Set-up Atmel Studio 7 untuk Pemrograman Arduino Uno Norma Hermawan

(1)

Set-up Atmel Studio 7

untuk Pemrograman Arduino Uno

Norma Hermawan ([email protected])

Abstrak: Arduino Uno merupakan salah satu board yang paling banyak digunakan oleh pemula untuk

mempelajari sistem embedded. Cara termudah untuk memprogram Arduino Uno adalah dengan menulis code dalam bahasa pemrograman sketch menggunakan software bawaan dari Arduino (Arduino IDE).

Interface Arduino IDE sangat sederhana dan menulis program dalam sketch-pun sangat mudah. Hal ini merupakan kelebihan sekaligus kelemahan pemrograman dengan Arduino IDE, dimana seseorang yang ingin mempelajari sistem mikrokontroller lebih mendalam, akan mengalami kesulitan karena tidak dapat melihat cara kerja prosesor secara lebih transparan. Ada beberapa alternatif dari Arduino IDE untuk pemrograman dalam assembly maupun C/C++, salah satunya adalah Atmel Studio 7. Pada tulisan ini, saya akan menjelaskan cara setting environment untuk pemrograman Arduino Uno dengan menggunakan software Atmel Studio 7.

Kata Kunci: Arduino, Uno, Atmel Studio, AVR, Assembly, Embedded I. Pendahuluan

Arduino adalah platform elektronik open-source yang berbasis software dan hardware. Board Arduino dapat membaca input (sensor, tombol atau pesan Twitter) dan mengubahnya menjadi output (mengaktifkan motor, menyalakan LED atau menerbitkan sesuatu secara online). Board dapat diperintahkan untuk melakukan sesuatu dengan cara mengirimkan satu set instruksi ke mikrokontroler di board. Untuk melakukannya, dapat digunakan bahasa pemrograman Arduino yang dituliskan di Arduino Software (IDE). Karena Arduino merupakan platform open-source, hardware maupun software dengan basis Arduino dapat dikembangkan lebih jauh dengan bebas. Dengan alasan yang sama, Arduino memiliki banyak komunitas dan forum yang dapat menjadi sumber rujukan bagi eksplorasi sistem embedded yang akan dikembangkan [1].

Gambar 1. Board Arduino Uno

(2)

Gambar 2 Tampilan GUI Atmel Studio 7

Arduino memiliki berbagai jenis produk board dengan pilihan mikrokontroler yang berbeda, yaitu Atmel AVR (8-bit), ARM Cortex-M0+ (32-bit), ARM Cortex-M3 (32-bit) atau Intel Quark (x86) (32-bit).

Salah satu produk board Arduino yang sangat populer adalah Arduino Uno. Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis Atmel AVR tipe ATmega328P. Board ini memiliki 14 pin input/output digital (6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, X-tal clock 16 MHz, koneksi USB, jack listrik, header ICSP dan tombol reset. Board ini memiliki fitur-fitur dasar yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler tanpa terlalu banyak berkutat pada hardware. Board dilengkapi dengan soket IC yang sangat berguna untuk mempermudah penggantian mikrokontroler jika rusak [2].

Karena Arduino Uno menggunakan mikrokontroller Atmel, maka untuk memprogramnya juga dapat digunakan software dari Atmel, yaitu Atmel Studio 7. Studio 7 adalah platform pengembangan terpadu (IDP) untuk mengembangkan dan men-debug semua aplikasi mikrokontroler AVR® dan SAM. Software Atmel Studio 7 memberikan fitur yang lengkap dan mudah digunakan untuk menulis, membangun, dan men-debug aplikasi yang ditulis dalam C/C++ atau assembly. Software ini dapat dihubungkan dengan debugger, programmer dan development kit yang mendukung perangkat AVR® dan SAM [3].

Gambar 3 adalah flow diagram yang menunjukkan tahap-tahap pemrograman untuk mikrokontroler.

Program untuk mikrokontroler dapat ditulis dalam bahasa C/C++ atau assembly. Proses assembling akan

mengubah program dalam bahasa assembly menjadi bahasa mesin, yaitu serangkaian control-word dalam

bentuk file binary atau hex, yang nantinya akan disimpan dalam memory program mikrokontroler. Jika

program tersebut ditulis dalam bahasa C/C++, maka proses menterjemahkannya ke bahasa mesin disebut

sebagai compile dan linking. Setelah program diterjemahkan ke file binary atau hex, maka langkah

selanjutnya adalah mengupload file hex tersebut ke program memory pada mikrokontroler.

