数字家庭的<软硬整合平台>实践模式与范例

高焕堂| 流媒体网| 2013-03-04

【流媒体网】内容：从中层设计到实践(层)设计；<软硬整合平台>的特性；实践为<软硬整合平台>：从EIT造形到代码开发； <软硬整合平台>的实践范例；数字家庭的<软硬整合平台>的实践范例

1. 从中层设计到实践(层)设计

1.1 中层设计的神奇：“诗同形”

智慧城市涵盖不同的业务区块(Business Area)，例如数字家庭、医疗服务、公共交通、食品安全等。各业务区块各有其独特性的顶层设计(Top-Level Architecture Design)来呈现其优势及特色。就像我们常常看到不同的建筑物各有不同的整体设计(即顶层设计)，例如学校、四合院、教堂、医院、仓库等都各有其顶层设计(即整体设计)。然而，在这百花齐放的整体设计之下，我们常常发现它们的<中间层级组件>，如门窗、砖块、梁柱等的造形(Form)却常常一致的，处处通用的。再如一遍相思树林，每一棵相思树的末梢枝叶都是不一样的，然而树干部分的形状都很相似。

再想想，唐诗的七言绝句，每一首诗的造形都一样是： 4句各7个字，且有一致性韵律。每一首诗的造形都相同，却能蕴藏(包容)百花齐放的内容和意境；而且不会局限人们的创意。这就是“诗同形”的神奇魅力。

由于智慧城市涵盖不同的业务区块，而且各业务区块都可能并行推进其各自的顶层设计。因此，笔者在：“数字家庭与智慧城市的<顶层设计>方法与范例”文章里，建议各业务区块(如数字家庭、医疗服务等)都采用一致的EA模式来建立各自顶层设计的蓝图(文件)。这就类似于秦朝的“书同文”。于是，
 顶层设计的蓝图(文件)上，依循“书同文”。
 中层设计的软件架构上，依循“诗同形”。
 通信传输的标准化上，依循“车同轨”。

秦代的书同文，让人人能互相沟通。唐代的诗同形，让人人发挥无限创意。一旦加上智能化及信息传输标准化的车同轨，就形成智慧城市的坚实基础了。

1.2 实践设计之例：软硬整合平台
许多人认为智能城市除了硬件设施之外，最关心的是内容。其实不然，今天产业最关键的是软件。内容来自提供者，软件则在终端里跑；内容就相当于水库，电信营运商相当于水管，终端相当于厨房；换句话说，终端是百花齐放的餐馆，而不是单纯的客厅(只有餐桌)而已。过去，我们对云的认知就是：在云里把节目做好，例如央视的节目；也如同必胜客把Pizza送到你家，所以你的家里只要有客厅和餐桌就行了。

事实并非如此，今天产业要有够多的应用软件，一万支太少，一百万支也不嫌多。软件就像食谱，终端硬件就像厨房，做出香喷喷的菜肴来。因之，今天我们认知的焦点不在内容，而在于如何分辨内容和软件。透过软件来创造内容的多样化，透过软件来呈现硬件的差异化。这也是整个产业发展的主流。

于是，仔细分辨软件和内容是关键。例如，电视上屏幕上的图标是软件而不是内容，可是许多人都分辨不开。一旦我们把软件和内容分开，也就是从API切开，要求各内容提供商提供软件的API，让全球的API开发者都能来帮忙开发各式各样的App软件；此外，还可以要求内容厂商拿出钱来鼓励第三方App开发者。这就是今天流行应用商店(Application Store)的商业模式。

那么，什么是开放API呢？过去，大家都认为应用(App)只与应用领域有关，而与平台是无关的。其实不然，这一直误导致了我们对开放API的认知。新潮的做法是把一个应用切成两块：

 一块是软件平台(Platform)，也就是“EIT软件造形”的<E>部分。
 一块是插件(Plug-in)，也就是“EIT软件造形”的<T>部分。
 至于，这两块之间的接口(Interface)，就是“EIT软件造形”的<I>部分。

如此，可以从上层软件平台<E>，透过<I>通到底层的硬件驱动软件<T>，进行深度的软硬整合；就成为实践层的<软硬整合平台>了。

2. <软硬整合平台>的特性

2.1 支持独特性、普遍性和可靠性

为了实践各业务区块顶层设计的独特性，实践层必须仰赖深度软硬整合来达成；因为只透过单独软件或内容的特殊化，已经不足以支撑移动互联网时代的个性化需求了。尤其在开源开放的平台上(如Android)，其产品多样性、市场普及和高度竞争；无论您是软硬件厂商、内容媒体业者、或是电信运营商等，都会积极将软硬件特性整合到自己的产品和(增值)业务上，藉由软硬整合手段来表达其创意和独特性。

