Embedded System

1. Pengertian Embedded System

   Embedded System atau sistem tertanam merupakan sistem komputer khusus yang dirancang untuk menjalankan tugas tertentu dan biasanya sistem tersebut tertanam dalam satu kesatuan sistem. Sistem ini menjadi bagian dari keseluruhan sistem yang terdiri atas mekanik dan perangkat keras lainnya. Bidang embedded system mencakup penguasaan perangkat keras (hardware). Sistem embedded merupakan sebuah sistem ( rangkaian eletronika) digital yang merupakan bagian dari sebuah sistem yang lebih besar, yang biasanya bukan berupa sistem eletronika. Kata embedded menunjukkan bagian yang tidak dapat berdiri sendiri. Berbeda dengan sistem digital yang di desain untuk general purpose. Embedded system biasanya diimplementasikan dengan menggunakan mikrokontroler, sistem embedded dapat memberikan respon yang sifatnya real time dan banyak digunakan pada peralatan digital, seperti jam tangan.

Embedded system dikendalikan oleh mikrokontroler atau Digital Signal Processor (DSP) yang didedikasikan untuk menangani dan menyelesaikan tugas tertentu,

Beberapa embedded sytem yang banyak ditemui dalam kehidupan sehari - hari :

• Sistem Pemroresan signal
  Real time video, DVD Player, peralatan kesehatan
• Distributed control
  Networking routers, switches, firewall, mass transit systems, elevators.
• “Small” systems
  Mobile phones, pagers, toys, smartcard, MP3 Players, PDA, kamera digital, sensors.
  Secara umum, sistem embedded bukan didefinisikan secara ketat, seperti kebanyakan sistem yang memiliki beberapa unsur programabilitas. Sebagai contoh laptop, berbagai elemen dengan embedded system seperti sistem operasi dan mikroprosesor yang akan diambil dan peripheral dihubungkan. Selain itu bahkan sistem yang tidak mengekspos programabilitas sebagai fitur utama yang umumnya perlu, untuk mendukung pembaruan perangkat lunak. Pada kontinum dari tujuan umum menjadi tertanam, sistem aplikasi besar akan memiliki subkomponen pada titik-titik jika sistem secara keseluruhan dirancang untuk melakukan satu atau beberapa fungsi khusus, dengan demikian sesuai dengan demikian sesuai dengan panggilan tertanam. (Michael Barr, 2007)

Elektronik konsumen termasuk personal digital assistant (PDA), mp3 player, ponsel, konsol video game, kamera digital, pemutar DVD, GPS receiver, dan printer. Banyak peralatan rumah tangga seperti microwave oven, mesin cuci, dan mesin pencuci piring, yang termasuk sistem tertanam untuk memberikan fleksibilitas, efisiensi dan fitur. Advanced HVAC sisteem menggunakan jaringan termostat untuk lebih akurat dan efisien temparatur kontrol yang dapat berubah dengan waktu dan musim.Otomasi home menggunakan kabel dan kabel jaringan yang dapat digunakan untuk mengontrol lampu, iklim, keamanan, audio /visual, pengawasan, dll, yang kesemuanya menggunakan tertanam perangkat untuk pemantauan dan pengendalian. (Michael Barr, 2007)
Selain tertanam sistem dijelaskan umumnya didasarkan pada komputer kecil, kelas baru dari perangkat nirkabel miniatur disebut motes dengan cepat mendapatkan popularitas sebagai bidang naik jaringan sensor nirkabel.wireless sensor networking, JSN, memanfaatkan miniaturisasi dimungkinkan oleh desain IC canggih untuk subsistem nirkabel penuh pasangan untuk sensor yang canggih, memungkinkan orang dan perusahaan untuk mengukur dan mengetahui segudang hal-hal di dunia. (Michael Barr, 2007)

2. Sejarah Sistem Embedded
Sistem embedded modern yang pertama dikenal adalah Apollo Guidance Computer yang dibuat oleh Charles Strak Draper di sebuah laboratorium Instrumen MIT. Apollo Guidance Computer (AGC) merupakan on-board digital computer (papan komputer digital), yang diinstall di setiap acecraft program Apollo, baik Command module (CM) dan Lunar Module (LM). Disediakan pula on-board computation untuk mendukung spacecraft guidance, navigasi, dan kontrol. Software AGC ditulis dalam bahasa assembly AGC. Sementara itu embedded system yang pertama kali diproduksi massal adalah Autonteics D-17 guidance (1961). Alat tersebut di bangun mempergunakan transistor logic dan hard disk sebagai memori utama.

