Programatory, zestawy ewaluacyjne, starter kity - raport techniczno-rynkowy

W efekcie, dla inżynierów elektroników zestawy projektowe i związane z nimi programy tworzą najważniejsze narzędzia pracy, z którymi projektanci spędzają dużo czasu.

Są to jednocześnie takie produkty, w których sporo się dzieje na rynku, które są zawsze potrzebne i budzą zainteresowanie specjalistów. Warto wiedzieć, co w tym zakresie oferują dostawcy i jakie zjawiska rządzą tym obszarem rynku po to, aby jak najlepiej trzymać rękę na pulsie.

Co sprzyja rozwojowi rynku?

Rys. 1. Zestawienie spadków i wzrostów obrotów dla dostawców narzędzi projektowych w latach 2009-2011

Ogromna część rynku narzędzi projektowych jest nierozerwalnie związana z mikrokontrolerami. Coraz trudniej znaleźć dzisiaj urządzenie elektroniczne bez tej jednostki, o wiele częściej też zasadnicza funkcjonalność nowoczesnego sprzętu elektronicznego wynika z obecności złożonego i rozbudowanego oprogramowania i wydajnego mikrokontrolera.

Nierzadko też część sprzętowa urządzenia jest ograniczona do absolutnego minimum. Taki trend kształtuje rynek elektroniki od wielu lat i ma on głównie podłoże ekonomiczne, gdyż ceny mikrokontrolerów stale maleją, wiele wydajnych jednostek kosztuje poniżej jednego dolara, a koszt oprogramowania rozkłada się w niewielkich częściach na poszczególne wyprodukowane egzemplarze.

Mikrokontrolery w urządzeniach elektronicznych pełnią coraz ważniejszą rolę także dlatego, że poza samą jednostką ALU ich zasoby sprzętowe nierzadko są imponujące. To co dawniej wymagało użycia minimum kilku układów scalonych, dzisiaj dostaje się w standardowym wyposażeniu.

Ważne jest to, że oparcie funkcjonalności urządzenia na elementach programowalnych daje konstruktorom największą elastyczność i bezpieczeństwo pracy. Projekty elektroniki są coraz bardziej złożone, czas, jaki można poświęcić na ich realizację, stale się skraca, dlatego rozwiązania, które dają możliwość wygodnego poprawiania nieuchronnych błędów, są w naturalny sposób preferowane.

Im więcej oprogramowania, więcej funkcji realizowanych w czasie rzeczywistym, im większa szybkość działania i liczne operacje na znacznych ilościach danych, tym znaczenie posiadania przez zespół dobrych i wydajnych narzędzi projektowych staje się coraz ważniejszym czynnikiem w pracy projektowej.

Silny rozwój rynku mikrokontrolerów sprzyja zatem w największym stopniu popularyzacji rozwiązań i technologii z nimi związanych i jest silnym impulsem rozwojowym dla rynku narzędzi.

Narzędzia producentów chipów

Rys. 2. Ocena pierwszych sześciu miesięcy biznesu w zakresie narzędzi projektowych dla 2012 roku

Z pewnością wiele prostych projektów daje się zrealizować za pomocą bezpłatnych środowisk programistycznych i interfejsów umożliwiających programowanie układu i debugowanie kodu. Wielu producentów mikrokontrolerów udostępnia środowiska projektowe typu IDE konstruktorom za darmo, wychodząc z założenia, że nic lepiej nie napędzi sprzedaży chipów, jak tanie lub nawet bezpłatne narzędzia projektowe.

Niekiedy możliwości takich pakietów są na tyle duże, że wielu firmom okazują się one całkowicie wystarczające, co przekonuje, że jest to działanie, które ma spory wpływ na rynek. Zakres wsparcia płynącego ze strony producentów mikrokontrolerów nie w przypadku każdego producenta jest taki sam ani też nie ma reguł, co oddaje się za darmo, a za co trzeba już płacić.

Niemniej trudno nie zauważyć, że zwykle popularne mikrokontrolery, np. Atmel, Microchip, są właśnie w ten sposób silnie wspierane. Poza oprogramowaniem, które jest tutaj najważniejsze, producenci pomagają konstruktorom, dostarczając im płytki demonstracyjne i zestawy startowe.

Zawierają one zwykle główny, promowany przez producenta podzespół, na przykład mikrokontroler oraz interfejs komunikacyjny, proste obwody peryferyjne, czujniki, wyświetlacz i podobne bloki. Zestawy startowe dają możliwość szybkiego zapoznania się z możliwościami budowy pierwszego prototypu własnej aplikacji.

Podobnie jak w przypadku oprogramowania producenci oferują je za niewielką odpłatnością lub często za darmo. Zestawy startowe są elementem treningowym seminariów, są rozdawane przez dystrybutorów jako element udzielanego przez nich wsparcia technicznego. Stąd ich rola w omawianym segmencie rynku jest spora.

