicialização, aquisição via ADC com transferências por DMA, temporização por timers, comunicação via rádio, janelas de recepção/espera por confirmação e tran- sições para baixo consumo. A instrumentação por packet hook viabilizou a inter- ceptação e o encaminhamento de quadros via UDP para decodificação externa de telemetria, aumentando a observabilidade do protocolo e apoiando a validação dos fluxos de RX/TX no meio simulado. Por escopo, a estimativa de consumo foi apli- cada apenas ao microcontrolador STM32L496 e não abrangeu o consumo do módulo de rádio, caracterizando uma prova de conceito para análises reprodutı́veis de energia durante a simulação.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Elétricapt_BR
dc.sizeorduration120pt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICApt_BR
dc.identifier.doihttp://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.263pt_BR
dc.orcid.putcode220733227-
dc.subject.autorizadoEngenharia elétricapt_BR
dc.subject.autorizadoEnergia elétrica - Consumopt_BR
dc.subject.autorizadoFramework (Arquivo de computador)pt_BR
dc.subject.autorizadoMicrocontroladorespt_BR
dc.subject.odsODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.pt_BR
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Elétrica

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