(3)

Gambar 3 Proses Pemrograman Mikrokontroler

Proses menterjemahkan program dari bahasa C/C++ maupun assembly ke file .hex dapat dilakukan dengan menggunakan Atmel Studio 7. Sedangkan upload file .hex ke mikrokontroler dapat dilakukan dengan menggunakan software uploader, misalnya AVRdude atau Arduino Sketch Uploader. Di tulisan ini, saya menggunakan Arduino Sketch Uploader yang bisa didownload dari GitHub [4].

II. Menulis Program dengan Atmel Studio 7

Atmel Studio 7 merupakan software free license yang dapat digunakan untuk mengembangkan aplikasi embedded berbasis mikrokontroler Atmel. Software Atmel Studio 7 dapat diperoleh dari situs web Atmel [3]. Download dan install dapat dilakukan dengan installer web atau offline. Gambar 4 menunjukkan tampilan website dan cara menginstall Atmel Studio 7.

Gambar 4 Tampilan Website Atmel Studio 7

(4)

Gambar 5 New Project

Setelah Atmel Studio 7 terinstall, maka dia dapat digunakan untuk menulis dan mengkompilasi program untuk board Arduino UNO, yaitu dengan cara, klik File  New  Project. Untuk membuat program dalam Bahasa C, maka dipilih C/C++  GCC C Executable Project, kemudian berikan nama yang sesuai dan akhirnya pilih Atmega328P pada device selection. Dengan langkah yang serupa, bahasa pemrograman C++ atau Assemby dapat digunakan. Setelah proyek baru dibuat, akan terlihat code kerangka program dalam bahasa C. Code tersebut dihapus/dimodifikasi dengan kode program C sederhana seperti pada Tabel 1 untuk blinking LED yang terhubung ke pin 13 pada board Arduino UNO.

Gambar 6 Device Selection

(5)

Tabel 1 Program Blink LED dalam Bahasa C

#define F_CPU 16000000L

#include <avr/io.h>

#include <util/delay.h>

int main(void)

DDRB = 0b00100000;

while (1) {

PORTB = 0b00100000;

_delay_ms(500);

PORTB = 0b00000000;

_delay_ms(500);

}

Tentu saja program tersebut juga dapat ditulis dalam bahasa assembly seperti pada Tabel 2.

Tabel 2 Code Assembly Blink LED

init:

ldi r16, 0xFF out DDRB, r16 start:

sbi portB,5 rcall LONGER_DELAY cbi portB,5 rcall LONGER_DELAY rjmp start

LONGER_DELAY:

LDI r24, 30 DELAY:

ldi r25, 255 some_delay:

ldi r16, 255 Delay_Loop:

dec r16

brne Delay_Loop dec r25

brne some_delay;

dec r24 brne delay RET

(6)

Gambar 7 Direktori Project Atmel Studio 7

Setelah kode selesai ditulis, proses build atau compile dapat dilakukan dengan klik pada Build  Build Solution atau dengan menekan tombol F7. Jika muncul pesan "Build succeeded" di jendela output, maka itu menandakan proses build telah berhasil [5].

Jika program berhasil dicompile, file *.hex hasil compile akan muncul pada directory debug dari project. File inilah yang nantinya akan diupload ke mikrokontroler dengan menggunakan software uploader. Gambar 7 menunjukkan beberapa file yang dihasilkan dari proses compile pada direktori kerja Atmel Studio 7.

III. Upload Hex File

Sebelum dapat menggunakan software uploader, maka langkah pertama adalah memastikan bahwa driver USB Arduino Uno sudah terinstall dengan tepat di komputer. Pada saat soket USB dari board Arduino Uno ditancapkan ke komputer, maka secara otomatis dia akan muncul di device manager sebagai COM Port (COM18 pada Gambar 8). Nomor COM Port inilah yang nantinya harus dimasukkan sebagai salah satu argument dari Arduino Sketch Uploader. Jika COM Port Arduino Uno tidak muncul di Device Manager, maka itu menandakan bahwa driver Arduino Uno belum terinstall. Instalasi driver Arduino Uno dapat dilakukan dengan menginstal software Arduino IDE. Hal ini dikarenakan paket software Arduino IDE sudah mencakup driver untuk Ardino Uno. Alternatif lainnya adalah dengan melakukan instalasi manual sebagaimana yang dijelaskan di referensi [6] [7].

