Desain dan pengembangan sistem tertanam didorong oleh persyaratan aplikasi dan teknologi TI. Seiring dengan inovasi dan perkembangan teknologi mikroelektronika yang terus-menerus, tingkat integrasi dan tingkat proses sirkuit terpadu berskala besar terus ditingkatkan. Secara khusus, pengenalan sistem operasi waktu nyata (RTOS) tertanam memberikan dukungan dasar dan platform pengembangan yang sangat efisien untuk pengembangan perangkat lunak aplikasi sistem tertanam yang kompleks.
Proses Perancangan Sistem Tertanam
Tahap Desain
Fase awal perancangan konseptual suatu produk baru melibatkan perkiraan awal mengenai produk tersebut berdasarkan prediksi pasar, kebutuhan pelanggan, dan perkembangan teknologi. Saat merencanakan suatu produk, disusunlah analisis kelayakan bisnis yang mencakup perkiraan jumlah unit penjualan, harga, dan laba. Hal ini mengarah pada pembuatan tata letak produk awal, spesifikasi desain, dan rencana pemasaran produk. Pada tahap ini, desainer industri mungkin juga dilibatkan untuk menciptakan konsep kemasan produk baru.
Jangan lupa bahwa harga jual harus menutupi biaya pemasaran, desain, dan pengembangan perusahaan selain biaya produksi setiap unit produk. Hal ini bergantung pada volume penjualan, tetapi tingkat harga dua atau tiga kali lipat dari biaya produksi satu unit produk bukanlah hal yang tidak biasa.
Fase Pengembangan
Sebagian besar upaya implementasi perangkat keras dan perangkat lunak dilakukan pada akhir fase desain dan selama fase pengembangan. Analisis kritis terhadap keputusan desain membantu menentukan apakah secara fisik memungkinkan untuk mengimplementasikan konsep proyek berdasarkan spesifikasi proyek. Model uji coba perangkat keras dan perangkat lunak sering kali dibuat sebelum menganalisis keputusan desain. Kemudian, sejumlah kecil prototipe dirancang, dibuat, dan digunakan untuk pengujian perangkat keras dan perangkat lunak yang lebih mendetail.
fase produksi
Terakhir, pada tahap produksi, produk diproduksi dalam jumlah besar. Pertama-tama, biasanya dibuatlah batch percobaan dalam jumlah kecil untuk pengujian dan evaluasi lebih lanjut sebelum produksi massal dimulai. Insinyur kualitas terus berupaya meningkatkan kualitas produk dan proses. Insinyur dukungan menangani perubahan yang terjadi setelah peluncuran produk baru dan memberikan dukungan teknis untuk produk tersebut. Mengingat tren globalisasi saat ini, produksi massal perangkat tertanam baru sering kali dilakukan di negara lain yang lebih hemat biaya. Untuk banyak perangkat tertanam, seluruh proses memakan waktu antara enam bulan hingga satu tahun, namun pasar yang kompetitif terus memaksa siklus hidup produk menjadi lebih singkat.
Mengembangkan proyek sistem tertanam
Upaya utama dalam pengembangan perangkat lunak dan perancangan teknik dilakukan pada tahap pengembangan, yang akan dijelaskan lebih rinci di bawah ini. Pertama-tama, para perancang harus memilih prosesor dan sistem operasi. Pemilihan prosesor untuk perangkat tertanam melibatkan banyak faktor yang perlu dipertimbangkan, seperti harga, kinerja, konsumsi daya, dan dukungan perangkat lunak.
pilih prosesor
Produsen menyediakan panduan yang menjelaskan prosesor mereka dan biasanya memberikan kepada para pengembang papan referensi yang lengkap, yang dapat digunakan sebagai titik awal saat mengembangkan desain komputer baru yang menggunakan prosesor tersebut. Penjelasan terperinci mengenai setiap prosesor, perangkat memori, dan semua chip yang diperlukan berada di luar cakupan panduan ini, namun beberapa sifat perangkat keras yang paling umum dan secara langsung memengaruhi pembuatan perangkat lunak akan dibahas nanti.
menghubungkan perangkat keras ke prosesor
Setelah perancang perangkat keras sistem tertanam memilih prosesor dan perangkat memori yang sesuai, langkah selanjutnya adalah menambahkan perangkat I/O perangkat keras serta struktur bus yang diperlukan untuk menghubungkan perangkat-perangkat tersebut ke prosesor. Perancangan perangkat tertanam mencakup pemilihan dan penghubungan perangkat keras yang diperlukan untuk berbagai perangkat I/O yang dibutuhkan dalam desain baru tersebut.
