wersja mobilna
Online: 880 Czwartek, 2017.03.30

Raporty

Narzędzia i zestawy startowe dla mikrokontrolerów, oprogramowanie EDA

poniedziałek, 16 stycznia 2017 09:33

Ostatnia dekada przyniosła ogromną ekspansję mikrokontrolerów, które stały się centralną jednostką i najważniejszym podzespołem dla wielu aplikacji elektroniki konsumenckiej i profesjonalnej. Ten wzrost popularności mikrokontrolery zawdzięczają znakomitym parametrom, jak wydajność, energooszczędność, które dostępne są razem z bogatymi układami peryferyjnymi za niewielkie sumy. Współczesny mikrokontroler to jednostka zawierająca wydajny rdzeń 32-bitowy, dużą ilość pamięci Flash, przetworniki, układy czasowe, kontrolery, interfejsy i wiele innych bloków.

Spis treści » Zmiany w technologii silnie wpływają na narzędzia
» Projektowanie elektroniki to dzisiaj wyzwanie
» Konsolidacje wpływają na rynek
» Narzędzia darmowe czy komercyjne?
» Tendencje w oprogramowaniu EDA
» Wielka różnorodność rynku
» IoT i komunikacja bezprzewodowa
» Dostawcy narzędzi projektowych
» Dostawcy oprogramowania projektowego
» Pokaż wszystko

Całość jest na tyle uniwersalna, że dla wielu aplikacji tworzy większą część platformy sprzętowej. Mikrokontrolery stały się na tyle dobre i tanie, że ich użycie jest wskazane nawet w najprostszych aplikacjach, gdzie kiedyś wystarczyłyby 1-2 układy standardowe. Oferta rynku jest też tak szeroka, że można dobierać optymalne jednostki pod względem zasobów, obudów i innych kryteriów.

Nic więc dziwnego, że rynek półprzewodników kręci się wokół mikrokontrolerów i to o nich najwięcej się mówi, poświęca im najwięcej uwagi i od nich zaczyna się rysować schemat. W najbliższej przyszłości znaczenie to może się tylko zwiększyć, co tworzy dobre perspektywy dla rynku narzędzi i oprogramowania projektowego.


Zmiany w technologii silnie wpływają na narzędzia

Wykres procentowych zmian sprzedaży zanotowanych przez dostawców narzędzi projektowych i oprogramowania EDA w ostatnich trzech latach pokazuje, że w porównaniu do innych sektorów wzrosty obrotów są tutaj zauważalnie niższe. Dodatkowo w 2016 roku widać większą niestabilność w rozwoju rynku. Przyczyną jest zapewne to, że małe i średnie firmy oraz specjalistyczni producenci wybierają nierzadko narzędzia darmowe lub dostarczane przez producentów chipów albo oferowane przez dystrybutorów. Firmom, które żyją ze sprzedaży produktów komercyjnych, musi to ograniczać rozwój biznesu. Co więcej, duże państwowe przedsiębiorstwa związane np. z wojskiem w ostatnich miesiącach wstrzymały też zakupy, co może tłumaczyć niestabilne wyniki w 2016 roku.

Zainteresowanie płytkami startowymi i ogólnie zestawami deweloperskimi wynika też z tego, że proces prototypowania staje się niestety znacznie bardziej złożony. Przyczyna leży w dominacji montażu SMT w produkcji elektroniki i tego, że domyślną obudową dla wielu złożonych podzespołów elektronicznych są wersje bezwyprowadzeniowe, a więc takie, gdzie kontakty są realizowane przez kulki lub pola kontaktowe rozmieszczone na dolnej części obudowy.

Takie elementy wymagają do montażu użycia normalnych urządzeń składających się na proces SMT, a więc nadruku pasty, ułożenia elementu i lutowania w piecu. Konieczna jest też normalna płytka drukowana z soldermaską i pokrytymi polami lutowniczymi. Taką płytkę można bez problemu zamówić, to samo dotyczy usługi montażu prototypu, niemniej nie od razu.

Usługi ekspresowe są kosztowne i nie zawsze dostępne, przez co konstruktor musi się zmierzyć z problemem, czy warto inwestować w prototypowanie. Do tego dochodzi problem z dostępnością chipów. Generalnie nowe układy wytwarzane są w kilku rodzajach obudowy i nie zawsze ta, na której nam zależy, może być dostępna w postaci próbek inżynierskich.

Wraz z coraz większym znaczeniem elektroniki konsumenckiej na rynku, a więc faktem, że duża część wolumenu produkcyjnego producentów chipów trafia do urządzeń produkowanych masowo, wytwórcy ograniczają liczbę dostępnych typów obudów. Nawet jeśli jest ich kilka, to nie należy oczekiwać, że na liście znajdą się wersje inne niż do montażu powierzchniowego SMT.

Tabela 1. Przegląd ofert krajowych dostawców narzędzi, zestawów startowych dla mikrokontrolerów i oprogramowania EDA

Aby nie trzeba było czekać na próbki i martwić się o wykonanie prototypu, producenci proponują zestawy startowe. Ich funkcjonalność jest różna i zależy głównie od tego, jakiego układu dotyczą.