Zainteresowanie płytkami ewaluacyjnymi to też pochodna miniaturyzacji w elektronice. Wiele nowych układów scalonych wchodzących na rynek produkowanych jest w miniaturowych obudowach bezwyprowadzeniowych typu BGA i μBGA. Ich wykorzystanie w układach prototypowych napotyka coraz większe kłopoty związane z montażem.

Ręcznie nie da się już ich poprawnie ułożyć na płytce, montaż jednej sztuki za pomocą maszyn czyni całe przedsięwzięcie bardzo kosztownym. Stąd płytki ewaluacyjne przygotowywane przez producenta mają dzisiaj nierzadko większe znaczenie niż bezpłatne próbki.

Trudno ocenić, jakie znaczenie na rynku narzędzi mają producenci chipów w stosunku do pozostałych producentów niezależnych, niemniej wydaje się, że ilościowo zdecydowaną przewagę mają ci pierwsi. Producenci układów programowalnych pokrywają też zdecydowaną większość rynku w zakresie prostych i mało skomplikowanych aplikacji, gdyż zwykle ich bezpłatne oprogramowanie plus płytki demo mają wystarczające możliwości.

Pozytywnym aspektem działalności producentów jest też spadek cen narzędzi projektowych, sprzyjający nie tylko rozwojowi rynku, ale także popularyzacji rozwiązań i technologii.

Tabela 1. Przegląd ofert krajowych dostawców urządzeń deweloperskich - programatorów, zestawów ewaluacyjnych, starter kitów

Otrzymana za darmo płytka startowa nierzadko jest przyczyną zainteresowania daną architekturą studentów i pracowników biur projektowych, którzy później mogą podjąć decyzję o większym zaangażowaniu właśnie w tym znanym już kierunku. Wiadomo, że grono projektantów jest inercyjne i zmiany w wykorzystywanych architekturach układów programowalnych nie są częste.

Wiedza plus posiadane już narzędzia tworzą bariery, które można przełamać m.in. w taki sposób. Dlatego działalność producentów polegająca na oferowaniu tanich lub darmowych narzędzi i oprogramowania pozytywnie przyczynia się do tego, że rynek staje się coraz bardziej różnorodny.

Trzeba też zauważyć, że rynek narzędzi deweloperskich produkowanych przez producentów chipów i dostarczanych przez dystrybutorów jest silnie powiązany z promocją nowych komponentów, które bez tego nie przebiłyby się szybko.

Najczęstsze problemy

Rys. 3. Dla 67% firm sprzedaż narzędzi deweloperskich to niewielki dodatek do biznesu przynoszący co najwyżej 10% obrotów

Największym problemem rynku narzędzi, zdaniem ankietowanych specjalistów, są wysokie ceny produktów profesjonalnych, takich o dużych możliwościach analizy programu, śledzenia kodu w czasie rzeczywistym i jego debugowania w działającym urządzeniu. Profesjonalne narzędzia i oprogramowanie kosztują sporo, ale zwykle ta cena jest uzasadniona.

Za nią kryje się krótszy czas pracy nad projektem, wysoka pewność działania oprogramowania embedded, uniwersalność i możliwość wykorzystywania jednego narzędzia dla różnych architektur w wielu projektach, wsparcie techniczne itd. Zalety te najbardziej widoczne są przy realizacji dużych projektów i tych, które następnie produkowane będą w dużej skali.

Wówczas wydatek kilku tysięcy złotych na narzędzia i kolejnych kilku na oprogramowanie nie jest problemem, bo daje się łatwo rozbić na wiele produktów. Niestety w warunkach polskich takich dużych projektów nie realizuje się wiele.

Krajowym firmom brakuje z reguły pieniędzy na rozwój nowych produktów, budżety są bardzo skromne, co powoduje, że dostawcy narzędzi projektowych nie mają łatwego zadania. Jak pisali w ankietach specjaliści, ceny narzędzi projektowych dla wielu firm są barierą nie do przejścia.

Nierzadko też brakuje zrozumienia na poziomie zarządu dla znaczenia profesjonalnych narzędzi w firmie. Przekonanie menedżerów o celowości inwestycji nie zawsze bywa łatwym zadaniem, tym bardziej że mnogość typów procesorów na rynku, silna specjalizacja poszczególnych układów, wiele wersji i opcji sprzętowych, różniących się nierzadko drobnymi szczegółami, nie zawsze pozwala na czytelne i jednoznaczne wskazanie lidera lub produktu dobrego w każdym względzie.

W takim przypadku decyzje na temat tego, co wybrać, nierzadko toną w dyskusjach na tematy techniczne. Profesjonalne narzędzia projektowe wymagają też od kadry inżynieryjnej głębokiej wiedzy technicznej, pozwalającej na wykorzystanie ich możliwości.

