Embedded System

Belum banyak dari kita yang sudah mengenal atau mengetahui embedded system atau system tertanam. Padahal hampir setiap hari kita melihat bahkan menggunakannya tapi kita tidak mengetahuinya. Embeded system merupakan sebuah sistem rangkaian elektronik digital yang merupakan bagian dari sebuah sistem yang lebih besar, yang biasanya bukan berupa sistem elektronik. Kata embedded menunjukkan bahwa dia merupakan bagian yang tidak dapat berdiri sendiri. Embedded system biasanya merupakan application-specific system yang didisain khusus untuk aplikasi tertentu. Secara fisik, embedded system berkisar dari perangkat portable seperti jam digital dan MP3 player , untuk instalasi stasioner besar seperti lampu lalu lintas, pengontrol pabrik, atau mengontrol sistem pembangkit listrik tenaga nuklir . Kompleksitas bervariasi dari rendah, dengan satu mikrokontroler chip, hingga sangat tinggi dengan beberapa unit, peripheral dan jaringan yang besar terpasang di dalam chassis atau kandang. Embedded system adalah sistem komputer yang dirancang khusus untuk tujuan tertentu demi meningkatkan fungsi suatu mesin. Sesuai artinya, “embedded” yang berarti “mencocokkan”, maka bagian yag dicocokan meliputi peranti keras dan bagian mekanis lain. Hal ini berlawanan dengan sistem umum seperti yang kita kenal dapa Personal Computer (PC) yang bisa menjalankan banyak perintah sekaligus tergantung pada pemrogramannya.
Embedded system ini didedikasikan untuk perintah spesifik, seperti rancangan desain untuk mengoptimasi mesin, pengurangan ukuran dan biaya produk, atau meningkatkan performa kerja.
Sesungguhnya banyak produk massal yang merupakan hasil dari embedded system. Sebut saja MP3 Player, hingga peranti instalasi skala besar seperti lampu lalu lintas. Bahkan juga sistem pengontrol pembangkit listrik nuklir.

>Sejarah
Salah satu sistem tertanam yang diknenali pertama adalah Apollo Panduan Komputer , yang dikembangkan oleh Charles Stark Draper di MIT Instrumentasi Laboratorium. Pada awal proyek, komputer bimbingan Apollo dianggap item yang paling berisiko dalam proyek Apollo karena dipekerjakan sirkuit kemudian baru dikembangkan terpadu monolitik untuk mengurangi ukuran dan berat. Massa-diproduksi tertanam sistem awal adalah Autonetics D-17 panduan komputer untuk rudal Minuteman , dirilis pada tahun 1961. Dibangun dari transistor logika dan memiliki hard disk untuk memori utama. Ketika Minuteman II masuk ke produksi pada tahun 1966, D-17 diganti dengan komputer baru yang menggunakan volume tinggi pertama sirkuit terpadu. Program ini sendiri menurunkan harga pada quad IC gerbang nand dari $ 1000/each menjadi $ 3/each memungkinkan penggunaannya dalam produk komersial. (Michael Barr dan Anthoni J. Massa, 2006)
Karena aplikasi ini di awal 1960-an, embedded system telah turun harga dan telah terjadi peningkatan yang dramatis dalam pengolahan daya dan fungsionalitas. Yang pertama microprocessor misalnya, Intel 4004 , dirancang untuk kalkulator dan sistem kecil lainnya tapi masih diperlukan memori eksternal banyak dan chip dukungan. Pada tahun 1978 Nasional Rekayasa Asosiasi Produsen merilis standar untuk mikrokontroler diprogram, termasuk hampir semua pengendali berbasis komputer, seperti komputer papan tunggal, numerik, dan pengendali berdasarkan aktivitas. (Michael Barr dan Anthoni J. Massa, 2006)
Sebagai biaya mikroprosesor dan mikrokontroler jatuh itu menjadi layak untuk menggantikan mahal tombol berbasis analog komponen seperti potensiometer dan kapasitor variabel dengan atas / bawah tombol atau tombol-tombol dibacakan oleh mikroprosesor bahkan dalam beberapa produk konsumen. Pada pertengahan 1980, sebagian besar komponen sistem eksternal sebelumnya umum telah diintegrasikan ke dalam chip yang sama seperti prosesor dan bentuk modern dari mikrokontroler memungkinkan suatu lebih luas digunakan bahkan, yang pada akhir dekade adalah norma bukan pengecualian untuk hampir semua perangkat elektronik. (Michael Barr dan Anthoni J. Massa, 2006)
Integrasi mikrokontroler telah semakin meningkatkan aplikasi yang embedded system digunakan ke daerah-daerah di mana biasanya komputer tidak akan dipertimbangkan. Tujuan umum dan relatif murah mikrokontroler mungkin sering diprogram untuk memenuhi peran yang sama sebagai sejumlah besar komponen yang terpisah. Walaupun dalam konteks ini sebuah sistem embedded biasanya lebih kompleks daripada solusi tradisional, sebagian besar kompleksitas terkandung dalam mikrokontroler itu sendiri. Sangat sedikit komponen tambahan mungkin diperlukan dan sebagian besar usaha desain dalam perangkat lunak. Sifat tidak berwujud perangkat lunak membuatnya lebih mudah untuk revisi prototipe dan uji baru dibandingkan dengan desain dan konstruksi sirkuit baru tidak menggunakan prosesor tertanam. (Michael Barr dan Anthoni J. Massa, 2006)