W najprostszym przypadku płytka daje dostęp do wyprowadzeń, często zawiera także obwody zasilania, złącza i niezbędne elementy zewnętrzne, w wersji maksimum zestaw startowy zawiera podstawowy układ aplikacyjny i pole umożliwiające dodanie własnej specyficznej części warstwy sprzętowej. Bezsprzecznie taka płytka jest w pewnym sensie już prototypem i pozwala na szybką weryfikację koncepcji układowej, testowanie oprogramowania.

Dzięki zestawom deweloperskim prototypowanie jest tym, czym było dawniej, dlatego w praktyce każda premiera nowego układu (takiego istotnego) powiązana jest z wydaniem płytki. Przygotowuje ją producent albo dystrybutorzy lub partnerzy, niemniej dla klienta nie ma znaczenia, kto jest autorem konstrukcji.


Projektowanie elektroniki to dzisiaj wyzwanie

Obroty dostawców narzędzi projektowych i oprogramowana EDA (po lewej) nie dają jasnych wniosków na temat dominującej grupy lub statystycznie średniej sprzedaży. Największa grupa 38% firm ma sprzedaż między 0,5 a 5 mln zł, co pozwala sądzić, że już daje się w oparciu o tę tematykę zbudować specjalizację firmy. Przekonują o tym też dane na drugim wykresie (po prawej), gdzie pokazano, jaką część sprzedaży firmy przynoszą narzędzia i oprogramowanie. Jak widać, dla połowy firm jest to drobny dodatek (do 10% obrotów) albo (dla 38%) specjalizacja przynosząca minimum połowę sprzedaży. To w Polsce normalne, bo mimo dość szerokiego ujęcia tematyki narzędzi projektowych nasz rynek jest stosunkowo niewielki, a same produkty niekiedy na tyle specjalistyczne, że potencjalnych klientów nierzadko liczy się na palcach.

Projektowanie elektroniki staje się kosztowne i coraz trudniejsze. Projektant musi znaleźć kompromis dla wielu przeciwstawnych zagadnień technicznych i utrzymać koszt w założonym budżecie. Do tego dochodzą badania, certyfikaty i konieczność spełnienia norm.

A wszystko to trzeba zapewnić w krótkim czasie, przez co swoboda konstrukcyjna jest dzisiaj znacznie mniejsza jak kiedyś. Obecnie liczy się bliska współpraca z dystrybutorem lub producentem zapewniająca transfer wiedzy oraz rozwiązania, które ograniczają ryzyko pomyłki, wybrania produktów lub technologii nieoptymalnych lub nieperspektywicznych.

Czas życia układów, rozwiązań, technologii i standardów nieustannie się skraca, przez co w pracach projektowych nierzadko trzeba sięgać po to, co dopiero wejdzie na rynek lub właśnie się pojawiło. Czas, jaki zostaje na analizę potencjału danych technologii, jest już mały i nie należy oczekiwać, że w przyszłości będzie lepiej, bo tempo rozwoju całej elektroniki rośnie, a dodatkowo na rynku jest wiele rozwiązań równoważnych od strony technicznej i technologii podobnych do siebie.

Przykładem mogą być liczne standardy komunikacyjne, jak Sigfox i LoRa, które mocno konkurują ze sobą w zakresie sieci LPWAN. To, na co warto postawić, nierzadko determinują dostępne narzędzia, oprogramowanie i platformy referencyjne.

Bo skoro różnice po stronie technicznej rozwiązań są minimalne, a z punktu widzenia aplikacyjnego nierzadko są one nieznaczące, to kryteria wyboru danego rozwiązania przenoszą się w obszar wsparcia pracy projektanta. Dlatego im większe są oczekiwania w zakresie projektu i jego skomplikowanie, im jest mniej czasu na wprowadzenie produktu na rynek, tym znaczenie tego, jakie posiadamy narzędzia, platformy ewaluacyjne i oprogramowanie jest większe.

Tadeusz Górnicki

WG Electronics

  • Producenci mikrokontrolerów wspierają konstruktorów za pomocą bezpłatnych środowisk IDE, zestawów startowych, płytek ewaluacyjnych. Na ile jest to działalność korzystna dla rynku narzędzi projektowych, a na ile nie?

Jest rzeczą oczywistą, że darmowe narzędzia projektowe są atrakcyjne dla projektantów, ale niekoniecznie dla twórców profesjonalnych zaawansowanych rozwiązań wspierających uruchamianie systemów mikroprocesorowych. Pierwsi, wchodząc w nowe architektury, dostają narzędzie gratis, z którym mogą bez ponoszenia wydatków rozpocząć projekt.

Drudzy przynajmniej w pierwszym podejściu tracą takich klientów. Część projektantów jednak może nigdy nie wystartowałaby z obciążeniem finansowym na inwestycje w narzędzia - i to jest korzyść dla całego rynku. Część firm po pewnym okresie wstępnym "przesiada się" na komercyjne profesjonalne narzędzia - i to jest neutralne dla rynku narzędzi projektowych.

Inna część jednak zadowala się tym, co ma za darmo i "rzeźbi" kolejne coraz bardziej skomplikowane aplikacje - to jest strata nie tylko z punktu widzenia producentów komercyjnych narzędzi (jak np. ARM), ale pośrednio również samych projektantów.

