Arsitektur Sistem Embedded (Tertanam)

 

Dasar-dasar Sistem Tertanam

Sistem tertanam, yang sering digambarkan sebagai pahlawan tanpa tanda jasa di dunia yang digerakkan oleh teknologi, ada di mana-mana tetapi sering kali diabaikan. Sistem ini menggerakkan segalanya, mulai dari ponsel pintar dan jam tangan pintar hingga mobil, peralatan rumah tangga, dan bahkan mesin industri yang menjaga dunia kita tetap berjalan lancar.

Pada intinya, sistem tertanam adalah sistem komputasi khusus yang dirancang untuk tugas atau fungsi tertentu. Sistem ini terintegrasi ke dalam sistem atau produk yang lebih besar, sering kali dengan batasan komputasi waktu nyata, sehingga sangat diperlukan dalam kehidupan modern.

Apa itu Arsitektur Sistem Tertanam?

Arsitektur sistem tertanam mengacu pada struktur dan organisasi fundamental dari komponen perangkat keras dan perangkat lunak sistem tertanam. Arsitektur ini menentukan bagaimana berbagai bagian sistem berinteraksi, berkomunikasi, dan berfungsi bersama untuk menjalankan tugas yang telah ditetapkan.

Berdasarkan pemikiran Gates tentang teknologi tak terlihat yang membentuk dunia kita, arsitektur sistem tertanam adalah salah satu aspek yang tak terlihat tetapi pada dasarnya berpengaruh.

Jenis Arsitektur Sistem Tertanam

Sistem tertanam dapat menggunakan arsitektur yang berbeda berdasarkan persyaratan khusus aplikasi. Beberapa arsitektur umum meliputi:

1. Mikrokontroler Tunggal/Prosesor Sinyal Digital (DSP):  Arsitektur ini mengintegrasikan prosesor, memori, dan periferal ke dalam satu chip. Arsitektur ini hemat biaya dan sering digunakan dalam aplikasi sederhana seperti peralatan rumah tangga.
2. Mikrokontroler + Memori Eksternal:  Dalam aplikasi yang membutuhkan lebih banyak memori dan daya pemrosesan, mikrokontroler digunakan bersama dengan memori eksternal, untuk memperluas kemampuan sistem.
3. Sistem Berbasis Mikroprosesor:  Sistem ini menggunakan mikroprosesor sebagai unit pemrosesan inti, dengan memori eksternal, perangkat input/output, dan terkadang sistem operasi real-time (RTOS). Sistem ini lazim digunakan pada perangkat seperti ponsel pintar dan tablet.
4. System-on-Chip (SoC) yang kompleks:  Dalam aplikasi berkinerja tinggi, SoC yang kompleks menggabungkan beberapa prosesor, memori, periferal, dan akselerator perangkat keras dalam satu chip. SoC ini ditemukan dalam perangkat seperti sistem otomotif canggih dan konsol game modern.

Fakta Menarik Tentang Embedded World yang Harus Anda Ketahui

Sistem tertanam adalah sistem komputasi khusus yang menjalankan fungsi atau tugas khusus dalam sistem yang lebih besar. Sistem ini tidak hanya ditemukan di bidang teknologi tinggi seperti komputer atau telepon pintar; sistem ini juga ditemukan dalam barang sehari-hari seperti mesin cuci, microwave, dan mobil. Dari peralatan medis hingga kontrol kedirgantaraan, sistem tertanam sangat penting bagi kehidupan modern.

