Bab I Pendahuluan
1
BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Masalah Pada saat ini sistem yang dikontrol dengan microprocessor atau microcontroller
cenderung menerapkan banyak processor atau controller dibandingkan dengan satu buah processor atau controller saja. Yaitu dengan menyebarkan intelegensia di setiap bagian sistem (distributed intellegency). Misal setiap sensor dan aktuator mempunyai processor atau controller-nya sendiri-sendiri. Dengan sistem seperti ini, beban atau processor-load secara keseluruhan dapat dibagi-bagi sesuai dengan jumlah processor yang digunakan. Sehingga over-load pada satu buah processor dapat dihindari. Sistem juga menjadi bersifat modular karena antara modul satu dengan yang lain tidak ada saling ketergantungan baik dalam sisi hardware dan software. Sensor dan aktuator juga menjadi lebih smart karena mempunyai pengolah lokal sendiri. Di sisi lain parallisme di tingkat task dapat dicapai. Misal ketika sistem mengambil data dari suatu sensor dapat terjadi secara bersamaan dengan pengolahan data dan pengontrolan pada aktuator. Untuk menghubungkan antar processor atau controller dalam setiap modul dibutuhkan sistem bus tertentu. Bus ini harus dapat melewatkan data atau parameter kontrol lain antar processor. Dengan kata lain sistem bus ini berfungsi sebagai jaringan atau network. Pendekatan yang sering digunakan pada saat ini adalah serial bus. Karena dari segi harga, serial bus menawarkan harga yang lebih murah daripada parallel bus. Selain itu implementasi pengkabelan serial bus juga lebih mudah. I2C serial bus yang dikembangkan oleh Phillips sejak 1980 ditujukan untuk mengontrol berbagai macam IC peripheral melalui microcontroller. I2C serial bus juga dapat untuk digunakan sebagai bus penghubung antar microprocessor atau microcontroller dalam sistem yang menerapkan multi-processor. Sehingga antar microprocessor atau microcontroller dapat saling berkoordinasi. Dari segi software dan speed, I2C serial bus cukup mudah untuk diimplementasikan dan mempunyai speed yang memadai untuk sistem kontrol berskala kecil misal robotik. Untuk itu Tugas Akhir
Desain dan Implementasi Sistem Komunikasi Prosesor Paralel Pada Aplikasi Robotik Berbasis Bus Serial I2C
Bab I Pendahuluan
2
ini membahas mengenai desain dan implementasi I2C serial bus untuk menghubungkan antar microcontroller sebagai representasi dari sistem microprocessor. Dan untuk menunjukkan secara nyata bahwa sistem bus tersebut berjalan ditunjukkan dengan implementasi ke dalam suatu model robotik wheeled line-follower.
1.2
Tujuan dan Kegunaan Penulisan
1.2.1
Tujuan Penulisan Penelitian ini bertujuan untuk mendesain I2C serial bus sebagai bus penghubung
antar microcontroller sebagai sistem microprocessor dan mengimplementasikannya pada suatu model robotik wheeled line-follower. 1.2.2
Kegunaan Penulisan Penelitian ini menghasilkan satu set protokol komunikasi antar microcontroller
sebagai sistem microprocessor yang berbasis I2C serial bus sebagai layer protokol paling bawah.
1.3
Rumusan Masalah Permasalahan dalam mengimplementasikan I2C serial bus sebagai jalur
komunikasi antar microcontroller sebagai sistem microprocessor antara lain: 1. Bagaimana cara membangun satu set protokol berbasis I2C serial bus yang dapat digunakan untuk melewatkan data antar processor. 2. Bagaimana cara melewatkan data untuk kontrol dari sensor ke pengolah pusat kemudian memberikan keputusan ke aktuator melalui set protokol yang telah dibangun tadi. 3. Bagaimana performansi set protokol tersebut dilihat dari karakteristik tegangan, pewaktuan dan process delay. 4. Bagaimana cara mengimplementasikan set protokol tersebut ke dalam sistem kontrol yang nyata yaitu model robotik wheeled line-follower.