Lepsze narzędzia bowiem to skrócenie okresu projektowania, to szybszy "time to market". Kto będzie też zainteresowany wprowadzaniem na rynek nowych, zaawansowanych technologii i rozwiązań w systemach uruchomieniowych? Spotykam się co prawda ze zdaniem, że komercyjne narzędzia wcale nie są lepsze. Jednak zapewniam, że są.

  • Czy narzędzia projektowe i oprogramowanie są kosztowne z punktu widzenia krajowych firm elektronicznych?

To jest odwieczny dylemat. Klienci zawsze narzekają, że nabywany towar jest za drogi. Narzędzia projektowe nie są tu żadnym wyjątkiem. Spójrzmy jednak na realia. Koszt podstawowego oprogramowania ARM KEIL to około 3000 euro. Jak ktoś planuje produkcję masową swojego urządzenia, to jest to żaden koszt na jednostkę i nie musi się oglądać na to, co dostanie za darmo.

Jeśli ktoś ma w perspektywie produkcję małoseryjną, to w większej marży na produkcie ten koszt narzędzia "ginie". Dla jednostkowych projektów są natomiast tańsze okresowe dzierżawy, a wydatki na inwestycje w narzędzia trzeba odnosić do miesięcznego wynagrodzenia projektanta. Czy w dzisiejszej rzeczywistości naprawdę nie warto dać lepszego narzędzia, aby osiągnąć szybciej efekty i finansować projekt w krótszym czasie?

Ja mam wrażenie, że często problem jest w sferze mentalnej zarządu. Po pierwsze, oprogramowanie, a nim są w większości narzędzia dla mikrokontrolerów, to rzecz niematerialna - kupuje się coś ulotnego, co przyzwyczailiśmy się brać za darmo. Po drugie, nie mamy zwyczaju dobrze doposażać stanowisk projektowych, bo wydatek na osprzęt dla inżyniera nie przekłada się bezpośrednio na wzrost produkcji i zysk - to zawsze jest wymuszona inwestycja w "intelekt". Ale trzeba pamiętać, że z piasku bicza nie ukręcisz.

  • Czy więc firmy potrafią i mają wiedzę, aby efektywnie korzystać z możliwości nowoczesnego oprogramowania i narzędzi?

Jestem jak najlepszego zdania o potencjale intelektualnym polskich firm. Często podkreślam, wspominając moje dawne lata pracy na uczelni, że kiedyś to uniwersytety były wylęgarnią nowych technologii na rynku - "know-how" było przywożone "prywatnie" przez profesorów, ze stażów na Zachodzie.

Dzisiaj nowe technologie docierają bezpośrednio do całkiem nowoczesnych firm. Jest więc w firmach potencjał, a też brak czasu na "naukę". Narzędzia projektowe bardzo się zmieniły. Przestają być proste w instalacji i obsłudze. Są bardziej informatyczne, mniej inżynierskie, a na inżynierach opiera się u nas rynek "embedded". Moim więc zdaniem jest potrzeba głęboko profesjonalnych szkoleń pokazujących nowe implementowane mechanizmy w realnym działaniu. Inaczej pozostaną one nieodkryte i niewykorzystywane. Pracujemy nad takim projektem.

  • Jakie zmiany na rynku narzędzi projektowych wynikają z rosnącej popularności układów ARM?

Ja chciałbym odnieść się do trochę innej kwestii - wpływu na rynek rozwoju układów ARM. Dzisiaj polski rynek to głównie mikrokontrolery uniwersalne z rdzeniem Cortex-M. Przemysł to elektronika, powiedzmy, średniego poziomu technologii. Niestety, nie robimy jeszcze zbyt wiele projektów "hi-tech" bazujących np. na większych strukturach SoC, na rdzeniach ARM-a serii Cortex-A.

A one już są. Myślę i mam nadzieję, że będziemy podążać w tym kierunku śladem przodujących gospodarek. A to pociąga za sobą zmianę w podejściu do programowania tych struktur, śledzenia i analizy przetwarzania oraz optymalizacji kodu. To są zmiany, jakie widzę na horyzoncie rynku narzędzi.



Konsolidacje wpływają na rynek

Zdaniem ankietowanych specjalistów aktualna sytuacja na rynku narzędzi i oprogramowania projektowego w końcu 2016 roku jest taka sama jak wcześniej, a co trzeci pytany był zdania, że nawet lepsza (wykres po lewej). W komentarzach padały jednak opinie na temat wstrzymanych inwestycji przez jednostki badawcze i duże firmy powiązane z zamówieniami państwowymi. Te opinie zawierają się w czerwonym, 25-procentowym polu. Drugi wykres jest ilustracją pytania o konkurencję na rynku - jak widać prawie co drugi pytany uznał ją za silną.

Ostatnie trzy lata na rynku elektroniki to czas konsolidacji biznesu, w ramach których miało miejsce wiele przejęć firm produkujących komponenty elektroniczne. Ogólnie procesy te prowadzą do tego, że firmy stają się coraz większe, bo więksi gracze przejmują mniejszych, po to, aby zająć większą część rynku lub też wejść w obszar dotychczas nieznany.