1. Keluasan : Diperkirakan 98% dari semua mikroprosesor yang diproduksi digunakan dalam sistem tertanam. Itu berarti miliaran perangkat setiap tahun!
2. Mobil : Mobil modern dapat memiliki 50 hingga 100 mikroprosesor (atau lebih) untuk mengelola segala hal mulai dari kantung udara hingga sistem bantuan pengemudi canggih (ADAS). Untuk mobil mewah, jumlah ini dapat melonjak hingga lebih dari 150 mikroprosesor.
3. Elektronik Konsumen : Ada lebih dari 30 miliar sistem tertanam yang beroperasi di seluruh dunia. Ini termasuk peralatan rumah tangga, perangkat TV, konsol game, dan banyak lagi.
4. Peralatan Medis : Sekitar 70% dari semua peralatan medis menggunakan sistem tertanam. Ini termasuk alat bantu dengar, alat pacu jantung, dan pompa infus.
5. IoT : Pada tahun 2025, jumlah perangkat Internet of Things (IoT), yang sebagian besar berisi sistem tertanam, diperkirakan akan melampaui 75 miliar secara global.
6. Dirgantara : Rata-rata pesawat komersial mungkin menggunakan antara 4 hingga 7 juta baris kode dalam sistem tertanamnya.
7. Energi : Jaringan pintar, yang digunakan untuk transmisi listrik yang lebih efisien, memanfaatkan sistem tertanam secara ekstensif. Pada tahun 2028, pasar teknologi jaringan pintar diprediksi akan mencapai valuasi lebih dari $130 miliar.
8. Keamanan dan Keandalan : Mengingat sifatnya yang sangat penting, terutama di sektor seperti kedirgantaraan atau otomotif, sistem tertanam memiliki tingkat keandalan lebih dari 99,999%.
9. Pertumbuhan Pasar : Pasar sistem tertanam global bernilai sekitar $86 miliar pada tahun 2020 dan diproyeksikan tumbuh pada CAGR sekitar 6% dari tahun 2021 hingga 2026, mencapai lebih dari $115 miliar pada tahun 2026.
10. Pemrograman : C dan C++ masih menjadi bahasa pemrograman yang dominan di dunia embedded, dengan lebih dari 60% pengembang sistem embedded terutama menggunakannya untuk proyek mereka.

Perangkat Lunak Tertanam  dan Pentingnya

Perangkat lunak tertanam adalah pemrograman khusus yang tertanam dalam komponen perangkat keras (biasanya mikrokontroler atau mikroprosesor) yang menjalankan fungsi perangkat tertentu. Tidak seperti perangkat lunak komputer untuk keperluan umum, perangkat lunak tertanam menjalankan tugas atau fungsi tertentu dan dioptimalkan untuk aplikasi tertentu.

Pentingnya Perangkat Lunak Tertanam: 

1. Kinerja yang Dioptimalkan:  Perangkat lunak tertanam disesuaikan untuk fungsi tertentu, memastikan kinerja yang dioptimalkan dan efisien. Ini memastikan bahwa perangkat keras berfungsi persis seperti yang dibutuhkan, tanpa overhead yang tidak perlu.
2. Pengoperasian Real-time:  Banyak sistem tertanam yang beroperasi dalam lingkungan real-time, seperti instrumen medis atau sistem keselamatan otomotif. Perangkat lunak tertanam dapat dirancang untuk memenuhi persyaratan waktu dan keandalan yang ketat dari aplikasi tersebut.
3. Efisiensi Sumber Daya:  Mengingat sistem tertanam sering kali memiliki sumber daya yang terbatas, perangkat lunak tertanam dirancang agar hemat sumber daya, memanfaatkan memori dan daya pemrosesan yang minimal.
4. Keamanan dan Keandalan:  Dalam aplikasi penting seperti kedirgantaraan atau otomotif, keandalan perangkat lunak tertanam dapat menjadi masalah hidup dan mati. Akibatnya, perangkat lunak tertanam di sektor ini harus melalui proses pengujian dan validasi yang ketat.
5. Efisiensi Daya:  Banyak perangkat tertanam yang menggunakan daya baterai (misalnya, perangkat yang dapat dikenakan). Perangkat lunak tertanam sering kali dirancang agar hemat daya, sehingga memaksimalkan waktu aktif perangkat.
6. Skalabilitas:  Meskipun perangkat lunak tertanam dirancang untuk tugas-tugas tertentu, perangkat lunak tersebut juga dapat diskalakan. Seiring dengan perkembangan perangkat keras atau perubahan persyaratan, perangkat lunak dapat diperbarui atau diperluas sesuai kebutuhan.