1.4
Batasan Masalah Batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah:
Desain dan Implementasi Sistem Komunikasi Prosesor Paralel Pada Aplikasi Robotik Berbasis Bus Serial I2C
Bab I Pendahuluan
3
1. Perancangan dan pembuatan satu set protokol berbasis I2C serial bus yang meliputi bit transfer, byte transfer hingga frame transfer. 2. Pengamatan dan analisa aliran data dari sensor ke pengolah pusat hingga ke aktuator. 3. Pengukuran terhadap level tegangan pada bus dan pewaktuan dari sensor hingga aktuator. 4. Implementasi set protokol tersebut ke dalam sebuah sistem kontrol sederhana yaitu model robotik wheeled line-follower.
1.5
Metodologi Penelitian Metodologi penelitian yang digunakan untuk memecahkan permasalahan dalam
Tugas Akhir ini dibagi menjadi tiga tahap, yaitu: 1.5.1
Tahap Studi Literatur Yaitu dengan mempelajari dokumen The I2C serial bus Specification Version 2.1
January 2000 dari Phillips semiconductor dan sistem multi-processor dari buku embedded system design. Selain itu juga mencari referensi pendukung serial bus dan penggunaanya di internet seperti CAN-bus dan LIN-subbus. 1.5.2
Tahap Perancangan, Implementasi dan Simulasi
1.5.2.1 Perancangan Sistem Multi-Processor dengan I2C serial bus Di bawah ini adalah diagram blok sistem multi-processor dengan I2C serial bus. ASYMMETRIC PROCESSOR NODE 1
MASTER PROCESSOR NODE 0
MASTER TASK
MASTER TASK
SLAVE PROCESSOR NODE 2
SLAVE PROCESSOR NODE 3
SLAVE PROCESSOR NODE N
SLAVE TASK
SLAVE TASK
SLAVE TASK
SLAVE TASK
SLAVE TASK
SERIAL DATA BUS
Gambar 1.1 Blok model prototype sistem multi-processor
Keterangan gambar: 1. Master Processor merupakan pengolah pusat. Master processor bertugas mengontrol serial data bus yaitu I2C serial bus dan mengendalikan tiap Slave Processor yang terhubung melalui task scheduling. Pada sistem ini Master
Desain dan Implementasi Sistem Komunikasi Prosesor Paralel Pada Aplikasi Robotik Berbasis Bus Serial I2C
Bab I Pendahuluan
4
Processor bersifat aktif artinya segala proses yang terjadi pada sistem selalu diawali oleh Master Processor. 2. Slave Processor berfungsi sebagai pengolah lokal. Slave processor bertugas menerima perintah dari Master Processor melalui task scheduling. Pada sistem ini Slave Processor bersifat pasif artinya Slave Processor menunggu perintah dari Master Processor untuk melaksanakan perintah. 3. Asymmetric Processor berfungsi sebagai backup Master Processor. Asymmetric Processor dalam keadaan idle ketika Master Processor aktif. Asymmetric Processor juga mengawasi aktivitas dari Master Processor dan mengambil alih sistem jika Master Processor mengalami kegagalan dalam mengatur sistem. Asymmetric Processor dalam Tugas Akhir ini belum dimplementasikan karena dicadangkan untuk penelitian yang lebih lanjut. 1.5.2.2 Perancangan Protokol dengan Intel MCS-51 Assembly Programming dan Simulator Di bawah ini merupakan diagram alir atau flowchart tahap perancangan protokol dengan bahasa assembly dan simulator. Start
Document Learning
Writing Protocol Software Routines
Compiling
Running and Debugging SImulator
Correct ?
Fixing and Debugging Software
No
Yes Get Analyzing Parameter and Data
End
Gambar 1.2 Flowchart perancangan protokol Desain dan Implementasi Sistem Komunikasi Prosesor Paralel Pada Aplikasi Robotik Berbasis Bus Serial I2C
Bab I Pendahuluan
5
1.5.2.3 Perancangan Application Layer untuk Model Robotik Wheeled LineFollower Di bawah ini merupakan diagram alir atau flowchart pengimplementasian protokol ke dalam aplikasi model robotik wheeled line-follower. Start
Define Task List
Writing Application Layer Software Routines
Combining with I2C-Bus Protocol
Running on Robotic Model
Correct ?