Sumber gambar : www.computerhistory.org/collections/accession/102622655
Apollo Guidance Computer
Setelah tahun 60'an. Dimana telah ditemukannya IC (Intregrated Circuit), embedded system mengalami peningkatan dalam hal produksi dan penurunan harga. Apollo flight computer merupakan yang pertama menggunakan IC. Ketika itu banyak dikembangkan system yang dapat melakukan tugas yang lebih canggih dan kompleks. Seperti Mikroprosesor pertama intel 4004, yang berhasil dimanfaatkan untuk pembuatan kalkulator dan system lainnya, system tersebut mulai membutuhkan tambahan memori dan chip pendukung.
3. Komponen – komponen Embedded System
3.1 Central Processing Unit (CPU)
Central Processing Unit atau sering lebih dikenla dengan processor bertugas melakukan fungsi logika dan matematika, transfer data, dan pengolah instruksi. Sebuah CPU berisikan register-register, Arithmetic Logic Unit (ALU), Program Couter dan Stack Pointer.
Operasi dasar suatu CPU adalah mengeksekusi sederetan perintah tersimpan yang disebut sebagai program. Wujud program berupa sederetan bilangan yang disimpan dalam memori. Menurut arsitektur von Neumann ada empat langkah proses dalam CPU, yaitu fetch, decode, execute, dan writeback. Langkah fetch adalah langkah untuk mengambil instruksi dari memori program. Lokasi pengambilan program ditentukan oleh PC (Program Counter). Pada langkah selanjutnya, yaitu decode, instruksi yang telah diambil diuraikan untuk diolah lebih lanjut pada bagian – bagian khusus CPU. Sedangkan langkah execute, beberapa operasi hasil penguraian pada langkah sebelumnya mulai bekerja sama dan menyelesaikan perintah tersebut. Jika pada langkah ini terjadi penghitungan aritmatika maka ALU akan mulai berfungsi. Langkah terakhir, yaitu writeback, adalah menuliskan kembali hasil operasi pada memori maupun register-register yang telah ditunjuk. Hasil tersebut mungkin saja digunakan untuk proses eksekusi perintah berikutnya, yang akan kembali melalui langkah pertama.
Perbedaan CPU antarprodusen terletak pada hal-hal berikut :
• Lebar jalur data (data bus). Ada yang menggunakan 4, ,8,16, dan 32 bit
• Daftar instruksi : RISC, CISC
• Jumlah register
• Mode pengalamatan
• Jumlah interrupt
• Kecepatan/daya/ukuran

Berikut uraian singkat mengenai perbedaan-perbedaan yang mungkin terjadi berkaitan dengan CPU pada berbagai produsen.

Lebar jalur data merepresentasikan kemampuan CPU untuk mengolah banyaknya informasi dalam sekali waktu pemrosesan. Semakin lebar jalur data, maka kemampuannya semakin besar. Perbedaan lainnya pada daftar instruksi. Ada dua jenis arsitektur CPU, yaitu RISC (Reduced Instruction Set Computer) dan CISC (Complex Intruction Set Computer). Perbedaan utama keduanya adalah CPU RISC mengeksekusi perintah lebih cepat daripada CISC karena tidak melalui proses konversi micro code.

CPU CISC dilengkapi dengan banyak daftar instruksi untuk mempermudah programmer membuat program dengan kode sumber sesingkat mungkin. CPU RISC memiliki lebih sedikit variasi instruksi sehingga programmer harus menulis lebih banyak baris kode untuk menghasilkan programm yang sama. CPU CISC memiliki converter microcode di dalamnya sehingga membutuhkan lebih banyak siklus mesin saat eksekusi instruksi sehingga kecepatan CISC relatif lebih lambat dibandingkan RISC.