Im w większej skali działa dany producent, tym dla statystycznego projektu jest w stanie zapewnić większy procent niezbędnych komponentów ze swojego portfolio. Duzi producenci półprzewodników o szerokiej ofercie są w stanie dostarczyć znakomitą większość podzespołów, w tym mikrokontroler, układy analogowe, takie jak przetworniki i wzmacniacze, konwertery zasilające, tranzystory mocy, układy cyfrowe i specyficzne sterowniki (silników, wyświetlaczy).

Ponownie można dostrzec, że oferty największych firm dla typowych aplikacji są podobne, stąd wybór zaczynają determinować albo narzędzia i szeroko rozumiane wsparcie techniczne, albo specyficzne komponenty aplikacyjne. Konsolidacje biznesu prowadzące do powstawania coraz większych firm zwiększają możliwości w zakresie wsparcia technicznego udzielanego konstruktorom, bo z reguły duża firma ma większe możliwości finansowe i organizacyjne.

Oznacza to, że stać je na przekazanie konstruktorom oprogramowania za darmo oraz na znaczące dotowanie zestawów projektowych, przez co nierzadko są one tańsze niż sam chip, na którym bazują.

Zestawy projektowe, starter kity i inne "płytki" stały się tym samym narzędziem marketingu technicznego. Niska cena, często możliwość dostania za darmo wartościowego zestawu od dystrybutora jako próbki, liczne akcje zniżkowe kierowane do uczestników seminariów technicznych i szkoleń są tak naprawdę promocją rozwiązań technicznych i zachętą do tego, aby przekonać się samodzielnie, czy dany komponent się sprawdzi.

Jest to też silny magnes, aby przyciągnąć na spotkanie wielu gości. Nawet jeśli 80% przekazanych w ramach prezentu zestawów trafina półkę, ta niewielka reszta nadal ma szansę kogoś przekonać. W dzisiejszych czasach decyzje strategiczne na temat inwestycji w konkretną architekturę mikrokontrolerów wypracowywane są w długim czasie, stąd przekonanie konstruktora wymaga wysiłku.

Inżynierowie są z reguły praktykami i rzeczywisty działający zmontowany układ nierzadko przemawia do nich znacznie silniej niż najlepsza prezentacja w formie slajdów. Dlatego zestawy deweloperskie w ostatnich latach stały się silnym orężem w walce o uwagę i zainteresowanie kadry inżynierskiej.

Jasne jest, że największe możliwości w zakresie tworzenia zestawów projektowych, a w szczególności ich różnorodności wyposażenia w atrakcyjne części, takie jak wyświetlacz, moduł komunikacyjny lub też czujnik MEMS, mają najwięksi. To samo dotyczy oferty oprogramowania narzędziowego, takiego jak środowisko IDE, biblioteki graficzne, stosy komunikacyjne.

Niemniej, ponieważ takie wsparcie dla dużych firm stało się standardem, mniejsi gracze muszą się dopasować. W efekcie tych procesów na rynku jest coraz więcej narzędzi (oprogramowania i platform sprzętowych) mocno dotowanych lub darmowych o niezłych możliwościach. W ostatnich pięciu latach liczba dostępnych na rynku płytek ewaluacyjnych, starter kitów oraz zestawów projektowych gwałtownie się zwiększyła i obecnie każdy nowy bardziej złożony chip ma przynajmniej swoją płytkę startową.

Te układy bardziej złożone, jak chociażby nowe rodziny mikrokontrolerów, zwykle są wspierane przez kilka rozbudowanych płytek ewaluacyjnych tworzących spójne środowisko sprzętowo-programowe (tzw. ecosystem).


Narzędzia darmowe czy komercyjne?

Ocena skali piractwa oprogramowania projektowego w kraju. Po lewej stronie aktualny wykres, a po prawej jako odniesienie analogiczne zestawienie wykonane przez nas ponad pięć lat wcześniej. Nietrudno zauważyć, że nasz rynek normalnieje, bo pole czerwone zmniejszyło się z 57 do 9%, a zielone pole wzrosło z 14 do 26%. Innymi słowy, 26% pytanych, a więc co czwarta osoba, jest zdania, że większość firm korzysta z wersji licencjonowanych. Oczywiście można ponarzekać, że tempo tego procesu nie jest duże i potrzeba jeszcze zapewne minimum całej dekady, aby pole zielone przekroczyło 50%, niemniej za każdym procentem kryją się wymierne sumy dla dostawców.

Cechą charakterystyczną rynku narzędzi dla mikrokontrolerów, procesorów DSP i układów programowalnych jest duża liczba pozycji darmowych, zarówno jeśli chodzi o platformę sprzętową, jak i oprogramowanie. Pozycje takie tworzą jeden biegun dla rynku, a drugi stanowią zaawansowane wersje komercyjne, relatywnie drogie.

Dyskusja, czy lepsze są narzędzia komercyjne, czy też te dostarczane przez producentów gratis lub open source, nie może i pewnie nigdy nie będzie miała rozstrzygnięcia, bo wszystko zależy od konkretnego przypadku: czasu jakim się dysponuje, ryzyka jakie jest się w stanie ponieść, skali planowanej produkcji oraz posiadanego doświadczenia i wiedzy.

Na pewno wiele prostych projektów z powodzeniem daje się zrealizować za pomocą bezpłatnych środowisk programistycznych oraz dotowanych zestawów projektowych bo mają one wystarczające możliwości.