Fixing and Debugging Application Layer Software Routines
No
Yes End
Gambar 1.3 Flowchart pengimplementasian protokol
1.5.3
Tahap Pengujian dan Analisa
1.5.3.1 Pengukuran Tegangan dan Pewaktuan Sistem Multi-Processor dengan Protokol I2C serial bus dalam Simulasi dan Kondisi Sesungguhnya Data tegangan dan pewaktuan diperoleh ketika program protokol disimulasikan melalui simulator. Hal ini dimungkinkan karena simulator dapat berjalan secara realtime (memberikan hasil yang sama antara hasil simulasi dengan hasil pada hardware). Data yang diperoleh lebih banyak ke pewaktuan daripada tegangan karena parameter tegangan hanya dua yaitu level logika low dan level logika high. Alat virtual yang digunakan untuk mengukur antara lain I2C serial bus Logic Analyzer dan Digital Oscilloscope. Sedangkan alat ukur real berupa Rigol DS1000 Series Digital Oscilloscope with Logic Analyzer. Data pengujian baik hasil simulasi dan pengukuran nyata akan dibandingkan sebagai dasar analisa.
Desain dan Implementasi Sistem Komunikasi Prosesor Paralel Pada Aplikasi Robotik Berbasis Bus Serial I2C
Bab I Pendahuluan
6
1.5.3.2 Pengamatan Model Robotik Wheeled Line-Follower sebagai Implementasi Protokol I2C serial bus Setelah protokol berbasi I2C serial bus selesai, tahap berikutnya adalah menanam protokol tersebut ke dalam sistem yaitu model robotik wheeled line-follower. Di bawah ini merupakan behaviour dari robot tersebut, bagaimana dapat berjalan mengikuti garis yang telah ditentukan.
Gambar 1.4 Gerakan motor ketika kedua sensor mendeteksi garis hitam
Gambar 1.5 Gerakan motor ketika sensor mendeteksi belokan
1.5.3.3 Analisa Protokol I2C serial bus Setelah semua parameter dan data telah diperoleh, tahap selanjutnya adalah analisa. Pertama adalah analisa pewaktuan rancangan protokol apakah sudah sesuai dengan standar I2C serial bus yang dikeluarkan oleh Phillips. Kemudian analisa
Desain dan Implementasi Sistem Komunikasi Prosesor Paralel Pada Aplikasi Robotik Berbasis Bus Serial I2C
Bab I Pendahuluan
7
pewaktuan dari frame message dan process delay. Dan yang kedua adalah analisa pengamatan tingkah laku model robotik wheeled line-follower.
1.6
Sistematika Penulisan
Laporan hasil penelitian Tugas Akhir ini disajikan dengan sistematika sebagai berikut: Bab I
:
PENDAHULUAN Pada bab ini diuraikan tentang latar belakang masalah sehingga dilakukan penelitian, pembatasan masalah pada inti persoalan, tujuan, metodologi penelitian dan sistematika pembahasan.
Bab II
:
DASAR TEORI Berisi mengenai teori dasar antara lain menjelaskan tentang I2C serial bus berupa konsep I2C serial bus, terminologi, karakteristik umum, pengiriman data, level tegangan dan pewaktuan. Selain itu juga dijelaskan secara singkat cara kerja sensor, aktuator dan behaviour of wheeled line-follower robot.
Bab III
:
PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM Berisi mengenai perancangan protokol berbasis I2C serial bus. Bab ini meliputi perancangan diagram blok umum sistem multiprocessor dengan I2C serial bus, pemrograman protokol dengan bahasa Assembly Intel MCS-51 dan simulasi program melalui simulator. Juga dibahas mengenai aplikasi protokol ke dalam model robotik wheeled line-follower.
Bab IV
:
PENGUJIAN DAN ANALISA Berisi mengenai hasil-hasil pengukuran dan pengamatan protokol yang telah dibuat. Berupa karakteristik tegangan, pewaktuan, process delay dan pengamatan terhadap model robotik wheeled line-follower.
Bab V
:
KESIMPULAN DAN SARAN Berisi kesimpulan hasil penelitian dan saran-saran terhadap penelitan berikutnya yang berkaitan dengan topik penelitian ini.
Desain dan Implementasi Sistem Komunikasi Prosesor Paralel Pada Aplikasi Robotik Berbasis Bus Serial I2C
