Mengisi ulang bootloader papan Arduino Uno

Sebelum memulai, pertanyaan yang mungkin timbul adalah mengapat kita perlu mengisi ulang/membakar (burn) bootloader untuk Arduino Uno? Sebelumnya apakah bootloader itu sendiri? Mari mulai dari istilah firmware, secara singkat firmware adalah program yang paling awal diisikan ke sebuah mikrokontroler, program ini bersifat permen (atau tepatnya semi-permanen). Sekali diisikan, program ini tidak mudah untuk diubah seperti program lain. Menurut sumber di Arduino.cc ini, “So named because you couldn’t change it once it had been programmed in the chip.”

Lebih lengkap lagi bisa dipelajari dari sumber ini:

Lalu bagaimanakah bootloader menurut Arduino sendiri ? Jawabannya bisa dibaca di sini:

What’s a bootloader?

Microcontrollers are usually programmed through a programmer unless you have a piece of firmware in your microcontroller that allows installing new firmware without the need of an external programmer. This is called a bootloader.

Not using a bootloader

If you want to use the full program space (flash) of the chip or avoid the bootloader delay, you can burn your sketches using an external programmer.

Secara sederhana bootloader Arduino memudahkan pengguna (programmer) untuk memprogram mikrokontroler di papan sistem. Pengguna tidak perlu hardware programmer lainnya, cukup menggunakan kabel USB (dahulu kabel serial) ke papan sistem Arduino. Kecuali pengguna memilih untuk memprogram tanpa bantuan bootloader.

Kembali ke pertanyaan awal, mengapa perlu mengisi ulang bootloader ? Sekenario yang bisa terjadi adalah karena adanya kerusakan pada bootloader, meskipun kemungkinannya kecil. Kemungkinan lain adalah karena mikrokontroler asli pada papan Arduino mengalami kerusakan. Jika mikrokontroler yang dipergunakan adalah versi DIP. Salah satu penjual di salah satu toko online menjual μC ATmega328P dengan harga kurang dari dua puluh ribu rupiah (di luar ongkos kirim). Bisa juga karena ingin menggunakan μC ATmega328P yang berisi bootloader Arduino di tempat lain, misalnya seperti yang ditulis di link ini dan link ini. Lalu kemungkinan ketiga adalah karena ingin/perlu mengganti bootloader dengan versi lain.

  Bootloader (firmware) untuk Arduino:    <<klik di sini untuk membuka>>
Sekarang dengan menggunakan AVRDUDE dan AVRDUDESS kita melihat kondisi awal (kosong) dari mikrokontroler ATmega328P.

Gambar 1.

Bandingkan dengan kondisi default sebagaimana yang bisa dilihat di sini:

Gambar 2.

Gambar 3.

Pada Gambar 3, untuk mengisi bootloader pilih board yang sesuai dengan papan yang hendak diisi lalu pilih item menu Burn Bootloader. Gambar 4 menunjukkan proses pengisian berlangsung lancar.

Gambar 4.

Gambar 5.

Dapat dilihat di Gambar 5 kondisi fuse bits & lock bits setelah Arduino Nano diisi dengan bootloader, bandingkan dengan kondisi yang terlihat pada Gambar 1.

Gambar 6.

Makna dari konfigurasi bits dapat dilihat pada Gambar 6. Konfigurasi seperti ini dapat dengan lebih mudah diatur dengan bantuan fasilitas yang tersedia secara online, misalnya fusecalc atau Engbedded Atmel AVR® Fuse Calculator. Meskipun fasilitas bantuan seperti ini tidak selalu dapat sepenuhnya menggantikan keperluan untuk membaca datasheet. Bahkan sering kali kita juga perlu belajar dari pemahaman dan pengalaman orang lain yang telah mencoba terlebih dahulu, jadi bukan hanya belajar kepada pegawai dari produsen saja. Sebagai contoh, untuk memahami tentang CKSEL pada Gambar 6, kita bisa membaca di halaman ini. Dalam kutipan berikut bisa diketahui konfigurasi seperti pada Gambar 6, CKSEL=1111 diartikan bahwa frekuensi dapat dipilih berdasarkan nilai crystal antara 8 MHz sampai 16 MHz.

Gambar 7. Uji coba bootloader yang baru diisikan pada Arduino Uno

Sekadar sebagai pembanding cara-cara untuk mengisi bootloader Arduino bisa dibaca di sini: Installing an Arduino Bootloader.

Berikutnya adalah percobaan untuk menggunaakan bootloader Optiboot. Saya akan mencobanya di Arduino Nano dengan ATmega328P 5 V.

Gambar 8. Kondisi awal Arduino Nano ATmega328P

Gambar 9. Lock bits berubah setelah penghapusan isi

Gambar 10. Pengaturan konfigurasi untuk pengisian bootloader

Gambar 11.