同时，移动终端系统平台版本的不一致性(俗称碎片化)、软硬件产品的百花齐放；在产品运行环境上，您也会让自己的产品或业务能完美跨(软硬件)平台，获得<普遍性>，是降低成本和迅速扩大市场的不二法门。因之，无论您是产品(或业务)的企划者、开发者或经营者，都会积极关注于软硬整合和跨平台相关议题上，力求在市场竞争上的独特性和普遍性。

图-1 软硬整合产品的主要特性

俗语说：欲速则不达。在力求上述的独特性和普遍性时，其生产过程往往是环环相扣的，如果关键环节不可靠，将会功亏一篑。于是，就需要精致的测试环境来检验产品的结构、效能和安全等，力求其可靠性。一旦，您的产品兼具了独特性、普遍性和可靠性，并取得用户感情的回馈，就能日益提升用户体验了。

[NextPage] 2.2 掌握基因，一劳永逸(一鱼三吃)

也许您会觉得要兼顾独特性、普遍性和可靠性是一件难度很高的事情。其实它们都是一个有机体的诸多面貌而已，只要切入其核心、关注其基因(gene)；并且领悟它、淬练它，就能顺利兼而得之、一劳永逸了。

由于组合出产品的多样性，是当今智能移动终端时代的最大特征。无论您所做的是软硬整合、跨平台或测试，其实都围绕着SoS(System of System)的组合创新思想。所谓SoS思维就如同设计飞机，如何将一群不会飞的配件(part)加以巧妙的组合，让其整体(whole)能飞上天空。于是，大家都能体会到，一架飞机就是一群 {whole, interface, part} 基本结构单位的巧妙重复组合而已。于此，笔者将这个基本单位称为EIT造形(form)，或称EIT模式(pattern)。

您也可以从自然界来体会EIT造形；自然界的DNA螺旋结构，就是由相同造形的单位所组合而成，如图2所示。

图-2 DNA小单位的螺旋式组合

于是，只要您明白一个DNA结构的组合方式，就可以掌握整体的诸多面貌了。同样地，当您掌握了其基因，包括EIT造形及其组合韵律，便能完全掌握软硬整合、跨平台和测试三个外貌了。如图3所示。

图-3 掌握EIT造形就掌握基因

一旦您掌握了上图-2的有机(生命)体，就能继续茁壮成长，如下图-4所示。

图-4 有机次序的茁壮成长

<软硬整合>与<跨平台>就如同天平两端的砝码。透过调整砝码，您就能有效规划出最有利于自己产品的商业策略。例如，终端产品厂商会偏重于软硬整合设计；而内容媒体或电信厂商则会偏重于跨硬件和系统软件平台考虑等。同时，透过需求检测(软硬整合)设计和用户感情回馈，能有效追求深度用户体验。而设计与体验仰赖跨产业的紧密合作，美好的合作则仰赖各方平台或产品的高质量(无隙缝)结合。于是，我们就能有效地衔接和支撑各业务区块顶层设计的独特性了，如下图-5所示。

图-5 有效支撑各区块OPN层级的业务活动

所以，中层设计的EIT造形扮演极为关键的角色：让实践层能轻易组合出独特性，支撑各区块的独特性业务活动。

[NextPage] 3. 实践为<软硬整合平台>-- 从EIT造形到代码开发

3.1 复习EIT造形

刚才提到飞机的比喻，说明了一架飞机就是一群 {whole, interface, part} 基本结构单位的重复组合。为了更贴近大家的日常生活，笔者(高焕堂)则拿汽车来做比喻，将上述的基本单位对映到汽车的 { 引擎(Engine), 轮盘(Interface)，轮胎(Tire) }，所以特别称之为EIT造形。如下图-6所示。

    图-6 EIT名称的来源

其中，
 引擎(E)：代表组合的整体(whole)平台，或简称平台。
 接口(I)：代表整体和插件(或称配件)的对接结构。
 轮胎(T)：代表插件，也就是整体的配件。

大家都知道，优秀产品的生命力来自：1)包容(和抽换)各种软硬件；2)优越的整合结构；3)正确的逻辑控制。于是，您可以发现，创造优秀产品的最有效方法是，将三个您很熟悉、很平凡的视角(view)：插件、接口和平台；巧妙地组合起来，进而创造出神奇的综效。