Projektanci, którzy tworzą aplikacje profesjonalne, takie, gdzie jakość i niezawodność potwierdzana jest badaniami i certyfikatami, duże zespoły inżynierskie, dla których projekty są główną działalnością, nierzadko preferują dopracowane produkty komercyjne. Im skala działania jest większa, tym koszt narzędzi w przeliczeniu na sztukę jest mniejszy, co sprzyja narzędziom komercyjnym.

Niemniej czynników wyboru jest naprawdę wiele. Patrząc na te procesy w perspektywie lat, można powiedzieć, że koszt pracy inżynierskiej stale rośnie, na dodatek dobrych projektantów elektroniki zawsze brakuje, zwłaszcza w zakresie układów analogowych. Wydajne narzędzia, które są w stanie przyspieszyć projektowanie, ograniczyć liczbę wykonywanych prototypów i takie, które pozwalają zrobić więcej przy mniejszych zasobach kadrowych, zawsze będą poszukiwane i pewnie z czasem nawet bardziej niż dzisiaj.

Firmy decydują się na płatne oprogramowanie także wówczas, gdy chcą korzystać ze wsparcia technicznego, ci, którzy potrzebują gotowych bibliotek, na przykład obsługujących zaawansowane układy peryferyjne, korzystają z systemów operacyjnych, realizują złożone systemy, do tworzenia których przydają się dostępne w płatnych pakietach funkcje optymalizacyjne i analityczne.


Tendencje w oprogramowaniu EDA

Zdaniem co drugiego ankietowanego dostępne narzędzia projektowe są drogie, ale za to wydajne i uniwersalne, czyli ich wysoka cena odpowiada wysokim możliwościom projektowym. Nieco mniejsza grupa (43%), ale nadal spora, jest zdania, że narzędzia mają dobrze zbalansowane możliwości oraz ceny. Oznacza to, że rynek ma dwa wyraźnie zarysowane bieguny. Jeden tworzy narzędzia darmowe od producentów i open source'owe, drugi to zaawansowane produkty komercyjne. Duże możliwości projektowe darmowych narzędzi wypychają z rynku mierne wyroby, o ograniczonych możliwościach.

Opisane powyżej ograniczenia związane z rosnącymi kosztami projektowania silnie oddziałują na rynek oprogramowania projektowego. Tendencje są takie, aby projektowanie nie kończyło się w momencie przygotowania schematu i zaprojektowania płytki, ale objęło też wirtualne przygotowanie prototypu i poddanie go badaniom.

Fizyczne przygotowanie prototypu przesuwa się tym samym w czasie do momentu, gdy nadchodzi konieczność wykonania badań certyfikacyjnych w laboratorium. Podstawą do tych zmian jest rozbudowa części wizualizacyjnej i symulacyjnej pakietów oprogramowania EDA oraz szybki rozwój osobnych, specjalizowanych pakietów oprogramowania przeznaczonych do symulacji.

Wizualizacja to oczywiście prezentacje trójwymiarowe płytek drukowanych z komponentami, projektowanie mechaniczne obudów i rozwiązań montażowych z możliwością złożenia całości ze sobą (płytki i obudowy). Nowoczesne oprogramowanie EDA pozwala traktować obudowę i elementy mechaniczne podobnie jak podzespoły elektroniczne i dzięki temu wdaje się, że już niedługo typowy koszmar konstruktora, któremu wykonana płytka nie pasuje do obudowy, przestanie spędzać sen z oczu.

Projekt układu elektronicznego zmienia się tym samym w projekt systemu i przestaje być taki "płytkocentryczny". Wizualizacja obudowy, przewodów, wzajemnego ułożenia bloków funkcjonalnych (zasilacz, wentylator, akumulator, filtr sieciowy, gniazda i otwory) staje się dzisiaj coraz bardziej istotna, bo umożliwia w kolejnym kroku przeprowadzenie wszechstronnych symulacji.

Symulacje zawsze były częścią oprogramowania inżynierskiego, ale z reguły dotyczyły płytki i mozaiki połączeń po to, aby była zachowana integralność sygnałów, aby emisja elektromagnetyczna była ograniczana przez projekt, a ciepło właściwie rozpraszane. Te zagadnienia rozszerzane są obecnie na całe urządzenie.

Liczba narzędzi symulacyjnych szybko rośnie i patrząc na to, co dzieje się na rynku, należy oczekiwać, że tempo to jeszcze bardziej wzrośnie w kolejnej dekadzie. Niedawno firma CST, dostarczająca symulatory elektromagnetyczne, została kupiona przez Dassault Systemes, a Siemens kupił Mentor Graphics. Są to wyraźne sygnały, że dotychczasowe narzędzia inżynierskie określane jako EDA, czyli jak mówi pierwsza litera skrótu związane z projektowaniem elektroniki, zmienią się w projektowanie systemów i mechatroniki.

Możliwości, jakie kryją się w zakresie symulacji, są ogromne, bo dzisiaj bez problemu można uzyskać dużą moc obliczeniową niezbędną do szybkich obliczeń bardzo złożonych matematycznie zagadnień. Mamy przetwarzanie w chmurze obliczeniowej, farmy serwerów, które można wynająć i zlecić obliczenia.

