Bahasa Pemrograman pada Sistem Tertanam

Ringkasan

Embedded system adalah sistem komputer untuk fungsi tertentu yang terintegrasi dengan perangkat elektronik/mekanik. Agar bekerja, diperlukan program yang mengatur hardware. Materi ini membahas alur program (program → bahasa → compiler → machine code → mikrokontroler → sensor/aktuator/display), karakteristik pemrograman embedded, bahasa-bahasa yang dipakai (Assembly, C, C++, MicroPython, Rust, Ada, Java, JS), serta konsep kunci C: register, pointer, dan bit manipulasi.

Konsep Kunci

1. Pengantar: Alur Program ke Hardware (gambar: diagram alur slide 2)

PROGRAM: logika/algoritma pengatur sistem (contoh: kontrol sensor, aktuator, display).
Bahasa Pemrograman: aturan penulisan program — C, C++, MicroPython, Assembly, Rust.
Compiler: menerjemahkan source code ke machine code (contoh: GCC, ARM GCC, Arduino Compiler).
Machine Code: kode biner (0 dan 1) yang dijalankan mikrokontroler.
Mikrokontroler: mengeksekusi machine code, mengatur I/O (contoh: Arduino, ESP32, STM32, AVR).
Output: Sensor (baca suhu/cahaya/jarak), Aktuator (motor, relay), Display (tampilan visual).

2. Karakteristik Pemrograman Embedded System (gambar: 4 blok slide 3)

Berorientasi hardware: program berhubungan langsung dengan GPIO, ADC, PWM, timer, interrupt, UART, I²C, SPI.
Sumber daya terbatas: RAM, Flash, CPU kecil; konsumsi daya harus diperhatikan.
Butuh respons cepat: contoh pada slide — sensor conveyor deteksi kardus → mikrokontroler proses → motor berhenti (dengan indikator STOP/alarm).
Interaksi fisik: program tidak hanya olah data, tapi mengendalikan perangkat fisik.

3. Jenis Bahasa Pemrograman (gambar: daftar + foto PCB slide 4)

Assembly, 2. C, 3. C++, 4. MicroPython, 5. Rust, 6. Ada, 7. Java, 8. JavaScript/TypeScript (platform tertentu).

Prioritas pembelajaran: C dan C++ sangat penting; Assembly, MicroPython, Rust sebagai alternatif/pengantar.

4. Assembly (gambar: contoh MOV/ADD + tabel register slide 5-6)

Bahasa sangat dekat instruksi mesin; kontrol hardware sangat tinggi; kode sangat efisien.
Kelemahan: sangat tergantung arsitektur prosesor; sulit dipelihara.
Dipakai terbatas untuk: startup code, interrupt tertentu, optimasi, akses hardware level sangat rendah.

Contoh konseptual (ARM):

MOV R0, #01   ; pindah konstanta 01 ke register R0 (R0: 00 → 01)
ADD R1, R0    ; R1 = R1 + R0 → R1: 00 + 01 = 01

Inti: R0–R3 register prosesor; MOV = pindah nilai; ADD = jumlahkan.

5. Bahasa C (gambar: kode + flowchart LED + diagram register slide 7-10)

Kombinasi: kemudahan pemrograman + kontrol hardware + efisiensi.
Struktur program embedded tipikal: int main() { while(1) { // program utama } } — loop selamanya karena mikrokontroler jalan terus.
Mengapa C banyak dipakai:
- Efisien: dikompilasi ke machine code yang relatif efisien.
- Low-level: manipulasi memory, pointer, register, bit.
- Portabel: mudah pindah platform, walau lapisan hardware perlu sesuaikan.
- Ekosistem luas: compiler, IDE, library, SDK, driver, RTOS.

Contoh konsep blink LED (Arduino-style):

void setup() {
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}
void loop() {
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
  delay(1000);
}

Alur flowchart pada slide: Start → konfigurasi GPIO OUTPUT → LED ON → tunggu 1000 ms → LED OFF → tunggu 1000 ms → ulangi terus.
Akses register (konsep, contoh STM32-style): GPIO->ODR |= (1 << 5);
- Diagram 4 tahap pada slide: kode C → register ODR bit5 = 1 → modul GPIO set pin 5 HIGH (3,3 V) → LED menyala lewat resistor ke GND.

6. Pointer (gambar: diagram variabel-memori slide 11)

Pointer menyimpan alamat memori; penting untuk akses memory, buffer, komunikasi data, driver, register hardware.
Contoh pada slide:
```
int data = 100;
int *ptr = &data;
```
Visual: variabel data = 100 di alamat 0x2000; pointer ptr = 0x2000; tabel memori 0x1FFC–0x2004 dengan 0x2000 berisi 100.