>Pengertian Embedded System

Embedded System adalah sistem yang menempel di sistem lain. Embeded system merupakan sebuah sistem rangkaian elektronik digital yang merupakan bagian dari sebuah sistem yang lebih besar, yang biasanya bukan berupa sistem elektronik. Kata embedded menunjukkan bahwa dia merupakan bagian yang tidak dapat berdiri sendiri. Embedded system biasanya merupakan application-specific system yang didisain khusus untuk aplikasi tertentu. Contoh sistem atau aplikasinya antara lain adalah instrumentasi medik medical instrumentation, process control, automated vehicles control, dan perangkat komunikasi networking and communication systems. Ini berbeda dengan sistem digital yang didisain untuk general-purpose. Embedded system biasanya diimplementasikan dengan menggunakan mikrokontroler. Sebuah sistem komputer yang menjadi komponen dari mesin atau sistem yang lebih besar. Embedded sistem dapat memberikan respon yang sifatnya real time. Embedded sistem banyak digunakan pada peralatan digital, seperti jam tangan. (Rezky Wira, 2010)

Embedded sistem dikendalikan oleh satu atau lebih inti proses utama yang biasanya berupa mikrokontroler atau prosesor sinyal digital DSP yang didedikasikan untuk menangani tugas tertentu, yang mungkin memerlukan prosesor yang sangat kuat. Misalnya, lalu lintas udara sistem berguna dapat dilihat sebagai system tertanam, meskipun melibatkan komputer mainframe dan berdedikasi dengan nasional jaringan regional antara bandara dan situs radar masing-masing mungkin mencakup satu atau lebih sistem tertanam sendiri. (Michael Barr, 2007)
Secara fisik, embedded system berkisar dari perangkat portable seperti jam digital dan MP3 player , untuk instalasi stasioner besar seperti lampu lalu lintas , pengontrol pabrik , atau mengontrol sistem pembangkit listrik tenaga nuklir . Kompleksitas bervariasi dari rendah, dengan satu mikrokontroler chip, hingga sangat tinggi dengan beberapa unit, peripheral dan jaringan yang besar terpasang di dalam chassis atau kandang. (Michael Barr, 2007)
Secara umum, sistem embedded bukan istilah didefinisikan secara ketat, seperti kebanyakan sistem memiliki beberapa unsur diperpanjang atau programabilitas. Sebagai contoh, komputer genggam berbagi beberapa elemen dengan embedded system seperti sistem operasi dan mikroprosesor mana kekuasaan mereka, tetapi mereka membiarkan aplikasi yang berbeda yang akan diambil dan peripheral dihubungkan. Selain itu, bahkan sistem yang tidak mengekspos programabilitas sebagai fitur utama 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, dan dengan demikian sesuai dengan panggilan tertanam . (Michael Barr, 2007)
Elektronik konsumen termasuk personal digital assistant PDA, mp3 player , ponsel, konsol videogame , 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 sistem menggunakan jaringan termostat untuk lebih akurat dan efisien temperatur kontrol yang dapat berubah dengan waktu dan musim . Otomasi home menggunakan kabel-dan nirkabel-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)

>Embedded system adalah sistem dengan ciri-ciri sebagai berikut :

Mempunyai computing power. Dengan kata lain dilengkapi dengan sebuah processor
Bekerja di lingkungan luar ruangan IT. Jadi kemungkinan besar tidak dilengkapi dengan AC dan menghadapi gangguan dari luar seperti getaran dan debu.
Memiliki tugas yang spesifik. Beda dengan PC atau Server yang relatif lebih multi purpose

>Embedded system biasanya di gunakan untuk aplikasi-aplikasi misalkan :

-Pengontrolan Pabrik.
-Komputer transaksi di Jalan Toll.
-Telemetri di tempat-tempat yang remote seperti misalkan.
-pengamat ketinggian air di bendungan.
-Peralatan Smart Electronic yang terpasang di dalam mobil.

