wersja mobilna
Online: 928 Piątek, 2017.11.24

Raporty

Narzędzia i zestawy startowe dla mikrokontrolerów, oprogramowanie EDA - Strona 2

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
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.