Pecety też są znacznie bardziej wydajne, co nierzadko daje spore możliwości symulacyjne zwykłym komputerom biurowym. Rozwój oprogramowania symulacyjnego przyspieszył w ostatnich latach, bo okazało się, że symulacje pozwalają przygotować projekt szybciej i taniej niż tradycyjnie było Raport to realizowane przez szereg kolejnych iteracji z doskonaleniem prototypów.

Najbardziej znaczący postęp dotyczy zapewne kompatybilności elektromagnetycznej, która potrafizaskoczyć niemile nawet doświadczonych projektantów. W tej dziedzinie symulacja przynosi bardzo spektakularne efekty.

Współczesne oprogramowanie symulacyjne pozwala też na łączenie symulacji z rzeczywistymi pomiarami. Współczesne narzędzia do projektowania układów mikrofalowych lub elektronicznych pozwalają dołączyć funkcje odczytujące rzeczywiste wartości z urządzeń pomiarowych. Co więcej, możliwe jest także integrowanie zaimplementowanych algorytmów DSP, np. z LabVIEW lub Matlab, w środowisku do symulacji układów elektronicznych.



Wielka różnorodność rynku

Główni odbiorcy oprogramowania i narzędzi projektowych w Polsce to producenci elektroniki profesjonalnej, a więc firmy wytwarzające specjalistyczne i niszowe aplikacje z dużym wkładem myśli inżynierskiej. Ale niewiele słabiej oceniono uczelnie wyższe i placówki badawcze, które jak wynika z ankiet są ważnym i liczącym się na rynku odbiorcą narzędzi i programów. Na dole wykresu uplasowało się wojsko, co na pierwszy rzut oka może wydawać się zaskakujące, niemniej chodzi o to, że instytuty wojskowe i ośrodki mogą być kwalifikowane w drugiej pozycji, a dodatkowo w tym przypadku na rzecz wojska pracują zwykle firmy zewnętrzne, także uwzględnione wcześniej.

Ogromna popularność mikrokontrolerów powoduje, że portfolio produktowe największych producentów tych układów liczy się w setkach typów i co miesiąc wychodzą kolejne, lepsze wersje. Patrząc z perspektywy na rynek, można powiedzieć, że dostępność zestawów projektowych niewątpliwie ułatwia wybór i pracę konstruktorów, ale nie znaczy to, że staje się on prosty.

Takich produktów na rynku jest dzisiaj bardzo dużo i to, że dla wielu rodzin mikrokontrolerów istnieje zgodność pinowa i programowa oraz to, że architektura ARM, która stała się standardem przemysłowym, pomaga jedynie w niewielkim stopniu. Zjawisko to przenosi się na rynek narzędzi deweloperskich, a liczba zestawów, płytek startowych i podobnych jest już liczona w tysiącach.

Do tych przygotowywanych przez producentów dochodzą rozwiązania dystrybutorów, produkty firm niezależnych oraz konstrukcje open source. Oznacza to, że rozwiązania te dość szybko się starzeją i nierzadko ich możliwości nie są wykorzystywane - opanowanie złożonego modułu komunikacyjnego lub wydajnego mikrokontrolera bywa na tyle czasochłonne, że w międzyczasie na rynku może pojawić się nowa lepsza wersja.

Najważniejszą funkcję na rynku pełnią emulatory i zintegrowane środowiska projektowe (IDE), które dostarczają producenci mikrokontrolerów, jak Atmel Studio 7, Kinetis Design Studio, MPLAB, Code Composer Studio, STM32 Cube. Spora część z nich to pakiety bardzo zaawansowane. Poza nimi są też pakiety IDE firm niezależnych, jak IAR, Keil, Atollic, CooCox, Hitex, GreenHills, Raisonance i inne.

Tabela 2. Dane kontaktowe do krajowych dostawców narzędzi, zestawów startowych dla mikrokontrolerów i oprogramowania EDA

Oferta rynku jest dość szeroka, także w przypadku wersji płatnych, co jest konsekwencją ogromnej popularności procesorów ARM Cortex. Środowiska te obsługują wszystkie procesory oraz wspomagają projektowanie aplikacji dla Linuksa i Androida itp. Podobne rozwiązania dostępne są dla układów CPLD, FPGA oraz DSP firm Intel-Altera, Lattice, Xilinx, Cypress, Analog Devices.

Poza nimi funkcjonują programy narzędziowe mniejszego kalibru, a więc kompilatory, symulatory i debuggery oraz programy związane z interfejsem JTAG do wgrywania kodu, symulacji w czasie rzeczywistym i testowania poprawności montażu. Są też gotowe do użycia biblioteki programowe, systemy czasu rzeczywistego stosy TCP/IP i realizujące komunikację bezprzewodową. Są też biblioteki pomiarowe i wizualizacyjne, matematyczne i obliczeniowe.

Osobną kategorię stanowi oprogramowanie EDA, a zwłaszcza duże pakiety projektowe, jak Altium Designer, Pads, OrCAD i Eagle, oraz oprogramowanie symulacyjne, np. firmy CST. W tym obszarze też można znaleźć sporo darmowych pozycji (jak KiCAD, DesignSpark), ale o ile darmowe środowiska IDE udostępniane przez producentów mikrokontrolerów są niezłe, o tyle w obszarze EDA różnica między narzędziami darmowymi (open source, udostępnianymi przez dystrybutorów komponentów i dostępnymi online) jest znacznie większa.