Register merupakan sebuah lokasi atau wadah sementara untuk penyimpanan hasil operasi. Jumlah register antar CPU dapat berbeda. Mode pengalamatan berhubungan dengan mode CPU mem-fetch informasi dari memori. Baik register maupun mode pengalamatan berpengaruh tarhadap kemudahan pemrograman mikrokontroler.

Sebuah interrupt, dapat dianalogikan seperti interupsi terhadap suatu kegiatan yang sedang berlangsung, misalnya interupsi pada proses pengadilan. Jika interupsi diizinkan, maka proses sebelumnya akan dihentikan untuk mengerjakan kegiatan baru yang diminta interrupt. Setelah kegiatan interupsi tersebut selesai , maka kegiatan dikembalikan ke proses sebelumnya.

3.2 Port Input-Output
Bagian yang sangat penting ini dapat di ibaratkan sebagai kaki-tangan dan panca indera pada tubuh manusia. Port Input ibarat panca indera manusia. Dia menerima masukan dari dunia luar untuk diproses lebih lanjut pada tubuh mikrokontroler. Contoh konkret input bagi mikrokontroler adalah sensor suhu, sensor garis, sensor asap, dan penekanan tombol. Sedangkan port output ibarat kaki-tangan pada manusia. Melalui port output, mikrokontroler mengirimkan sinyal ke dunia luar. Sinyal itu dapat digunakan untuk menyalakan led, motor, membunyikan speaker/ buzzer, dan mengendalikan apa saja dengan mempertimbangkan perantara/ rangkaian drivernya.
3.3 Memori
Memori ini terdiri atas internal ROM (Read Only Memory) dan internal RAM (Random Acces Memory). Internal ROM merupakan memori penyimpanan program yang isinya tidak dapat diubah atau dihapus.
Umumnya, internal ROM disebut sebagai memori program. Ada berbagai jenis ROM, antara lain Mask ROM, PROM/OTP, EPROM, EEPROM. Mask ROM diprogram saat manufaktur. PROM/OTP hanya dapat diprogram sekali saja, sesuai namanya : One Time Programmable (OTP). EPROM memerlukan sinar ultraviolet untuk penghapusan data. Sedangkan EEPROM dapat dihapus dan diisi kapan saja hanya dengan menggunakan proses elektrik. Perkembangan ROM menghantarkannya pada teknologi flash ROM (EEPROM). Dengan teknoloi ini, ROM dapat ditulis atau diprogram berulang-ulang. Meskipun catu daya dimatikan, data pada ROM tidak hilang.
Sedangkan internal RAM merupakan penyimpanan datta yang isinya dapat diubah dan dihapus. RAM biasanya berisi data variabel dan register yang umumnya disebut memori data. Data yang tersimpan pada RAM bersifat sementara dan dapat dihilangkan jika catu data dimatikan. RAM terbagi atas SRAM dan DRAM. Hampir semua RAM dalam mikrokontroler adalah SRAM karena waktu aksesnya lebih cepat, sedangkan komputer PC menggunkan DRAM.
3.4 Periperal Tambahan
Periperal adalah perangkat dengan fungsi tertentu. Periperal tambahan dapat dianalogikan sebagai senjata pelengkap dalam suatu permainan perang. Semakin banyak senjata pelengkap, semakin mudah kita menghadapi permasalahan yang dipecahkan dengan mikrokontroler.
Periperal sering disertakan dalam mikrokontroler adalah timer, konverter analog ke digital dan sebaliknya (AD/DA), dan komunikasi serial. Komunikasi serta yang umum tersedia adalah UART, USART. Namunn, bentuk komunikasi serial lain mulai banyak dijumpai pada mikrokontroler yaitu I2C, USB, dan SPI.

           4. Fitur Embedded System

           Adapun perangkat lunak lain, desainer embedded system menggunakan kompiler, perakit, debuger untuk mengembangkan sistem perangkat lunak tertanam. Namun, mereka juga dapat menggunakan beberapa alat yang lebih spesifik:

- Dalam debugger sirkuit atau emulator lihat bagian berikutnya.

