Zainteresowanie płytkami startowymi i ogólnie zestawami projektowymi wynika też z tego, że proces prototypowania staje się bardziej złożony. Miniaturyzacja wymusza użycie zaawansowanego procesu, w tym wysokojakościowych płytek drukowanych, montażu i podzespołów. Do tego dochodzi problem z dostępnością chipów. Generalnie nowe układy wytwarzane są w kilku rodzajach obudowy i nie zawsze ta pożądana może być dostępna w ramach 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 obudów.
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, ale z roku na rok coraz więcej jest wersji zaawansowanych. Dzięki temu, że poza układem aplikacyjnym zostawia się w nich także miejsce na dodanie własnej specyficznej części warstwy sprzętowej, taka płytka jest w pewnym sensie już prototypem i pozwala na szybką weryfi- kację koncepcji układowej oraz testowanie oprogramowania. Dzięki zestawom deweloperskim prototypowanie jest tym, czym było dawniej, dlatego w praktyce każda premiera nowego istotnego układu powiązana jest z jakąś płytką.
Dla projektantów elektroniki zestawy projektowe mają dużą wartość, bo ograniczają ryzyko błędu i oszczędzają czas. W ten sposób płytka dostarczona przez producenta aspiruje do roli pierwszego prototypu, takiego, gdzie testuje się koncepcję lub sprawdza algorytmy. Oszczędność czasu bywa jeszcze większa, bo dzięki niej kilka etapów składających się na projektowanie można prowadzić równolegle, przede wszystkim pisać oprogramowanie i szlifować specyficzną dla aplikacji część hardware'u.
Wsparcie techniczne przez płytkę startową oraz społeczność
Obecnie na rynku funkcjonuje bardzo dużo podobnych funkcjonalnie produktów i wiele z nich jest po prostu odpowiednikami. Wybór optymalnego rozwiązania staje się niełatwy i czasochłonny, a przecież codziennym kłopotem współczesnego projektanta jest chroniczny brak czasu. Stale zwiększa się liczba zagadnień technicznych i wymagań, o których trzeba pamiętać oraz uwzględnić. W wyżyłowanych do granic projektach o powodzeniu decydują drobne szczegóły, a często wybiera się nie tyle komponent, co całe środowisko i architekturę, łącznie z oprogramowaniem narzędziowym, zestawami ewaluacyjnymi, a nawet próbkami.
Płytki startowe, zestawy ewaluacyjne, razem ze społecznością inżynierską na forach dyskusyjnych ograniczają zapotrzebowanie na wsparcie techniczne, dlatego producenci i dystrybutorzy wspierają takie działania i bardzo często prowadzą je dla społeczności, a ich specjaliści aktywnie odpowiadają na podające tam pytania. Wiele problemów aplikacyjnych jest wspólnych dla danego zastosowania, stąd jest duża szansa, że temat omówiony na forum okaże się przydatny dla kolejnego użytkownika i nie będzie wymagał kontaktu z inżynierami pomocy technicznej. Gotowa płytka eliminuje ponadto wiele trywialnych błędów projektowych niepowiązanych z tworzoną aplikacją lub też zwykłych pomyłek, które paradoksalnie potrafią być trudne do zauważenia.
Szybkość, pomoc w projektowaniu i ograniczenie ryzyka
W warunkach polskich zjawisko, aby możliwie jak najwięcej robić we własnym zakresie zawsze było wyraźnie zarysowane. Teraz, przy rosnących kosztach pracy, dużej konkurencji oraz presji rynku na szybkość, odchodzi ono w przeszłość. Podejście to zmienia się też z każdym kolejnym pokoleniem inżynierów pojawiającym się na rynku.
Bardzo szeroki asortyment komponentów powoduje, że trudniej poznać szczegóły poszczególnych rozwiązań. Decyzje strategiczne na temat inwestycji w konkretną architekturę, producenta lub rozwiązanie wypracowywane są w ramach długiej analizy, a przekonanie konstruktora wymaga wysiłku, czasu i cierpliwości. Rzeczywisty układ elektroniczny przemawia do inżynierów znacznie bardziej niż prezentacja, dlatego zestawy deweloperskie w ostatnich latach stały się silnym orężem w walce o uwagę i zainteresowanie kadry inżynierskiej. Jest to ważny element marketingu technicznego.