Grzegorz Witek

Computer Controls

  • Kto w Polsce najbardziej potrzebuje zaawansowanego oprogramowania EDA i narzędzi?

Oprogramowania EDA potrzebuje właściwie każda firma, projektująca urządzenia elektroniczne, czy to na własne potrzeby, czy też usługowo dla innych odbiorców. Ponieważ większość współczesnych produktów zawiera mniej lub bardziej rozbudowane układy elektroniczne, potrzeba ich projektowania i wytwarzania staje się powszechna, a za tym idzie konieczne jest posiadanie narzędzi projektowych.

Dobrym przykładem jest branża oświetleniowa. Jeszcze kilka lat temu oprawy oświetleniowe były produktami w większości mechanicznymi. Obecnie, wraz z popularyzacją energooszczędnych źródeł światła, w tym oświetlenia LED, elektronika stała się w nich obowiązkowym, a często najważniejszym elementem.

O tym, czy firma potrzebuje mniej czy bardziej zaawansowanego oprogramowania, decyduje głównie złożoność realizowanych projektów. Przy czym, lepsze narzędzia projektowe, pozwalają na bardziej efektywną pracę, a zatem szybszą realizację projektów, a to przekłada się na redukcję kosztów pracy.

Zatem posiadanie zaawansowanego oprogramowania, nawet jeśli nie jest konieczne ze względów technicznych w przypadku mniej złożonych projektów, jest uzasadnione ekonomicznie i daje firmie przewagę konkurencyjną.

  • Które firmy się liczą jako dostawcy i producenci?

Brak jest oficjalnych statystyk z polskiego rynku i trudno ustalić procentowy udział poszczególnych marek, jednak zdecydowanym liderem jest oprogramowanie Altium Designer oferowane w Polsce przez firmę Computer Controls. Liczą się również produkty firm Cadence i Mentor Graphics, popularny jest także program Eagle, wybierany często przez najmniej wymagających użytkowników.

Na świecie, wg statystyk dostarczanych przez Gary Smith, firma Altium z roku na rok powiększa udział w rynku, kosztem pozostałych dużych graczy. Altium Designer jest najczęściej wybieranym programem przez użytkowników przesiadających się z innych narzędzi. Na naszym rodzimym rynku, Altium Designer jest najbardziej pożądanym wyborem, również wśród nowo powstających firm elektronicznych.

Uważam, że podyktowane jest to wieloma czynnikami, jak dobre dopasowanie możliwości programu do stopnia złożoności realizowanych u nas projektów, cena adekwatna do możliwości programu, dobra dostępności dokumentacji, wsparcia technicznego i szkoleń oferowanych przez Computer Controls oraz duża popularność programu wśród firm i uczelni.

  • Jakie są oczekiwania klientów kupujących oprogramowanie i narzędzia?

Sądzę, że oczekiwania klientów kupujących oprogramowanie nie odbiegają istotnie od oczekiwań klientów z innych sektorów. Ogólnie - klient oczekuje dobrego produktu, za przystępną cenę, od kompetentnego i wiarygodnego dostawcy. W szczegółach jest to bardziej złożone, ze względu różne formy finansowania, często długi i złożony proces decyzyjny, zwłaszcza w większych organizacjach.

Zaawansowany produkt, jakim jest oprogramowanie inżynierskie, wymaga również pomocy na etapie wyboru, jak i późniejszego użytkowania, dlatego wartość dodana od dostawcy jest równie istotna, jak możliwości samego produktu.


IoT i komunikacja bezprzewodowa

Zestawienie, które typy narzędzi cieszą się największym powodzeniem i stanowią główny nurt rynku, zdominowały wyraźnie płytki ewaluacyjne i starter kity, a więc produkty specjalizowane, dostarczane często przez dystrybutorów podzespołów. Druga pozycja przypadła wszystkim produktom, które można dostać bezpłatnie: od dystrybutora, w ramach upominku za obecność na warsztatach lub seminarium itp. Znaczy to, że w realiach krajowej elektroniki sięga się po produkty komercyjne dopiero wówczas, gdy te darmowe przestają wystarczać.

Spora część narzędzi i zestawów projektowych przeznaczona jest do aplikacji IoT i komunikacji bezprzewodowej. Ten segment rynku rozwija się dynamicznie, bo w pewnym stopniu jest on specyficzny. Komunikacja bezprzewodowa wymaga zapewnienia zgodności z wymaganiami prawnymi, nierzadko obsługi protokołów.

Do tego dochodzą zaawansowane technologie oszczędzania energii, wyłączania bloków, użycia specyficznych modulacji, kodowania danych. W przypadku komunikacji przez sieć komórkową lub inną sieć o charakterze publicznym trzeba spełnić wymagania techniczne operatora lub dostawcy infrastruktury sieciowej.

