Set-Intruksi, Teknik Pemrograman & compiler Muhammad Aviv Burhanudin 13230004@bsi.ac.id ABSTRACT Didalam resume ini akan membahas set-intruksi, teknik pemrograman dan com– piler pada arsitektur RISC AVR 8-bit dan khususnya untuk mikrokontroler ATtiny85. 1. Pengantar Teknologi mikrokontroler telah berkem– bang pesat dalam beberapa dekade terakhir, dan salah satu contoh yang paling populer adalah mikrokontroler ATtiny85 yang menggunakan arsitektur RISC AVR 8−bit. Dalam resume ini, kita akan membahas secara lebih lanjut tentang set-intruksi, teknik pemrograman, dan compiler yang digunakan pada arsitektur RISC AVR 8−bit,    khususnya    pada    mikrokontroler ATtiny85. Dengan memahami konsep-konsep ini, kita dapat lebih mudah mengembangkan aplikasi yang efektif    dan    efisien    pada    mikrokontroler ATtiny85. Oleh karena itu, resume ini bertujuan untuk memberikan    gambaran    umum    tentang    set- intruksi, teknik pemrograman, dan compiler pada arsitektur RISC AVR 8−bit dan mikrokontroler ATtiny85, sehingga dapat membantu para pengembang dan programmer dalam mengem– bangkan aplikasi yang lebih baik. 2. Instruction Set Secara singkat Instruction Set atau Set- Instruksi adalah kumpulan instruksi yang dapat dijalankan oleh prosesor, terdapat juga sebuah Instruction Set Architecture (ISA) yaitu arsitek– tur RISC AVR 8−bit yang mendefinisikan bagaimana instruksi-instruksi tersebut dijalankan. Pada Instruction Set terdapat dua jenis dalam desain instruksi set, yaitu RISC    (Reduced Instruction Set Computers) dan CISC (Complex Instruction Set Computers). 2.1. RISC RISC didasarkan pada premis bahwa kin– erja yang lebih tinggi dapat dicapai jika setiap instruksi memenuhi satu kata dalam memori, dan semua operand yang diperlukan untuk men– jalankan operasi aritmatika atau logika yang ditentukan oleh instruksi sudah ada di register prosesor. Pendekatan ini memungkinkan imple– mentasi unit pengolahan yang dapat melakukan operasi yang berbeda dalam mode "pipelined" untuk mengurangi waktu eksekusi total program. Batasan bahwa setiap instruksi harus memenuhi satu kata mengurangi kompleksitas dan jumlah jenis instruksi yang dapat dimasukkan dalam instruksi set komputer. 2.2. CISC CISC menggunakan instruksi yang lebih kompleks yang dapat memenuhi lebih dari satu kata dalam memori dan dapat menentukan operasi yang lebih rumit. Pendekatan ini lebih umum digunakan sebelum munculnya pendekatan RISC pada tahun 1970-an. Meskipun penggunaan instruksi kompleks tidak secara khusus diidenti– fikasi dengan label tertentu, komputer yang berba– sis pada ide ini kemudian disebut Complex Instruction Set Computers. 2.3. Instruction Set pada ATtiny85 Pada ATtiny85 terdapat 5 pengelom– pokan Set-instruksi yaitu 1     Arithmetic and Logic Instruction Instruksi instruksi yang terdapat pada kelompok ini merupakan instruksi untuk    menghitung    dan    logika, – 2 – beberapa contoh instruksi adalah: ADD, SUB, AND, OR, NEG, INC, DEC. 2     Branch Instruction Pada    Instruksi Percabangan    kita dapat    menggunakan    percabangan kondisi seperti IF dan ELSE pada Bahasa tinggat atas seperti C, berikut beberapa    instruksi    percabangan: RJMP, IJMF, RCALL, ICALL, RET, CP, BREQ, BRNE. 3     Bit and Bit-test Instruction Instruksi-instruksi    ini    digunakan untuk menseting bit, contohnya men– set apakah sebuah PORT merupakan input atau output, berikut beberapa instruksi: SBI, CBI, LSL, LSR, SWAP, SEC, CLC, SEI. 4     Data Transfer Instruction Pada bagian ini terdapat instruksi- instruksi yang    digunakan    untuk memindahkan atau menyalin sebuah value ke tempat yang baru, berikut beberapa instruksi: MOV, MOVW, LDI, LD, IN, OUT, PUSH, POP. 5     MCU Control Instruction Di bagian ini terdapat instruksi yang digunakan     untuk     mengontrol mikrokontroler, berikut instruksinya: NOP, SLEEP, WDR, BREAK. 