Gambar 8 COM Port pada Device Manager

(7)

Gambar 9 Arduino Sketch Uploader yang telah diekstrak

Melakukan upload file *.hex dapat dilakukan dengan menggunakan berbagai jenis software uploader, misalnya AVRdude atau Arduino Sketch Uploader.

Arduino Sketch Uploader merupakan library .NET yang menyediakan utilitas Windows command line yang dapat digunakan untuk upload sketch tercompile (*.hex) langsung ke board Arduino melalui USB.

Software Ini berbicara dengan bootloader board melalui koneksi serial (USB), seperti halnya AVRdude (ketika dipanggil dari Arduino IDE, atau dari command line). Software ini kompatibel dengan beberapa mikrokontroler yang ditunjukkan pada Tabel 3.

Tabel 3 Daftar Mikrokontroller Kompatibel Arduino Sketch Uploader

Arduino Model MCU Bootloader protocol

Leonardo ATMega32U4

AVR109

Mega 1284 ATMega1284

STK500v1

Mega 2560 ATMega2560

STK500v2

Micro ATMega32U4

AVR109

Nano (R2) ATMega168

STK500v1

Nano (R3) ATMega328P

STK500v1

Uno (R3) ATMega328P

STK500v1

Untuk dapat menggunakan Arduino Sketch Uploader, pertama kali software tersebut harus didownload, kemudian, diekstrak pada direktori yang mudah ditemukan. Setelah itu, direktori Arduino Sketch Uploader dibuka dengan command line dengan perintah berikut.

cd "C:\ArduinoSketchUploader-3.2.0"

Ketika ArduinoSketchUploader.exe dijalankan tanpa argumen, maka aplikasi akan menampilkan

dokumentasi cara penggunaannya sebagaimana pada Tabel 4.

(8)

Tabel 4 Usage ArduinoSketchUploader

C:\>ArduinoSketchUploader.exe ArduinoSketchUploader 3.2.0.0

Copyright c Christophe Diericx 2016 - 2018 ERROR(S):

-f/--file required option is missing.

-m/--model required option is missing.

-f, --file Required. Path to the input file (in intel HEX format) which is to be uploaded to the Arduino.

-p, --port Name of the COM port where the Arduino is attached (e.g.

'COM1', 'COM2', 'COM3'...).

-m, --model Required. Arduino model. Valid parameters are any of the following: [Leonardo, Mega1284, Mega2560, Micro, NanoR2, NanoR3, UnoR3].

--help Display this help screen.

Contoh pemakaian command line (untuk Arduino Uno R3 yang dihubungkan ke COM4) adalah sebagai berikut:

C:\>ArduinoSketchUploader.exe --file="C:\Atmel

Studio\7.0\blinkX\blinkX\Debug\blinkX.hex" --port=COM9 --model=UnoR3

Di sini,

"C:\Atmel Studio\7.0\blinkX\blinkX\Debug\blinkX.hex"

adalah path lengkap dari file

^*.hex

hasil compile dengan Atmel Studio 7. Sedangkan COM9 adalah Port COM Arduino Uno yang dapat dilihat dari device manager. Ketika command tersebut dieksekusi, maka command prompt akan menampilkan progress upload ke Arduino Uno. Pesan pada Tabel 5 menunjukkan bahwa proses upload file *.hex telah berhasil terupload ke Arduino Uno.

Tabel 5 Progress Upload di Command Line

C:\>ArduinoSketchUploader.exe --file="C:\Atmel Studio\7.0\blinkX\blinkX\Debug\blinkX.hex" -- port=COM9 --model=UnoR3

2018-04-18 15:16:01.7757|INFO|ArduinoSketchUploader|Starting ArduinoSketchUploader...

2018-04-18 15:16:01.7957|INFO|ArduinoSketchUploader|Starting upload process for file 'C:\Atmel Studio\7.0\blinkX\blinkX\Debug\blinkX.hex'.

2018-04-18 15:16:02.0440|INFO|ArduinoSketchUploader|Establishing memory block contents...

(ArduinoUploader.BootloaderProgrammers.ResetBehavior.ResetThroughTogglingDtrBehavior)...

2018-04-18 15:16:02.3484|INFO|ArduinoSketchUploader|Establishing sync...

2018-04-18 15:16:02.5587|INFO|ArduinoSketchUploader|Sync established.

