用互聯網思維做硬件

摘要：本文重點分析物聯網應用中智能硬件的特點以及其設計過程中需要解決的問題。并由此引出并介紹一種新穎的解決方案，可以克服傳統硬件設計的各種弊端，達到如同開發互聯網軟件那樣去實現智能硬件產品的目的。本文網絡版地址：http：∥www.eepw.com.cn/article/276355.htm

關鍵詞：物聯網；智能硬件；互聯網

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2015.6.008

引言

目前互聯網的發展已經接近成熟，各種業務模式、運營模式，以及開發模式的推出，都有很多成功案例可以參考。而當時間進入2014年，各大互聯網巨頭相繼涉足物聯網領域，于是業界稱之為“物聯網元年”，其中又以智能家居應用最為火熱，面向智能家居的各種智能化硬件層出不窮。然而一年過去了，各大互聯網公司在物聯網方面的發展并不盡人意，其中一個最重要的原因就是無法有效解決智能硬件開發的難題，因而迫切需要采用新的思維進行硬件的智能化設計。

1 傳統硬件設計的老問題

互聯網產品一個最重要的特征就是極強的用戶體驗，而這個體驗的得來，是耍和用戶不斷地互動完成。對于軟件產品而言，可以通過最小功能的第一版先面世，然后在和用戶的互動過程中，通過收集用戶反饋，快速地迭代以更新產品來達到目的，而如果用這樣的思路做硬件，將會是一個災難。

首先，是解決正確進行產品定義的難題。對于硬件產品的開發，其變更的成本和代價總是極其巨大，如果前期沒有一個合理的定義，在產品開發的過程中，隨著需求的不斷調整，將會導致開發周期無限制的延遲。

其次，是解決順利完成生產制造的難題。對于硬件的生產有一些固定周期的限制，比如備料、排產、設計缺陷修正等，如果在初期無法準確定義產品的話，將完全無法掌控整個制造周期。

2 智能硬件設計的新思路

那么有沒有一個辦法來解決傳統硬件設計的各種問題呢？在互聯網的新形勢下，借助智能硬件設計理念，答案是肯定的：有！

下面就通過一種方案的實現，來探討解決互聯網公司硬件難題的有效方法，其基本思路就是把基礎不變部分硬件化，而把用戶需求及可變部分軟件化。對于一個智能硬件來說，首先是硬件部分，其次是智能部分，而智能部分往往更多地靠軟件來實現。

目前，對于一個智能家居的系統，通行的架構設計都是會包含智能云、智能網關、終端（簡稱：云.管.端）三位一體的設計，如圖1所示。

其中智能云部分負責設備的互聯互通、數據采集與分析：APP軟件部分負責人與物的交互，可以把系統的信息反饋給人，也可以接受人的指令，讓系統產生對應的動作，比如遠程控制。智能網關作為智能云的延伸部分負責家庭本地落地工作，完成物與物之間的連接與互動，比如智能聯動。

在這樣的架構下，智能硬件的常規開發方式由三部分組成，即硬件（Hardware）、軟件開發套件（SoftwareDevelopment Kit，簡稱SDK），應用（Application）。Hardware指硬件本體，SDK和Application共同組成運行在硬件本體上的固件。整體架構如圖2所示：

由于用戶的功能體驗對于智能硬件的重要性，會導致Application變得相對復雜，而且易變，這樣就會使燒寫入硬件本體的固件本身要不停地變更，從而導致硬件產品的不穩定性。對于這個問題，常規的處理方式是引入所謂空中下載（Over The Air，簡稱OTA）的升級功能，對智能硬件進行遠程在線升級，以不斷修復缺陷或更新功能。

但OTA升級對于如手機這樣有比較強處理能力的智能硬件來說，是可以做到OTA功能本身的穩定性、可靠性和體驗，但對于如面向智能家居的典型的智能硬件（比如插座）來說，把OTA做好，同樣面臨上述考驗，同時為了增強可靠性，還會導致硬件成本的增加，比如，為了防止在硬件升級過程中斷電引起的不可挽回的后果，需要增加FLASH來存儲備用固件等。所以，要解決需要具備互聯網諸多屬性的智能硬件的開發難題，需要用一個全新的方式來思考。

3 智能硬件的部分軟件化

把智能硬件抽象成三部分：第一、是硬件基礎功能，比如一個插座的開或關，插座的電量計量等；第二、是硬件與云，APP的通信功能；第三、是增強附加功能部分，比如控制邏輯、狀態更新、用電分析等。這樣抽象之后，不難看出，硬件基礎功能部分相對簡單，變數小，符合傳統硬件開發規律；硬件與云，APP的通信功能，功能雖復雜，但變數小，可以通過常規的軟件開發過程順利完成；主要問題集中在第三部分，這部分功能和用戶體驗以及互聯網運營策略都會直接相關，功能需求變化極大，比如對于插座的用電分析功能的不同定義，會導致插座上報電量信息的周期以及電量采集策略會有不同的要求，而這些定義在把產品賣到用戶手里，沒有和用戶真正形成互動之前，是沒有辦法準確定義的，這也就意味著，按照常規的設計方法，這個智能硬件產品還沒有做出來，就被宣判失敗了。

下面給出的解決方案則是干脆把這部分軟件化，用完全的互聯網開發模式去做這部分功能，強化智能云部分的設計，整體架構如圖3所示。

與智能硬件產品有關所有應用邏輯的開發在開放平臺完成，這個開放平臺是面向智能硬件開發者的一個綜合服務平臺，其開發流程如圖4所示。

4 智能硬件開發的架構支撐

能讓開發者用上述如此輕松方式去開發硬件的背后，是需要一個強有力后臺架構的支撐，首先這個架構需要對硬件產品做個抽象化，抽象結果如圖5所示。

網關（GateWay）——家庭智能網關，能夠完成家庭多個智能設備的組網，控制和管理工作等。

終端（EndPoint）——智能硬件設備

數據（DataPoint）——智能設備所具備的功能點，將每個功能點抽象成數據點，數據點定義成不同的類型（如布爾、枚舉、數值等），同時數據點具備讀或寫的屬性，比如一個兩路的開關，可以抽象成兩個數據點，每個數據點的類型為布爾型，可取值tme或1，數據點可讀可寫，讀表示獲取開關目前的值，寫表示改變開關目前的值，即打開或者關閉開關，同時數據點可以關聯對應的硬件操作指令。

對于一個智能硬件設備（EP）的完整描述，我們稱為Schema，Schema在系統中采月JSON格式描述，下面以開發一個智能空調為例說明。

空調定義如圖6所示：

Schema定義如下：

5 硬件開發的智能化改造

由此可見，采用這樣的方式所做智能硬件，或者將傳統硬件智能化改造時，只需將硬件本身功能定義清楚，并燒入固定和起到通信連接作用以及Schema來執行引擎的SDK固件，硬件的開發就完成了。然后，可以采用傳統硬件制造業的流程去進行試產、中試和量產等，并確保各個環節的工作能夠順利進行，從而使產品及時地推向市場。

當設備賣到消費者手里時，收下上電執行，從云端下載應用邏輯并執行。當應用邏輯需要變更時，開發者只需要在開放平臺更新一個版本即可，而不需要做整個固件更新，不需要變更任何硬件設計，就可以在很大程度上支持需求的變化，以便為客戶提供更好的服務。

正是基于這樣符合互聯網潮流的理念和設計思路，浙江風向標科技有限公司搭建了云.管.端全方位為智能硬件服務的平臺系統，致力于為傳統硬件廠商提供智能化改造服務，讓消費者早日體驗由物聯網所帶來真正智能化的家居生活。