Komplikacja zagadnień technicznych stojących przed projektantami w tym obszarze jest znacznie większa. Problemy pogłębia to, że wiele aplikacji IoT to maleństwa o wysokiej skali integracji, wymagające posiadania zaawansowanego parku maszynowego po stronie produkcji. Zapanowanie nad projektem bez wsparcia się nowoczesnym oprogramowaniem i platformami sprzętowymi jest w zasadzie niemożliwe, stąd dostępność rozbudowanych zestawów, narzędzi i oprogramowania staje się dzisiaj często wręcz kluczowa.

W obszarze IoT potrzeba posiadania i pracy w oparciu o oprogramowanie platformy rozwojowej jest bardzo wyraźnie zarysowana. Wiele modułów komunikacyjnych to złożone konstrukcje zawierające procesor aplikacyjny, pamięć i układy peryferyjne, dające możliwość programowania.

Do ich obsługi potrzebne są narzędzia programowe i sprzętowe, podobne jak dla mikrokontrolerów. Zresztą w praktyce zagadnienia komunikacyjne i mikrokontrolery są ze sobą bardzo mocno powiązane, na rynku funkcjonują specjalizowane procesory z wbudowanymi transceiverami BLE lub Wi-Fi.


Dostawcy narzędzi projektowych

Zestawienie najważniejszych kryteriów ofert handlowych decydujących o wyborze produktów, warto zauważyć, że na pierwszym miejscu nie wypadła cena, ale możliwości projektowe, jakie ma dane narzędzie. Tak było też w naszych poprzednich edycjach tego raportu, co przekonuje, że nie jest to ani pomyłka, ani błąd statystyczny. Wiele firm z tego zestawienia współpracuje z producentami niezależnymi od wytwórców układów scalonych i dystrybutorów komponentów, a więc od tej części rynku, która jest związana z tanimi dotowanymi narzędziami. W tym obszarze ważniejsze są możliwości, uniwersalność oraz wsparcie ze strony dostawcy, a nie cena.

Zestawy startowe, płytki ewaluacyjne sprzedaje duża część dystrybutorów podzespołów elektronicznych, bo jak już wspomniano, są one często powiązane z ofertą komponentów elektronicznych, a nierzadko dostępność narzędzi warunkuje sprzedaż podzespołów i odwrotnie. Dotyczy to zwłaszcza autoryzowanych dostawców mikrokontrolerów, modułów komunikacyjnych, jak Masters, Soyter, Marthel, JM elektronik, Gamma, Computer Controls i in.

Są też firmy, które produkują samodzielnie narzędzia projektowe, np. Glyn wytwarzający zestawy startowe z mikrokontrolerami Renesasa i wyświetlaczami, Propox, RK-System, produkujący programatory i emulatory oraz Kristech, Kamami.

Narzędzia projektowe są też obowiązkową i cenną pozycją dla firm katalogowych, jak Farnell element14, TME, Conrad Electronic. Liczba płytek projektowych w ich ofertach w ostatnich latach bardzo szybko rosła, co przekonuje, że są one atrakcyjne nie tylko z przyczyn technicznych, ale także biznesowych.

Od wielu lat dystrybutorzy szukają możliwości, aby towarzyszyć projektantom w pracy na każdym etapie i najlepiej jak najwcześniejszym. Chodzi o to, aby proponować swoje rozwiązania i komponenty oraz budować wzajemne pozytywne relacje, dające podbudowę do regularnych dostaw podzespołów.


Dostawcy oprogramowania projektowego

Tabela 3. Plan raportów "Elektronika" na najbliższe miesiące

W zakresie uniwersalnych pakietów oprogramowania EDA do rysowania schematów, projektowania płytek i wraz z narzędziami analitycznymi na rynku liczą się Altium Designer, PADS, OrCAD i Eagle. Za tymi markami kryją się dystrybutorzy, jak Computer Controls, Gamma i CADrex, FlowCAD i Farnell element14.

Niemniej wydaje się, że rynek jest w przededniu zmian, bo niedawno Farnell sprzedał Eagle firmie Autodesk, a nie dalej jak dwa miesiące temu Mentor Graphics został kupiony przez Siemensa. Zapewne przełoży się to na rynek dystrybucji w niedalekiej przyszłości.

Poza dużymi pakietami oprogramowania EDA ważną część rynku tworzą narzędzia dla mikrokontrolerów, a więc kompilatory, symulatory i debuggery, stosy programowe oraz środowiska IDE do tworzenia systemów embedded. Dostawcą takich programów jest firma WG Electronics, sprzedająca oprogramowanie firm Keil, ARM i iSystem oraz produkty do "boundary-scan" firmy JTAG Technologies.

Kolejnymi firmami tego typu na rynku są RK-System, Kamami i JM elektronik. Większość wymienionych firm nie ogranicza oferty do oprogramowania i sprzedaje też narzędzia sprzętowe. Przegląd ofert dostawców narzędzi projektowych dla mikrokontrolerów i oprogramowania inżynierskiego pokazany został w tabeli 1, a w tabeli 2 zamieszczono dane kontaktowe do firm wraz z wyszczególnieniem listy dystrybuowanych marek.

Robert Magdziak

Źródłem wszystkich danych przedstawionych w tabelach oraz na wykresach są wyniki uzyskane w badaniu ankietowym przeprowadzonym wśród dostawców oprogramowania i narzędzi do projektowania elektroniki w Polsce.