>karakteristik
1. 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.
2. 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 Robot Guitar 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.
3. 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)

> Prosesor embedded system
Pertama, prosesor Embedded dapat dibagi menjadi dua kategori besar, mikroprosesor biasa μP dan mikrokontroler nakan, yang memiliki lebih banyak peripheral chip, mengurangi biaya dan ukuran. dibandingkan dengan komputer pribadi pada pasar server, jumlah yang cukup besar dari dasar arsitektur CPU yang digunakan berupa Von Neumann serta berbagai tingkat Harvard arsitektur , RISC seperti juga non-RISC dan VLIW. Panjang kata bervariasi dari 4-bit untuk 64-bit dan luar terutama di DSP prosesor meskipun tetap paling khas 8/16-bit. Kebanyakan arsitektur datang dalam sejumlah besar varian yang berbeda dan bentuk, banyak yang juga diproduksi oleh perusahaan yang berbeda. (David Carrey, 2008)

Beberapa contoh processor embedded adalah: 65816 , 65C02 , 68HC08 , 68HC11 , 68k , 8051 , ARM , AVR , AVR32 ,Blackfin , C167 , Coldfire , COP8 , Cortus APS3 , eZ8 , eZ80 , FR-V , H8 , HT48 , M16C , M32C , MIPS , MSP430 , PIC , PowerPC , R8C , SHARC ,SPARC , ST6 , SuperH , barak-47 , TLC-870 , TLC-900 , Tricore , V850 , x86 , XE8000 , Z80 , ASAP dll. (David Carrey, 2008)

> ASIC dan solusi FPGA
ASIC (Aplication specific integrated circuit) merupakan perkembangan dari IC (integrated circuit). IC yang sudah sangat dikenal dalam dunia elektronika dikembangkan menjadi ASIC yang hanya digunakan dalam peralatan tertentu dan tidak digunakan untuk umum. Hampir semua alat-alat yang berbasis embedded system menggunakan ASIC. Oleh karena itu, ASIC sangat dikenal dalam dunia Embedded System. (Rezky Wira, 2010)
Field-Programmable Gate Array (FPGA) adalah komponen elektronika dan semikonduktor yang mempunyai komponen gerbang terprogram (programmable logic) dan sambungan terprogram. Komponen gerbang terprogram yang dimiliki meliputi jenis gerbang logika biasa (AND, OR, XOR, NOT) maupun jenis fungsi matematis dan kombinatorik yang lebih kompleks (decoder, adder, subtractor, multiplier, dll). Blok-blok komponen di dalam FPGA bisa juga mengandung elemen memori (register) mulai dari flip-flop sampai pada RAM (Random Access Memory). Pengertian terprogram (programmable) dalam FPGA adalah mirip dengan interkoneksi saklar dalam breadboard yang bisa diubah oleh pembuat desain. Dalam FPGA, interkoneksi ini bisa diprogram kembali oleh pengguna maupun pendesain di dalam lab atau lapangan (field). Oleh karena itu jajaran gerbang logika (Gate Array) ini disebut field-programmable. Jenis gerbang logika yang bisa diprogram meliputi semua gerbang dasar untuk memenuhi kebutuhan yang manapun. Secara umum FPGA akan lebih lambat jika dibandingkan dengan jenis chip yang lain seperti pada chip Application-Specific Integrated Circuit (ASIC). Hal ini karena FPGA menggunakan power/daya yang besar bentuk desain yang kompleks. Beberapa kelebihan dari FPGA antara lain adalah harga yang murah, bisa diprogram mengikuti kebutuhan, dan kemampuan untuk di program kembali untuk mengkoreksi adanya bugs. Jenis FPGA dengan harga murah biasanya tidak bisa diprogram dan dimodifikasi setelah proses desain dibuat (fixed-version). Chip FPGA yang lebih kompleks dapat diperoleh dari jenis FPGA yang dikenal dengan CPLD (Complex-Programmable Logic Device). (http://id.wikipedia.org/wiki/FPGA, 2011)

>Peralatan
Adapun perangkat lunak lain, desainer embedded system menggunakan kompiler , perakit , dan debugger 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 / Scicos , MATLAB / Simulink , EICASLAB , Mathcad ,Mathematica , 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 RTOS dan 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 waktu sistem operasi real atau sistem operasi tertanam , yang mungkin memiliki kemampuan DSP seperti DSPnano 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)