图-7 EIT造形：来自平凡的神奇

这EIT造形恰好弥补传统移动互联网产品架构设计视角的偏颇与不足。其中，
 <T>代表包容改变；改变就是易(change)，包容改变就是“容易”之意。
 <I>代表结构制约；确保<T>与<E>能顺利配对和衔接。
 <E>代表组合创新；确保整体具有正确的行为逻辑(例如：飞机能飞上天)。

于是，让您基于兼顾三个视角，有效审视系统架构；并强力支撑数字家庭和智能城市实践层的的软硬整合设计、跨平台和自动化测试。

3.2 从EIT造形到代码之路

俗语说：一粒沙一世界。在开发上，一个EIT造形就是一个软件原子(atom)，例如一个<E>可以小到一个类别(class)，也可以大到整个应用框架(framework)。不论大小，皆能直接落实到软件代码(Software Code)，如下图-8：

图-8 EIT造形让中层设计决策，都能落实为代码

这EIT造形可落实到软件代码，确保了实践设计的电脑可执行性。因而，确保了中层设计的可实现性(可达成战术目的)，也更往上确保了顶层设计的有效性(可达成战略目标)。

[NextPage] 4. <软硬整合平台>的实践范例

4.1 软硬整合的新思维

在软件开发者心中，硬件是一个重要元素，软件会大力发挥硬件的独特性、创新性。同时，软件、硬件成为内容创意者心中的两个重要元素。硬件创新对于整体增值有很大贡献。

图-9 产业新思维

于是，内容有了软、硬件设计新元素，因而产生质变(如阿凡达3D电影)，成为电信/网络业务的销售亮点。这种新模式，创造了两项优势：

1. 内容尽力发挥硬件的创新差异化、独特性，成为软硬整合产品的销售亮点。

2. 由于软件、硬件成为内容的设计元素，让设计产生质变，成为内容的销售亮点。

这促进了(IT)制造业与服务业的互相扶持，共同成长了。因之，此项软硬整合新思维，能有效支撑各业务区块的顶层设计，有关于硬件、软件、内容、服务等，依据各自区块的优势而开创独特的商业模式，和获利策略。

4.2 软硬整合开发、硬硬结合创新

依循上图-9的新思维，针对图里的硬件元素，在加以细分为：1)大硬件；2)能与大硬件可相配的小硬件(又称小配件)；如下图-10所示。

图-10 硬硬组合(产品)创新

例如，Apple公司在其体验店里销售的主硬件，种类并不多，但其配件总类多达600种以上。此外，人人都能设计、生产配件来与iPhone等主硬件搭配销售，或独立销售。再如，台湾HTC手机的年产量也达千万等级。基于HTC手机的标准接口，就能接上特殊通信Dongle小配件，透过Zigbee来遥控甲虫玩具等(如下图-11)。大、小硬件之间可搭配销售，或独立销售给最终客户。

图-11 硬硬结合创新的举例(一)

再如，海峡两岸彩电厂的TV/STB产品的年产量也都是千万等级；这些都是非常好的主硬件代表作品，可搭配无数硬件小配件，捆绑销售。例如，机顶盒(STB)可搭配家庭里的无数智能型设备(如壁灯)，如下图-12所示。

图-12 硬硬结合创新的举例(二)

藉由硬硬结合的产品创新策略，手机、机顶盒等销售量可带动小配件(如家庭医疗的血糖仪、幼儿学习跳舞毯等)销售量的大幅提升、制造成本大幅下降，产生巨大利润。这种大、小硬件组合创新并搭配销售，就是说明了优越的实践层设计(如软硬整合平台)，能有效支撑顶层设计的各项业务创新。

4.3 <软硬整合开发>范例

由于硬件、软件、内容服务(运营)各产业都必须不断创新，藉由独特性、差异化来取的市场的竞争优势。所以，软硬整合工程师必须运用精致的框架(Framework)、接口(Interface)、插件(Plug-in)技术来包容硬件(含驱动软件)的改版和差异化，并且在硬件产业的不断创新之下，仍维持整体产品的完整性和稳定性。如下图-13所示。

图-13 以<软硬整合开发>支撑<硬硬结合创新>

在整合软件部分，主要包括两项：

平台(Platform)开发：其在主硬件的既有平台(例如瑞轩TV/STB里的Android平台)之上，扩展出一个软件整合平台，然后在此平台的幕后，撰写软件插件来与TV/STB主硬件的驱动软件(Driver)相互衔接，也赚写各式各样的插件来与小硬件驱动相衔接；然后提供简单易用的API，来支撑App开发者。