Płytka startowa może być też nośnikiem nowego chipa, znacznie lepszym niż sam układ scalony. Szansa, że przekazana próbka układu scalonego wyląduje w czeluściach szuflady projektanta, jest dzisiaj bardzo duża. Plany zawsze ma się szerokie i często wydaje się, że czasu starczy na wszystko. A potem, gdy tempo wydarzeń się zwiększa, na znaczeniu zyskują rozwiązania łatwiejsze. Z płytką taki niekorzystny scenariusz jest mniej prawdopodobny.
Zestawy łagodzą dolegliwości związane z zaopatrzeniem
O trudnościach z kupnem podzespołów można pisać bez końca, bo nadal na wiele typów elementów elektronicznych trzeba czekać kilkadziesiąt tygodni. Niestety czas alokacji (lepsze chybaby byłoby określenie czas apokalipsy) trwa już od miesięcy, a jej skutki dotykają wszystkich. W wielu przypadkach kupowanie podzespołów elektronicznych zmieniło się w ostatnich miesiącach w zdobywanie, a to oznacza wiele dodatkowych problemów, nie tylko związanych z opóźnieniami. W takiej sytuacji zestaw startowy jest w stanie je złagodzić, gdyż jest dostępny jako komplet i z definicji nie jest kupowany przez działy zakupowe do produkcji. Innymi słowy, nie ma problemu z tym, że ktoś wykupi wszystkie dostępne i dzięki temu przynajmniej prace konstrukcyjne mogą być realizowane normalnie.
Braki oznaczają coraz wyższe koszty komponentów. Ceny poszukiwanych, zaawansowanych elementów elektronicznych zostały wywindowane przez spekulację, zdublowane zamówienia oraz przez masowe przestawianie się z modelu just-in-time na just-in-case najlepiej z zapasami na pół roku. W takiej sytuacji umiarkowane ceny płytek rozwojowych też są pomocą. Koszty zestawów są z reguły mniejsze niż wartość wchodzących w ich skład elementów liczonych po cenach detalicznych – widać to najbardziej w wersjach z drogimi chipami (np. FPGA).
Oprogramowanie narzędziowe – większe zainteresowanie możliwościami, a mniejsze ceną
Nieodłączną częścią platform sprzętowych jest oprogramowanie, które dzisiaj stanowi nierozerwalną część wszystkich systemów komputerowych determinującą funkcjonalność. Tworzenie kodu firmware wymaga posiadania kompilatora języka C/C++ plus szeregu programów narzędziowych pozwalających na symulację i debugowanie programów, wgrywanie i analizowanie kodu. Bardziej złożone rozwiązania wymagają obecności systemu operacyjnego, systemu czasu rzeczywistego lub stosu do realizacji komunikacji. Coraz częściej projektanci wykorzystują zintegrowane środowiska projektowe zawierające komplet potrzebnych programów połączonych ze sobą w jeden zunifikowany system (IDE – Integrated Design Enviroment). Przeznaczone są one zwykle do obsługi całej rodziny procesorów o wspólnej architekturze i dostępne u producentów chipów (Microchip MPLAB itd.) oraz w firmach niezależnych, np. Keil. Z uwagi na ogromną popularność procesorów z rdzeniem ARM coraz większe znaczenie na rynku mają właśnie środowiska IDE dla tych chipów. 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.
Ogólnie, rynek oprogramowania projektowego postrzegany jest jako bardzo rozwojowy z uwagi na rosnące zainteresowanie klientów, stały wzrost skomplikowania, miniaturyzację i wiele innych ogólnych trendów w elektronice. Mimo że mamy coraz więcej dostępnych darmowych narzędzi, bibliotek, rynek uznaje się za nienasycony, a stopień konkurencji nie jest duży. Zmiany idą w takim kierunku, aby najważniejszym problemem do rozwiązania był pomysł na aplikację, a nie budowa układu elektronicznego lub pisanie kodu.
