Narzędzia i zestawy startowe dla mikrokontrolerów, oprogramowanie EDA

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.