7. Bit Manipulasi (gambar: infografis operator slide 12)

Definisi: operasi ubah/atur/baca bit tertentu pada data/register memakai operator bit.
Ilustrasi register 8-bit: bit7–bit0 = 0 0 0 1 0 0 0 0, bit4 = 1 (pin aktif).
Fungsi: set bit (1), clear bit (0), baca status bit, ubah satu bit tanpa ganggu lain, konfigurasi peripheral.
Operator + contoh pada slide:
- AND (&): clear bit — data = data & ~(1 << 3);
- OR (|): set bit — data = data | (1 << 3);
- XOR (^): balik bit — data = data ^ (1 << 3);
- NOT (~): balik semua bit — data = ~data;
- Shift Left (<<): geser kiri (≈ ×2) — data = data << 1;
- Shift Right (>>): geser kanan (≈ ÷2) — data = data >> 1;

8. C++ (gambar: definisi + struktur + eksekusi slide 13)

C++ = C + OOP (class, object, inheritance, polymorphism); compiled, strongly typed, portabel, STL lengkap, cocok performa tinggi.
Guna: aplikasi desktop, game, embedded, real-time, OS/browser/perangkat lunak besar.

Struktur dasar:

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    cout << "Hello C++!";
    return 0;
}

Alur eksekusi pada slide: tulis .cpp → kompilasi g++ → file eksekusi .exe → jalankan.

9. MicroPython (gambar: board + IDE + wiring slide 14)

MicroPython = implementasi Python 3 untuk mikrokontroler sumber daya terbatas.
Keunggulan: mudah dipelajari, ringan, cocok mikrokontroler, akses GPIO/sensor/aktuator, komunitas luas.
Board pendukung (foto pada slide): ESP32, ESP8266 (NodeMCU), Raspberry Pi Pico, Micro:bit, Pyboard.
Lingkungan: Thonny IDE / WebREPL / editor teks; kode diunggah ke mikrokontroler.

Contoh LED blink:

from machine import Pin
import time
led = Pin(2, Pin.OUT)
while True:
    led.value(1)
    time.sleep(1)
    led.value(0)
    time.sleep(1)

Cara kerja (diagram): tulis kode → unggah ke mikrokontroler → kontrol hardware via GPIO. Wiring pada slide: GPIO 2 ESP32 → LED → resistor → GND.
Contoh sensor DHT22: VCC → 3,3 V; data → GPIO 4; GND → GND. Kode: sensor.measure(), sensor.temperature(), sensor.humidity(), cetak tiap 2 detik.

10. Perbandingan Bahasa (gambar: tabel 8 bahasa slide 15)

Bahasa	Level	Performa	Kemudahan	Kontrol HW	Contoh guna
Assembly	Sangat rendah	Sangat tinggi	Rendah ★	Sangat tinggi	low-level langsung
C	Rendah-menengah	Tinggi	Sedang ★★	Sangat tinggi	firmware, driver
C++	Menengah	Tinggi	Sedang ★★	Tinggi	firmware kompleks, RTOS
MicroPython	Tinggi	Sedang	Tinggi ★★★★	Tinggi	prototyping/IoT (ESP32, Pico)
Rust	Rendah-menengah	Tinggi	Sedang-rendah ★★	Tinggi	embedded modern aman
Ada	Menengah	Tinggi	Sedang ★★	Tinggi	safety-critical (aviasi, militer)
Java	Tinggi	Bervariasi	Tinggi ★★★★	Terbatas	embedded tertentu (Android)
JavaScript	Tinggi	Bervariasi	Tinggi ★★★★	Tergantung platform	IoT tertentu (Node.js)

Contoh (dengan perhitungan)

Hitung nilai register setelah operasi bit (contoh dari slide 12)

Register awal data = 0b00001000 (bit3 = 1). Set bit4: data = data | (1 << 4) → 0b00011000 ( $8 + 16 = 24$ ). Clear bit3: data = data & ~(1 << 3) → 0b00010000 ( $16$ ).

Keterkaitan

Prasyarat: Pengantar Elektronika, Rangkaian, Alat Ukur, dan K3
Lanjutan: pemrograman GPIO/ADC/PWM spesifik board (belum ada halaman)

Semester 5 Wiki

Explorer

2 - bahasa-pemrograman-pada-sistem-tertanam