Aplikacje low-code
Wiele aplikacji mobilnych nastawionych jest z definicji na współpracę ze smartfonem. Z użyciem Bluetooth lub Wi-fiumożliwiają one programowanie, wizualizację stanu, sterowanie i podobne udogodnienia w powiązaniu z odpowiednią aplikacją. Jej przygotowanie obecnie jest też coraz łatwiejsze i dostępne dla mniej zaawansowanych użytkowników dzięki narzędziom ograniczającym szczegółowość programowania (low-code) lub nawet eliminujących taką potrzebę (no-code). W tym drugim przypadku tworzy się ją za pomocą wyspecjalizowanego kreatora, komponując z bloków funkcjonalnych. Z punktu widzenia platform IoT dostępność takich narzędzi online jest cenna, bo jeszcze bardziej ułatwia i przyspiesza realizację projektów.
Rola platform open source takich jak Arduino i Raspberry Pi
Arduino jak i Raspberry Pi coraz bardziej nadają się do zastosowań półprofesjonalnych. Nowe płytki z 32-bitowymi układami mają naprawdę niezłe możliwości i spore zasoby, aby z nich nie korzystać. Coraz więcej producentów mikrokontrolerów wspiera mniej lub bardziej rozwój Arduino. Nawet jeśli nie po to, aby zapewnić sobie większą sprzedaż chipów, to może dlatego, aby promować je w środowisku inżynierskim i tym samym mieć w nich element marketingowy. Zestawy te bezsprzecznie edukują rynek, pokazują, że można szybko osiągnąć cel na bazie dorobku społeczności.
Chińczycy są mocni w popularnych płytkach
Popularne rozwiązania sprzętowe do projektowania i platformy open source, w tym programatory, interfejsy, moduły komunikacyjne Arduino, ESP, zestawy startowe dla popularnych mikrokontrolerów i dziesiątki innych układów tego typu są wytwarzane przez firmy chińskie i sprzedawane przez tamtejsze sklepy.
W zakresie rozwiązań otwartych ich ceny są konkurencyjne, bo tamtejsze firmy dość swobodnie podchodzą do praw autorskich i sporo płytek jest po prostu podróbkami. Oznacza to, że dystrybucja narzędzi projektowych jest od strony biznesowej trudna z uwagi na konkurencję ze strony prywatnych importerów, którzy sprzedaż realizują najczęściej przez portale aukcyjne i sklepy internetowe.
Równowagę rynku zapewnia jedynie to, że rozwój rynku w zakresie płytek rozwojowych jest na tyle dynamiczny, że starsze rozwiązania szybko wypadają na margines. 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.
Komunikacja bezprzewodowa i IoT
Ważną częścią narzędzi i zestawów projektowych są te powiązane z komunikacją bezprzewodową. Zapewnienie bezobsługowości obsługi, możliwości aktualizacji oprogramowania drogą radiową, monitorowania stanu, diagnozowania działania, wysyłania danych do chmury, jest główną funkcjonalnością wielu innowacji i sensem bytu IoT.
Nietrudno dostrzec, że w obszarze IoT mamy do dyspozycji coraz bardziej uniwersalne, zaawansowane platformy sprzętowe, które wymagają jedynie konfiguracji, niewielkiej integracji (obudowa, zasilanie, podłączenie czujnika) i tym samym wysiłek projektanta kieruje się w stronę aplikacyjną, integracyjną oraz związaną z analityką danych.
Wraz z postępującym znaczeniem aplikacji IoT, technologii mobilnych, na rynku jest coraz więcej rozwiązań, które nadają się do realizacji aplikacji z tego obszaru praktycznie bez konieczności dodawania czegokolwiek z zewnątrz. Nierzadko platforma dostępna w postaci płytki ma na tyle uniwersalne właściwości, że wymaga jedynie wgrania oprogramowania.