Aspek-aspek yang membedakan Embedded System dari sistem lain :
a. Biaya (cost)
Ini merupakan aspek yang dapat dikatakan paling penting karena sangat mempengaruhi desain suatu embedded system secara keseluruhan. Dalam membuat suatu embedded system, biasanya dipilih komponen-komponen secara optimal, yaitu yang memungkinkan implementasi sistem tersebut tetapi dengan biaya yang serendah-rendahnya. Hal ini karena perbedaan harga sedikit saja dapat sangat berpengaruh ketika embedded system tersebut harus dipasarkan secara luas dalam jumlah yang besar.

b. Constraint waktu
Tidak sedikit embedded system yang sekaligus merupakan real-time system, yaitu sistem yang prosesnya terbatasi oleh batas waktu. Sistem-sistem ini umumnya merupakan sistem yang digunakan untuk keperluan yang kritikal, dan harus selalu aktif. Dengan demikian tidak seperti system komputer desktop yang dapat dilakukan reboot, misalnya untuk menjaga kestabilannya atau menangani serangan tertentu seperti virus, dalam embedded system tertentu hal tersebut mungkin tidak dapat diterima. Embedded system harus selalu stabil, termasuk dalam gangguan oleh serangan. Harus diperhatikan bagaimana jika suatu real-time system mengalami serangan Denial of Service (DoS) yang membuatnya menjadi lambat sehingga batas waktunya tidak lagi
terpenuhi.

c. Interaksi langsung dengan dunia nyata
Banyak embedded system, umumnya embedded control application, harus berhubungan langsung dengan dunia nyata. Akibatnya adalah kesalahan suatu gangguan bisa berakibat lebih fatal dibandingkan sistem komputer yang biasa. Jika misalnya suatu komputer server yang menyimpan database mengalami gangguan, paling parah yang terjadi adalah kehilangan data, dan apabila database tersebut di-backup secara berkala maka kerugiannya lebih kecil lagi. Hal ini akan sangat berbeda jika misalnya sistem kontrol dalam suatu pabrik kimia mengalami gangguan dan melakukan kesalahan.

d. Constraint energi
Banyak embedded system yang mengambil daya dari baterai. Hal ini berarti munculnya satu titik serangan baru pada embedded system, yaitu power supply.e. Elektronika Masih berhubungan dengan yang terakhir, karena embedded system merupakan sistem yang sangat erat dengan elektronika, maka seranganserangan atau gangguan juga mungkin dilakukan secara elektrik, misalnya analisis dengan multimeter, logic analyzer, dan sebagainya. Walaupun sistem komputer lain pada dasarnya juga merupakan alat elektronik, tetapi kemungkinan hal ini dilakukan lebih tinggi untuk embedded system.

MICROCONTROLLER DAN HUBUNGANNYA DENGAN EMBEDDED SYSTEM

Microcontroller adalah sebuah komputer kecil di dalam satu sirkuit yang berisi inti prosesor, memori, dan input/output peripheral yang dapat diprogram, dan di desain khusus untuk embedded system. Microcontroller berukuran kecil dan murah, sangat berbeda dengan apa yang ada di komputer. Kenapa berbeda? Karena menyesuaikan kebutuhan, microcontroller ini didesain untuk suatu tujuan khusus, bukan untuk melakukan pekerjaan-pekerjaan rumit seperti yang ada di computer sebenarnya.

Embedded system tidak membutuhkan kapasitas data dan address bus yang terlalu besar, itu sebabnya microcontroller ini berukuran lebih kecil, dan harga harus terjangkau karena akan dipasangkan ke barang-barang elektronik yang harganya juga terjangkau.

CONTOH-CONTOH IMPLEMENTASI EMBEDDED SYSTEM

Embedded system dapat berjalan karena salah satunya ada microcontroller di dalamnya. Sudah sedikit disinggung di atas bahwa microcontroller akan dipasangkan ke barang-barang elektronik, berarti di dalam barang-barang elektronik itu terdapat embedded system. Contoh yang paling dekat dengan kita adalah barang-barang elektronik yang berhubungan dengan kebutuhan rumah-tangga, misalnya lemari pendingin, mesin cuci otomatis, kompor listrik, televisi, telepon, dan lain-lain. Tidak hanya itu saja, radio dan kamera DSLR atau pocket pun juga memakai embedded system.

>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).

>Kesimpulan
Embedded system adalah kombinasi dari hardware dan software yang disisipkan (embedded) dalam suatu perangkat tertentu yang bertujuan melakukan suatu fungsi/tugas khusus. Contoh dari embedded systems ini dalam kehidupan sehari-hari adalah microwave, kalkulator elektronic, game watch, Antilock Brake Systems dan masih banyak lagi. Hampir semua aspek kehidupan kita tidak dapat dipisahkan dari embedded systems.

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

Leave a Reply