Z tym też nie zawsze jest najlepiej, co powoduje, że firmy nie decydują się łatwo na najbardziej złożone urządzenia. W efekcie profesjonalne programatory, emulatory, symulatory i podobne trafiają głównie do firm zagranicznych, których oddziałów w Polsce w ostatniej dekadzie pojawiło się całkiem sporo.

Trendy i zjawiska

Rys. 4. Obroty dostawców z narzędzi projektowych - dla 61% firm z tego zestawienia nie wykraczają ponad 100 tys. zł rocznie

Rynek narzędzi projektowych postrzegany jest jako bardzo rozwojowy z uwagi na rosnące zainteresowanie klientów, stały wzrost znaczenia układów programowalnych i wiele ogólnych trendów w elektronice, na których czele można umieścić rozwój mikrokontrolerów z rdzeniem Cortex, technologie ethernetowe i komunikacyjne, produkty wspierające Linuksa i Androida.

Mimo że mamy coraz więcej dostępnych darmowych narzędzi, bibliotek, rynek uznaje się za nienasycony, a stopień konkurencji za nieduży. Jest to trochę inna sytuacja niż w innych branżach elektroniki i wynika w pewnej mierze z tego, że jest to rynek otwarty i szybko zmieniający się.

Każda firma, która ma pomysł, może zająć się wytwarzaniem narzędzi projektowych, bo zawsze można znaleźć niszę na coś, co okaże się potrzebne i przydatne. Często narzędzia tworzone są przez producentów elektroniki na potrzeby własnej produkcji, które służą im jako sprzęt wykorzystywany przy projektowaniu i serwisie.

Takie własne opracowania nierzadko z czasem wypuszczane są na rynek jako oddzielne komercyjne produkty. Działania takie widać m.in. w firmach obecnych w niniejszym zestawieniu, które zajmują się produkcją i jednocześnie mają w ofercie własne opracowania narzędzi projektowych.

Poza narzędziami do mikrokontrolerów i programatorami pamięci Flash, które stanowią naturalną bazę tego sektora rynku, warto podkreślić znaczenie zestawów uruchomieniowych dla potrzeb M2M i radiokomunikacji. Takie nowe obszary również przyczyniają się do wzrostu potencjału omawianego sektora, tworząc nowe otwarcia.

Wiele modułów komunikacyjnych to złożone konstrukcje zawierające procesor aplikacyjny, pamięć i układy peryferyjne, dające możliwość programowania. Do ich obsługi potrzebne są narzędzia podobne jak dla mikrokontrolerów.

Rola oprogramowania

Rys. 5. Zdaniem dwóch trzecich ankietowanych specjalistów konkurencja na rynku jest zauważalna, a co trzecia osoba uznała ją za silną

Nieodłączną częścią platform sprzętowych jest oprogramowanie, które dzisiaj stanowi nierozerwalną część wszystkich systemów embedded, determinującą funkcjonalność. Tworzenie kodu firmware wymaga posiadania kompilatora języka C/C++ i szeregu programów narzędziowych pozwalających na symulację i debugowanie programów, wgrywanie i testowanie kodu przez ISP.

Bardziej złożone systemy wymagają obecności systemu operacyjnego, systemu czasu rzeczywistego lub stosu TCP/IP do realizacji komunikacji. Niemniej coraz częściej projektanci wykorzystują zintegrowane środowiska projektowe zawierające komplet potrzebnych programów połączonych ze sobą w jeden zunifikowany system (IDE - Integrated Design Enviroment).

Takie środowiska przeznaczone są zwykle do obsługi całej rodziny procesorów o wspólnej architekturze i dostępne u producentów chipów (Atmel Studio, Microchip MPLAB itd.) oraz w firmach niezależnych, np. Keil uVision, Atollic TrueStudio.

Z uwagi na ogromną popularność procesorów z rdzeniem ARM coraz większe znaczenie na rynku mają właśnie środowiska IDE dla Corteksów, które obsługują wszystkie procesory i technologie dostępne w ramach rodziny ARM, wspomagają projektowanie aplikacji dla Linuksa i Androida itp.

Stąd też konkurencja w zakresie oprogramowania narzędziowego wydaje się największa właśnie w zakresie IDE dla ARM, bo jest to produkt uniwersalny i wykraczający poza jedną firmę i producenta. Podobnie jak w przypadku własnościowych architektur mikrokontrolerów dla ARM, na rynku prawie każdy producent ma coś własnego (zazwyczaj IDE + GCC), są także dostępne bezpłatne narzędzia producentów m.in. takich jak Keil, Atollic, CrossWorks itp.

Płatne pakiety zdaniem specjalistów wybierają 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. Firmy decydują się na płatne oprogramowanie także wówczas, gdy chcą korzystać z wsparcia technicznego.