3. Teknik Pemrograman Dalam pemrograman mikrokontroler teknik pemrograman hanyalah 2 yaitu Imperatif dan OOP (Pemrograman berbasis objek), dalam pem– rograman mikrokontroler bahasa yang dipakai adalah C, C++ dan Assemby. Pada bahasa Assembly kode yang ditulis untuk suatu mikrokontroler tidaklah kompaatibel dengan mikrokontroler lain, dan pada bahasa Assembly dibatasi oleh seberapa banyak instruksi yang dapat dilakukan. Pada bahasa C & C++, hal ini juga berlaku seperti Assembly namun memporting kode ke mikrokontroler lain    lebih    mudah    dibanding Assembly. 3.1. Program blink pada Bahasa C Sebuah program "Hello world" tetapi untuk mikrokontroler adalah program blink, dimana kita memperogram mikrokontroler untuk melyalakan dan mematikan LED yang terhubung pada PB0. #include <avr/io.h> #include <util/delay.h> #define BLINK_DELAY_MS 1000 int main (void) { DDRB |= _BV(DDB0); while(1) { PORTB |= _BV(PORTB0); _delay_ms(BLINK_DELAY_MS); PORTB &= ~_BV(PORTB0); _delay_ms(BLINK_DELAY_MS); } } 3.2. Disassembled Blink Hasil kompilasi program dapat di konversi kembali ke bahasa Assembly dengan menggu– nakan    avr−objdump,    melalui    debugger avr−gdb, dan bisa melalui godbolt, berikut ini adalah Bahasa assembly yang berasal dari pro– gram blink sebelumnya, dengan perintah kompi– lasi avr−gcc −Os −mmcu=attiny85 __SP_H__ = 0x3e __SP_L__ = 0x3d __SREG__ = 0x3f __tmp_reg__ = 0 __zero_reg__ = 1 main: sbi 0x17,0 sbi 0x18,0 ldi r18,lo8(199999) ldi r24,hi8(199999) ldi r25,hlo8(199999) 1:       subi r18,1 sbci r24,0 sbci r25,0 brne 1b rjmp . nop cbi 0x18,0 ldi r18,lo8(199999) ldi r24,hi8(199999) ldi r25,hlo8(199999) 1:       subi r18,1 sbci r24,0 sbci r25,0 brne 1b rjmp . nop rjmp .L2 – 3 – 4. Compiler Compiler bertugas menkonversi kode sum– ber suatu bahasa ke bahasa lain, dalam mikrokon– troler compiler yang sering digunakan dan juga memiliki komunitas yang baik adalah avr−gcc, setelah menkompilasi contoh program    blink sebelumnya maka akan ada file baru yang memi– liki ekstensi .elf, .elf tidak dapat langsung digunakan, sebelum dapat di download atau di upload ke dalam mikrokontroler format diubah terlebih dahulu ke dalam format intel hex dengan ekstensi .hex. Untuk mempermudah pemrograman dapat menggunakan    avr−libc,    sebuah    standar library    seperti libc pada komputer namun dikhususkan untuk mikrokontroler, avr−libc ini terdapat deklarasi seperti PORTB, DDRB dan fungsi-fungsi yang berguna untuk menunjang pemrograman untuk mikrokontroler. Development tools yang biasa digunakan untuk mikrokontroler adalah Makefile, compiler, downloader dan uploader, downloader & uploader menggunakan program avr−dude. Agar dapat mendownload kode ke dalam mikrokontroler, diperlukan mikrokontroler lain yang bertugas mengirimkan kode ke mikrokontr– ler tujuan. 4.1. Perintah untuk membuat elf file MCU        = attiny85 F_CPU       = 8000000UL CFLAGS      = −Os −mmcu=$(MCU) avr−gcc −DF_CPU=$(F_CPU) $(CFLAGS) −c −o main.o main.c avr−gcc −mmcu=$(MCU) main.o −o main.o References [1]    Bryce Wiedenbeck CS 31: Chapter 2 뇯 Instruction Set Architecture Swarthmore College Computer Science Department