2018-04-18 15:16:02.5717|INFO|ArduinoSketchUploader|Checking device signature...

2018-04-18 15:16:02.5988|INFO|ArduinoSketchUploader|Device signature checked.

2018-04-18 15:16:02.6068|INFO|ArduinoSketchUploader|Initializing device...

2018-04-18 15:16:02.6439|INFO|ArduinoSketchUploader|Retrieved software version:4.4.

2018-04-18 15:16:02.6509|INFO|ArduinoSketchUploader|Setting device programming parameters...

2018-04-18 15:16:02.6759|INFO|ArduinoSketchUploader|Device initialized.

2018-04-18 15:16:02.6829|INFO|ArduinoSketchUploader|Enabling programming mode on the device...

2018-04-18 15:16:02.7059|INFO|ArduinoSketchUploader|Programming mode enabled.

2018-04-18 15:16:02.7169|INFO|ArduinoSketchUploader|Programming device...

2018-04-18 15:16:02.7390|INFO|ArduinoSketchUploader|Preparing to write 38 bytes...

(9)

2018-04-18 15:16:02.7509|INFO|ArduinoSketchUploader|Flash page size: 128.

2018-04-18 15:16:02.7630|INFO|ArduinoSketchUploader|Upload progress: 0.0% ...

2018-04-18 15:16:02.8110|INFO|ArduinoSketchUploader|38 bytes written to flash memory!

2018-04-18 15:16:02.8180|INFO|ArduinoSketchUploader|Device programmed.

2018-04-18 15:16:02.8180|INFO|ArduinoSketchUploader|Verifying program...

2018-04-18 15:16:02.8370|INFO|ArduinoSketchUploader|Preparing to verify 38 bytes...

2018-04-18 15:16:02.8910|INFO|ArduinoSketchUploader|38 bytes verified!

2018-04-18 15:16:02.8980|INFO|ArduinoSketchUploader|Verified program!

2018-04-18 15:16:02.8980|INFO|ArduinoSketchUploader|Leaving programming mode...

2018-04-18 15:16:02.9301|INFO|ArduinoSketchUploader|Left programming mode!

2018-04-18 15:16:02.9431|INFO|ArduinoSketchUploader|Resetting...

2018-04-18 15:16:03.2669|INFO|ArduinoSketchUploader|Closing serial port...

2018-04-18 15:16:03.2879|INFO|ArduinoSketchUploader|All done, shutting down!

Perintah tersebut hanya dapat dieksekusi pada saat working directory command line berada pada direktori Arduino Sketch Uploader. Jika diinginkan agar command

ArduinoSketchUploader.exe

dapat dieksekusi di sembarang lokasi, maka path dari

ArduinoSketchUploader.exe

harus ditambahkan di system environnt variables. Caranya adalah dengan membuka Windows system properties, kemudian pilih Environment Variables. Pada bagian system variables terdapat path yang dapat diedit dengan menambahkan path pada variable value di akhir string tersebut. Terlihat pada contoh Gambar 11 path Arduino Sketch Uploader di

C:\ArduinoSketchUploader-3.2.0

ditambahkan pada Environment Variables.

(a) (b)

Gambar 10 Menampilkan system properties untuk menambahkan system variables. (a) Menampilkan system environment variables pada start menu (b) Tampilan system properties

(10)

(c)

Gambar 11 Menambahkan path pada system variables system variable

IV. Konfigurasi Atmel Studio 7 dengan Arduino Sketch Uploader

Sampai di titik ini, pemrograman dengan Atmel Studio 7 telah ditunjukkan dan melakukan upload file

*.hex dapat dilakukan dengan Arduino Sketch Uploader. Untuk mengintegrasikan Arduino Sketch Uploader ke Atmel Studio 7, sehingga tidak diperlukan eksekusi melalui command prompt, maka langkah- langkah berikut ini harus dilakukan.

1. Setelah Atmel Studio 7 terinstall, external tools harus dikonfigurasi. Caranya adalah dengan klik Tools  External Tools…

2. Berikan konfigurasi ini

Title: ‘Send to Arduino UNO’

Commands: klik pada ‘…’ dan navigasikan ke direktori Arduino Sketch Uploader, misalnya C:\ArduinoSketchUploader-3.2.0\

ArduinoSketchUploader.exe dan kemudian klik ‘open’

Arguments: --file=$(ProjectDir)Debug\$(TargetName).hex --port=COM18 -- model=UnoR3

3. Bagian yang diberi highlight di atas perlu disesuaikan dengan path dari Arduino Sketch Uploader, Port Com yang digunakan dan jenis board arduino yang digunakan, dalam hal ini Arduino Uno.