Pada Gambar 11, terlihat adanya pesan kesalahan (failed). Meskipun begitu sebenarnya proses pengisian bootloader optiboot telah berhasil. Pesan kesalahan terjadi karena pengaturan efuse (extended fuse) yang sesungghuhnya tidak benar-benar mengakibatkan kesalahan. Solusi dari permasalahan ini adalah pengaturan konfigurasi di boards.txt:

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang masalah ini silakan baca: <<klik di sini untuk membuka>>

Gambar 12. Pengisian bootloader dengan USBasp, AVRDUDE dan AVRDUDESS

Gambar 13.

Gambar 13 menunjukkan proses bootloader burning setelah perbaikan boards.txt, tidak ada pesan kesalahan sama sekali; bandingkan dengan Gambar 11.

Gambar 14. Pengisian program menggunakan bootloader Arduino otiboot melalui ttyUSB0

Gambar 15. Upload program Arduino melalui USB port (ttyUSB0)

Graphical User Interface untuk upload program Atmel AVR

Seperti yang sudah disebutkan pada post terdahulu, perintah pada AVRDUDE dapat diberikan langsung melalui terminal di sistem GNU/Linux (misalnya Ubuntu atau Mint). Tetapi ada kalanya cara point-and-click lebih menarik, lebih menyenangkan atau bahkan mempermudah. Di sistem Microsoft Windows maupun GNU/Linux terdapat beberapa GUI (Graphical User Interface) yang bisa dipergunakan. Di sistem Windows terdapat lebih banyak program GUI yang saya temukan daripada GUI untuk GNU/Linux.

Salah satu yang dapat bekerja baik di sistem Windows maupun GNU/Linux adalah AVRDUDESS. Blog untuk avrdudess (termasuk program untuk di-download) ada di link ini. Sedangkan kode sumber program ada di GitHub.

Sebagai contoh akan saya pakai untuk memprogram sistem papan ATtiny2313A dan ATmega8, keduanya mikrokontroler produksi Atmel (saat saya menulis halaman ini perusahaan itu telah beberapa waktu yang lalu dibeli oleh Microchip)

Yang pertama adalah uji coba menggunakan papan ATtiny2313A. Papan ini saya buat sebelum sistem papan Arduino banyak tersedia dengan harga yang relatif sudah murah seperti sekarang ini. Selain mikrokontroler ATtiny2313A papan itu saya buat berisi LED dan pushbutton. Waktu itu lumayan untuk mempelajari AVR sekaligus engingat kembali cara merancang PCB sederhana.

Gambar 1.

Di Gambar 1 dapat dilihat beberapa tombol pilihan untuk mengoperasikan AVRDUDE melalui AVRDUDES. Pertama, pastikan terlebuh dahulu bahwa perangkat programmer yang kita pilh sudah benar-benar sesuai dengan perangkat keras yang kita pakai. Dalam hal ini saya menggunakan USBasp. Kedua pilihlah Bit Clock yang sesuai, sebab beberapa sistem target tidak dapat merespon dengan baik jika diatur terlalu cepat. Kurangi frekuensi jika target dilaporkan tidak merespon dengan baik. Tiga, pilihan opsi -e untuk melakukan penghapusan dapat dipakai untuk beberapa skenario. Misalnya untuk sekadar menghapus program pada μC target tanpa mengisi ulang program. Bisa juga dipakai untuk memastikan bahwa isi sebelumnya benar-benar telah terhapus. Saya menemui beberapa papan yang akan beberapa kali mengalami kesalahan jika tidak diperintah dengan opsi ini.

Empat, perhatikan tulisan perintah untuk avrdude. Inilah perintah manual yang akan dieksekusi yang berasal dari pilihan yang dilakukan oleh pengguna melalui bantuan GUI avrdudess. Perhatikan opsi -B ditulis dengan cara berbeda, berkebalikan dari pilihan via GUI pada langkah dua. Lima, tekan tombol detect untuk secara otomatis mendeteksi tipe mikrokontroler yang sudah terhubung di programmer. Tombol ini juga saya pakai untuk mencoba kondisi sistem pemrograman, apakah sudah terhubung dengan baik dan apakah μC dalam kondisi baik dan siap untuk diprogram. Enam, yang saya tandai dengan kotak berwarna merah itu berfungsi untuk mengetahui konfigurasi fuse pada μC. Di sistem Atmel AVR fuse memegang peranan penting, dan kesalahan pada pengaturannya seringkali membuat μC tidak lagi mudah untuk diprogram (perlu perangkat berbeda untuk fuse reset).

Gambar 2.

Hasil eksekusi program terlihat di Gambar 3, pin: PB2, PB3, PB4, PB5.

Gambar 3. Papan ATtiny2313A

Pengoperasian avrdudess (Gambar 4) untuk sistem papan ATmega8 tidak berbeda dari sebelumnya (Gambar 1). Berbeda dengan ATmega328P yang memiliki memori program sebesar 32 KB, ATmega8 hanya memiliki 8 KB, sekalipun secara fisik keduanya sama. Di pasaran lokal Indonesia (saat saya menulis ini) harganya sudah tidak jauh berbeda, selilish sekitar lima ribu rupiah.

Gambar 4.

Hasil eksekusi terlihat pada Gambar 5; LED pada PC0, PC1, PC2, PC3, PC4, PC5.

Gambar 5.