应用(App)开发：基于上述平台软件的API，而来开发形形色色的App应用软件，来提供简洁美观的使用接口。

[NextPage] 5.数字家庭的<软硬整合平台>的实践范例

5.1 以数字家庭的健康检测为例

在笔者的另一篇文章：“数字家庭与智慧城市的<顶层设计>方法与范例”里，曾经举例说明了攸关数字家庭的业务单元(OPN)和系统单元(SYN)。如下图所示：

图-14 攸关于数字家庭的OPN和SYN

此外，也举了数个SYN层的合作情境，如下：

图-15 SYN层的合作情境

    兹说明其合作情境，如下：

    情境-1) 健康检测信息收集：由智能TV/STB汇集健康检测数据，并送往健康云。

    情境-2) 家庭信息推送：智能TV/STB从窗外远程的健康云查询健康检测数据和解析信息，并按预定时间表(Schedule)将整合出来的家庭信息，推送到家庭成员的手机里。

5.2 中层设计

    首先，以智能TV/STB为中心，进行细部的设计，如下：
    • 透过<WiFi接口+Router模块>整合家里的智能设备
    • 透过<WiFi接口+Router模块>整合远程家人的移动智能设备
    • 透过<USB+Dongle模块>整合家里的Sensor终端

如下图所示：

图-16 以智能TV/STB为中心的观点

在数字家庭里可透过智能TV/STB与家人的手机通信。此时，能在智能TV/STB端设计<EIT造形>来包装其通信机制。于是，基于EIT造形的中层设计，如下图所示：

图-17 基于“EIT造形”的中层设计

由于EIT造形是大家都熟悉的，所以顶层设计团队能轻易理解到，在中层设计里是如何支撑其顶层设计的。同时，实践层设计团队也能理解，如何来开发实践层的系统来实现中层设计。于是，EIT造形成为大家共同的概念、一致的心灵。非常有助于创造一个整体和谐的大型智慧城市。

[NextPage] 5.3 实践(层)设计：以智能TV/STB为中心

    现在，承接上图-16的EIT-based中层设计。进一步规划智能TV/STB的详细功能，例如：
    • 整合家里的智能设备
    • 收集健康检测数据，并送往医学企业的健康云
    • 主动按时推送家庭和健康信息到个人手机

5.3.1 整合家里的智能设备

    所谓软硬整合，就是以软件平台来整合硬件，让人们更容易实现<硬硬组合创新>。此时，EIT造形可直接落实到软件的最底层：硬件驱动(Device Driver)去控制通信接口，直接与外部硬件通信，实现整合的目标。例如，可以直接以Java语言来撰写代码，实现上图-17里的<E&I>，就成为下图里的<健康检测小框架>了。由于整个Android平台框架(即下图-18里的<TV/STB应用框架>)都是基于EIT造形的软件结构。所以，我们所设计的<E&I>(即健康检测小框架)能够直接安装到智能TV/STB里执行了。这就是EIT-based中层设计和实践设计的神奇魅力：

    既能让顶层设计人员理解，又能与实践层的软件代码直接对应、直接落实到计算机内部执行。

    就如同一座四合院房屋的“砖块造形”，既能让建筑大师傅或外行的业主理解房屋是如何用砖块来组合搭建起来。又能与实践层的水泥、砂石等具体材料相结合，而兴建起来。

现在已经用Java语言来撰写出<E&I>代码了。接下来，可以用Java或C/C++语言来撰写<T>(又称插件)的代码，并安装到下图-18的智能TV/STB里，实际执行了。

图-18 EIT软件代码实际整合家中的硬件

上图里的<T>可以是底层的硬件驱动程序，可以发出WiFi通信协议的讯号，来指挥家里的其它智能设备，如上图里的韩国三星公司的Android烤箱、血压检验仪等。

如果妳又想要让智能TV/STB能自动定时打开或关闭墙壁上的夜灯的话，就能要求实践层的开发人员，撰写C/C++代码来控制智能TV/STB的USB硬件接口，发出Zigbee讯号或Bluetooth讯号来与墙壁上的夜灯通信，实现了更多的硬硬组合创新。这就是基于谷歌Android的软硬整合平台，是实践“软硬整合开发、硬硬组合创新”的最佳舞台，这也就是Android会成为家喻户晓的智能终端软件平台的源故。

5.3.2 收集健康检测数据，并送往医学企业的健康云

针对上图里我们所实践出来的软硬整合平台。现在来看看实现顶层设计里所规范的“健康健测和数据传送”的数字家庭业务功能。其情境如下图所示：