4. Pilih ‘Use Output window’ dan klik ’Ok’.

5. Konfigurasi telah selesai. Jika langkah-langkah di atas telah dilakukan, maka klik pada ‘Tools 

Send to Arduino UNO’ akan melakukan upload code program ke Arduino Uno. Selanjutnya, pada

output window akan muncul pesan yang serupa dengan upload menggunakan command line.

(11)

Gambar 12 Konfigurasi Arduino Sketch Uploader pada Atmel Studio 7

Tabel 6 Pesan pada output window Atmel Studio 7

2018-04-18 13:11:55.2158|INFO|ArduinoSketchUploader|Starting ArduinoSketchUploader...

2018-04-18 13:11:55.2568|INFO|ArduinoSketchUploader|Starting upload process for file 'E:\Code Examples\Blink\Blink\Debug\Blink.hex'.

2018-04-18 13:11:55.5828|INFO|ArduinoSketchUploader|Establishing memory block contents...

(ArduinoUploader.BootloaderProgrammers.ResetBehavior.ResetThroughTogglingDtrBehavior)...

2018-04-18 13:11:55.9099|INFO|ArduinoSketchUploader|Establishing sync...

2018-04-18 13:11:56.1269|INFO|ArduinoSketchUploader|Sync established.

2018-04-18 13:11:56.1369|INFO|ArduinoSketchUploader|Checking device signature...

2018-04-18 13:11:56.1699|INFO|ArduinoSketchUploader|Device signature checked.

2018-04-18 13:11:56.1779|INFO|ArduinoSketchUploader|Initializing device...

2018-04-18 13:11:56.2109|INFO|ArduinoSketchUploader|Retrieved software version: 4.4.

2018-04-18 13:11:56.2109|INFO|ArduinoSketchUploader|Setting device programming parameters...

2018-04-18 13:11:56.2519|INFO|ArduinoSketchUploader|Device initialized.

2018-04-18 13:11:56.2639|INFO|ArduinoSketchUploader|Enabling programming mode on the device...

2018-04-18 13:11:56.2929|INFO|ArduinoSketchUploader|Programming mode enabled.

2018-04-18 13:11:56.3049|INFO|ArduinoSketchUploader|Programming device...

2018-04-18 13:11:56.3199|INFO|ArduinoSketchUploader|Preparing to write 40 bytes...

2018-04-18 13:11:56.3829|INFO|ArduinoSketchUploader|40 bytes written to flash memory!

2018-04-18 13:11:56.5719|INFO|ArduinoSketchUploader|Device programmed.

2018-04-18 13:11:56.5859|INFO|ArduinoSketchUploader|Verifying program...

2018-04-18 13:11:56.6039|INFO|ArduinoSketchUploader|Preparing to verify 40 bytes...

2018-04-18 13:11:56.6699|INFO|ArduinoSketchUploader|40 bytes verified!

2018-04-18 13:11:56.6809|INFO|ArduinoSketchUploader|Verified program!

2018-04-18 13:11:56.6929|INFO|ArduinoSketchUploader|Leaving programming mode...

2018-04-18 13:11:56.7189|INFO|ArduinoSketchUploader|Left programming mode!

2018-04-18 13:11:56.7289|INFO|ArduinoSketchUploader|Resetting...

2018-04-18 13:11:57.0689|INFO|ArduinoSketchUploader|Closing serial port...

2018-04-18 13:11:57.0919|INFO|ArduinoSketchUploader|All done, shutting down!

(12)

V. Penutup

Artikel ini telah menjelaskan cara untuk melakukan konfigurasi dan membuat program dengan Atmel Studio 7. Arduino Sketch Uploader dapat diintegrasikan ke Atmel Studio 7 sebagai external tool untuk mempermudah proses upload file *.hex tanpa perlu melakukan eksekusi manual pada command line.

Atmel Studio 7 dapat digunakan untuk menulis program dalam Bahasa C/C++ maupun Assembly yang akan mempermudah pemula untuk mempelajari sistem mikrokontroler lebih mendalam.

Set-up Atmel Studio 7 untuk Pemrograman Arduino Uno Norma Hermawan