Arsitektur ARM dalam Sistem Tertanam

Arsitektur ARM (Advanced RISC Machine) merupakan pilihan yang umum di dunia sistem tertanam karena keunggulannya yang unik, yang meliputi efisiensi daya, skalabilitas, dan fleksibilitas. Prosesor ARM digunakan dalam berbagai aplikasi, mulai dari perangkat seluler dan sensor IoT hingga sistem kontrol otomotif dan komputasi berkinerja tinggi.

Berikut adalah beberapa aspek utama arsitektur ARM dalam sistem tertanam:

1. Efisiensi Energi:  Prosesor ARM terkenal akan efisiensi dayanya. Hal ini membuatnya ideal untuk perangkat dan aplikasi bertenaga baterai yang sangat membutuhkan konsumsi energi rendah. Prosesor ini memungkinkan sistem tertanam beroperasi dalam jangka waktu lama tanpa harus sering mengganti atau mengisi ulang baterai.
2. Skalabilitas:  Arsitektur ARM menawarkan pendekatan yang dapat diskalakan, yang memungkinkan sistem tertanam untuk memilih tingkat daya pemrosesan yang sesuai. Baik Anda memerlukan mikrokontroler berdaya rendah untuk perangkat IoT sederhana atau prosesor multiinti berkinerja tinggi untuk aplikasi yang kompleks, arsitektur ARM menyediakan berbagai pilihan.
3. Fleksibilitas:  Prosesor ARM bersifat serbaguna, mendukung berbagai sistem operasi, termasuk sistem operasi real-time (RTOS) dan sistem berbasis Linux. Fleksibilitas ini membuatnya cocok untuk berbagai macam aplikasi tertanam, mulai dari sistem infotainment otomotif hingga perangkat medis.
4. Ekosistem:  Ekosistem ARM sangat luas dan mapan, dengan banyak alat pengembangan, pustaka, dan dukungan komunitas. Ekosistem ini menyederhanakan proses pengembangan dan memastikan tersedianya berbagai solusi perangkat keras dan perangkat lunak.

Bagaimana INTechHouse Dapat Membantu

INTechHouse adalah mitra tepercaya Anda dalam menjelajahi dunia arsitektur ARM dalam sistem tertanam. Berikut cara kami dapat membantu Anda:

1. Keahlian:  Tim kami memiliki pengalaman luas dalam merancang, mengembangkan, dan mengimplementasikan sistem tertanam berdasarkan arsitektur ARM. Kami memahami seluk-beluk prosesor ARM dan dapat menyesuaikan solusi untuk memenuhi kebutuhan spesifik Anda.
2. Solusi Kustom:  Kami bekerja sama erat dengan Anda untuk menciptakan solusi kustom yang selaras dengan tujuan proyek Anda. Baik Anda memerlukan solusi berdaya rendah untuk perangkat portabel atau sistem berkinerja tinggi untuk otomasi industri, kami dapat merancang dan membangun arsitektur berbasis ARM yang ideal.
3. Kinerja yang Dioptimalkan:  Kami memiliki pengetahuan untuk mengoptimalkan kinerja sistem tertanam berbasis ARM. Ini termasuk menyempurnakan perangkat lunak, mengelola konsumsi daya, dan memastikan bahwa aplikasi Anda berjalan lancar pada prosesor ARM.
4. Hemat Biaya:  Kami memahami pentingnya hemat biaya dalam desain sistem tertanam. Kami dapat membantu Anda membuat keputusan yang tepat untuk menyeimbangkan kinerja dan biaya sekaligus memanfaatkan keunggulan arsitektur ARM.
5. Pembuatan Prototipe dan Pengujian:  INTechHouse menawarkan layanan pembuatan prototipe dan pengujian yang ketat untuk memastikan bahwa sistem tertanam berbasis ARM Anda memenuhi persyaratan dan standar proyek Anda.
6. Integrasi dengan Teknologi Baru:  Seiring berkembangnya teknologi, kami selalu menjadi yang terdepan dalam tren dan teknologi baru, memastikan sistem tertanam berbasis ARM Anda dapat terintegrasi mulus dengan perkembangan baru, seperti 5G, AI, dan komputasi tepi.

 

Sumber : https://intechhouse.com/blog/embedded-systems-architecture/