Uji, perbaiki, dan rancang ulang
Setelah diagram skematik desain dimasukkan dengan cermat, papan sirkuit cetak (PCB) dirancang untuk perangkat tertanam menggunakan sistem desain berbantuan komputer (CAD) untuk papan sirkuit cetak. Alat ini mengimpor informasi koneksi pin dari diagram sirkuit dan menggunakannya untuk merancang serta menguji konduktor tembaga yang digunakan untuk menghubungkan sirkuit terpadu (IC) pada papan sirkuit cetak. Beberapa papan sirkuit cetak dibuat, dilengkapi dengan komponen yang diperlukan, dan kemudian digunakan untuk melakukan pengujian perangkat lunak yang ekstensif pada desain baru. Setiap kesalahan desain perangkat keras yang terdeteksi selama pengujian akan memerlukan perubahan pada diagram sirkuit, modifikasi desain papan sirkuit cetak, dan pembuatan yang baru. Hal ini akan memperpanjang siklus produksi papan sirkuit cetak dan pengujian, yang pada gilirannya akan memperpanjang waktu pengembangan.
pilih sistem operasi
Alat pengembangan perangkat lunak biasanya disertakan bersama sistem operasi. Karena sistem operasi ditulis dalam bahasa C/C++, pembuatan sistem operasi baru memerlukan kompiler, editor tautan, debugger, dan alat untuk menghasilkan gambar biner. Alat-alat yang sama biasanya juga digunakan untuk pengembangan aplikasi.
Pengembangan perangkat lunak dilakukan secara paralel dengan pengembangan perangkat keras untuk mengurangi total waktu pengembangan produk. Hal ini menjadi semakin penting mengingat siklus hidup produk perangkat tertanam saat ini yang semakin pendek. Untuk pengembangan dan pengujian perangkat lunak, Anda dapat menggunakan alat emulasi dan papan komputer tertanam dengan perangkat keras serupa yang menjalankan sistem operasi yang sama sebelum platform perangkat keras baru tersedia. Karena sebagian besar kode ditulis dalam C/C++/C#, sebagian besar perangkat lunak bahkan dapat dikembangkan dan diuji pada prosesor atau emulator lain. Kode tersebut kemudian dikompilasi ulang untuk prosesor baru pada putaran akhir pengembangan dan pengujian saat perangkat keras baru tersedia.
Setelah pengembangan perangkat lunak selesai, Anda dapat mentransfernya ke perangkat nyata untuk pengujian dan rilis akhir. Windows Embedded CE dilengkapi dengan emulator ARM beserta alat pengembangan. Emulator ini memungkinkan Anda menjalankan perangkat lunak di PC dengan kecepatan jauh lebih tinggi daripada perangkat keras nyata. Emulator ini dapat digunakan untuk debugging dan profiling perangkat lunak, serta untuk pengembangan perangkat lunak pada perangkat jarak jauh.
Teknologi memori untuk perangkat tertanam
Sebagian besar perangkat tertanam saat ini menggunakan dua jenis memori, yaitu SDRAM atau terkadang SRAM sebagai memori utama, serta Flash atau ROM sebagai memori non-volatil. SDRAM memiliki biaya per bit memori yang jauh lebih rendah daripada SRAM, namun memerlukan pengontrol perangkat keras yang lebih canggih untuk siklus pembaruan memori dinamis secara berkala. Salah satu keputusan terpenting yang harus diambil pada awal proses desain adalah seberapa banyak memori dari masing-masing jenis yang dibutuhkan oleh perangkat tersebut.
Memori SDRAM
SDRAM adalah singkatan dari Synchronous Dynamic Random Access Memory. Memori ini menggunakan tegangan kerja 3,3 V dan bandwidth 64 bit. SDRAM juga telah menjadi memori utama selama bertahun-tahun; mulai dari chipset 430TX hingga chipset 845, semuanya mendukung SDRAM. SDRAM mengikat CPU dan RAM melalui clock yang sama, sehingga CPU dan RAM dapat berbagi siklus clock dan bekerja secara sinkron pada kecepatan yang sama. Tepi naik dari setiap pulsa clock memulai transfer data, dan kecepatannya 50% lebih tinggi daripada memori EDO.
Memori flash
Sistem operasi dan program aplikasi biasanya disimpan dalam memori flash, karena sebagian besar perangkat tertanam tidak dilengkapi dengan perangkat hard disk.
Perangkat memori flash menyimpan data pada chip flash. Chip flash berisi pola elektron yang bergerak dalam lingkaran. Elektron-elektron tersebut disimpan dalam sel memori dan bergerak bolak-balik di antara bit-bit data yang berbeda pada chip. Jumlah bit diukur berdasarkan seberapa cepat elektron bergerak di antara sel-sel, atau bit.
Ketika perubahan dilakukan pada satu bit, perubahan tersebut ditulis ke bit berikutnya. Jika dua bit diubah sekaligus, maka dua byte baru ditambahkan ke program, dan seterusnya.
SDRAM vs Flash
SDRAM lebih cepat daripada memori flash, sehingga sangat cocok untuk aplikasi yang membutuhkan akses data yang cepat.
SDRAM mengonsumsi daya lebih sedikit daripada memori flash, sehingga cocok untuk perangkat portabel.
SDRAM lebih mahal daripada memori flash, sehingga kurang ideal untuk aplikasi di mana biaya menjadi pertimbangan.
Memori flash lebih tahan lama daripada SDRAM, sehingga sering digunakan dalam aplikasi yang memerlukan penyimpanan data dalam jangka waktu lama.
Memori flash memiliki kecepatan baca yang jauh lebih lambat dibandingkan dengan SDRAM.
Memori flash hanya mendukung sejumlah operasi penulisan yang terbatas, sehingga penggunaan sistem memori virtual dengan paging sesuai permintaan (seperti pada PC desktop) dengan memori flash (bukan hard disk) yang berfungsi sebagai perangkat pertukaran halaman memori virtual biasanya tidak digunakan pada perangkat tertanam.