Mikrokontrolery są kluczowym komponentem zestawów
Ogromna część rynku narzędzi projektowych jest nierozerwalnie związana z mikrokontrolerami, gdyż 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. Szybki rozwój rynku mikrokontrolerów sprzyja zatem w największym stopniu popularyzacji rozwiązań i technologii z nimi związanych i jest silnym impulsem rozwojowym dla rynku narzędzi.
Oprogramowanie projektowe
Im bardziej złożona elektronika, tym większe wymagania i potrzeba posiadania zaawansowanego oprogramowania projektowego EDA/CAD. Z każdym kolejnym rokiem i nową wersją funkcjonalność się zwiększa i obejmuje coraz więcej zagadnień i etapów. Tendencje są takie, aby projektowanie nie kończyło się w momencie przygotowania schematu i zaprojektowania płytki, ale objęło też wirtualne przygotowanie prototypu i poddanie go symulacji. Podstawą do tych zmian jest rozbudowa części wizualizacyjnej i symulacyjnej pakietów Plan raportów "Elektronika" Miesiąc Temat raportu Kwiecień 2022 Urządzenia do produkcji elektroniki Maj 2022 Zabezpieczenia i ochrona ESD/EMI Czerwiec 2022 Projektowanie elektroniki Różnice pomiędzy poszukiwanymi funkcjami w oprogramowaniu projektowym nie są wielkie i w zasadzie można powiedzieć, że wszystko jest istotne, a więc łatwość korzystania, duże możliwości projektowe, dostępność narzędzia jako zintegrowane środowisko "wszystko w jednym pakiecie", popularne i uniwersalne. Ważne i poszukiwane funkcjonalności w oprogramowaniu projektowym oprogramowania EDA oraz szybki rozwój osobnych, specjalizowanych pakietów i modułów oprogramowania przeznaczonych do symulacji: elektromagnetycznych, termicznych, integralności sygnałowej i innych. Środowisko projektowe zapewnia obecnie wizualizację płytki w trzech wymiarach, projektowanie mechaniczne obudowy i rozwiązań połączeniowych z możliwością złożenia całości ze sobą (płytki, obudowy, wiązki).
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. Wiele firm znanych z rynku EDA/CAM kupuje mniejszych graczy po to, aby włączać do swoich pakietów ich oprogramowanie jako moduły funkcjonalne, które dokupuje się za pomocą licencji lub abonamentu. Rozwój symulatorów i zaawansowanych pakietów przyspieszył wraz z popularyzacją przetwarzania danych w chmurze (cloud computing), gdyż umożliwi to uzyskanie dużej mocy obliczeniowej niezbędnej do szybkich obliczeń złożonych matematycznie zagadnień.
Rozwój oprogramowania symulacyjnego przyspieszył w ostatnich latach, bo okazało się, że symulacje pozwalają przygotować projekt szybciej i taniej niż tradycyjnie było to realizowane przez szereg kolejnych iteracji z doskonaleniem prototypów. Najbardziej znaczący postęp dotyczy zapewne kompatybilności elektromagnetycznej i symulacji cieplnych (rozkładu temperatury, chłodzenia na poziomie systemu). W tych dziedzinach symulacja przynosi bardzo spektakularne efekty. Rozwijają się też zagadnienia łączenia symulacji z rzeczywistymi pomiarami i modelowanie fragmentu sprzętowego jeszcze niedostępnego (m.in. HIL).
Przegląd ofert w tabeli
Przegląd ofert dostawców zestawów ewaluacyjnych i oprogramowania do projektowania elektroniki pokazany został w tabeli 1, a w tabeli 2 zamieszczono dane kontaktowe do firm.
Źródłem wszystkich danych przedstawionych w tabelach oraz na wykresach są wyniki uzyskane w badaniu ankietowym przeprowadzonym wśród krajowych dostawców zestawów ewaluacyjnych i oprogramowania do projektowania elektroniki.