- Utilitas untuk menambahkan checksum atau CRC ke program, sehingga sistem tertanam dapat memeriksa jika program tersebut valid.

- Untuk sistem yang menggunakan pemrosesan sinyal digital, pengembang dapat menggunakan matematika bangku kerja seperti Scilab / Scocis, MATLAB/ Simulink, EICASLAB, Mathcad, Mathematicha atau Flowstone DSP untuk simulasi matematika. Mereka juga dapat menggunakan perpustakaan untuk kedua host dan sasaran yang menghilangkan berkembang DSP rutinitas seperti yang dilakukan di DSPnano RTOSdan Unison sistem operasi

- Custom compiler dan linker dapat digunakan untuk meningkatkan optimasi untuk hardware tertentu.

- Sebuah sistem tertanam mungkin memiliki bahasa sendiri khusus atau alat desain, atau menambahkan perangkat tambahan untuk bahasa yang ada seperti Forth atau Dasar

- Alternatif lain adalah dengan menambahkan Control real atau sistem tertanam, yang mungkin memiliki kemampuan DSP seperti DSPnano dan RTOS

- Modeling dan kode menghasilkan alat sering didasarkan pada mesin negara

            Perangkat lunak dapat berasal dari berbagai sumber:

- Software perusahaan yang mengkhususkan diri di pasar embedded

- Porting dari GNU alat pengembangan perangkat lunak

- Kadang-kadang, pengembangan alat untuk komputer pribadi dapat digunakan jika prosesor tertanam adalah relatif dekat dengan prosesor PC umum (John Catsoulis, 2005)

Sebagai kompleksitas sistem tertanam tumbuh, alat-alat tingkat yang lebih tinggi dan sistem operasi yang bermigrasi ke mesin mana itu masuk akal. Misalnya, ponsel, asisten pribadi digital dan komputer konsumen lainnya sering membutuhkan software signifikan yang dibeli atau diberikan oleh orang lain dari produsen elektronik. Dalam sistem ini, sebuah lingkungan pemrograman terbuka seperti Linux, NetBSD, OSGi atau Jawa Embedded diperlukan sehingga penyedia perangkat lunak pihak ketiga dapat menjual ke pasar yang besar. (John Catsoulis, 2005)

      4.Kegunaan Embedded System

         Embedded system yang dirancang untuk melakukan tugas tertentu, bukan menjadi komputer tujuan umum untuk berbagai keperluan. Beberapa juga memiliki real-time performance kendala yang harus dipenuhi, dengan alasan seperti keamanan dan kegunaan yang lainnya mungkin tidak memiliki kinerja persyaratan atau rendah, yang memungkinkan perangkat keras sistem harus disederhanakan untuk mengurangi biaya.

Embedded sistem tidak selalu perangkat mandiri. Banyak embedded system terdiri dari kecil, bagian komputerisasi dalam perangkat yang lebih besar yang melayani tujuan yang lebih umum. Sebagai contoh, Gibson fitur sebuah sistem embedded untuk tuning senar, tetapi tujuan keseluruhan dari Robot Guitar, tentu saja, untuk memutar musik. Demikian pula, sebuah sistem embedded dalam mobil menyediakan fungsi spesifik sebagai subsistem dari mobil itu sendiri.

Instruksi program ini ditulis untuk embedded system disebut sebagai firmware, dan disimpan dalam memori hanya-baca atau Memori Flash Chip. Mereka berjalan dengan sumber daya perangkat keras komputer yang terbatas: memori kecil, keyboard kecil atau tidak ada dan / atau layar. (Steve Heath, 2003)


Sumber Referensi :

http://rezkyjoe.blogspot.com/2011/03/makalah-embedded-system.html

Budi Widodo, Romy.2009. “Embedded System”. Yogyakarta : Andi

John Catsoulis (2005). Embedded system. From http://en.wikipedia.org /wiki/Embedded_system, 22 desember 2010