# 五路手机直供电源板 —— 项目需求文档 | 项 | 值 | |---|---| | 文档版本 | **v1.2**（2026-09-06）—— 上位机链路定稿为**方案 C（WiFi 常态 + USB CDC 兜底）**，回填 §10.8，新增 D5a / SW-12 / IF-19 与两条验收
v1.1 —— 新增 **§10 软件架构设计**，原 §10~§14 顺延为 §11~§15 | | 项目代号 | PhoneRail | | 对应设计文档 | `五路直供电源板设计.md` v1.6 及其后续增补（§22 起的两板架构） | | 状态 | 需求已冻结；硬件处于 PCB 布线阶段（见 `PROGRESS.md`） | > **本文档与设计文档的分工** > 本文只回答 **「要做成什么样、凭什么算做到了」**； > **「怎么做到」** 一律在 `五路直供电源板设计.md` 里，本文只给条目号交叉引用。 > 两者冲突时：**电气数值以设计文档为准**（它是逐项算过并对过 datasheet 的）， > **需求的取舍与验收标准以本文为准**。 > 设计文档 §0.1 的 13 条决策已定稿，本文把它们表述成需求，不重新讨论。 > **唯一的例外是 §10 软件架构设计** —— 那是「怎么做」，但固件在设计文档里没有落脚点， > 暂放本文，理由写在该节开头。 --- ## 1. 背景与目标 ### 1.1 要解决的问题 手机农场里成排运行的小米8（dipper）主板，用原装电池供电有三个绕不开的问题： 1. **电池会老化、会鼓包**，几十台规模下变成持续的维护负担和安全隐患； 2. **手机卡死时没法远程恢复** —— 人必须跑到机架前拔电池 / 长按电源键； 3. **充电管理系统一直在工作**，长期 100% 电量反而触发系统的异常逻辑。 ### 1.2 项目目标 做一块**电池位直供**的电源板：拆掉电芯与保护板，从主板电池座直接灌一个受控的、 稳定在正常锂电范围内的电压；同时把「断电重启、按键模拟、进 Fastboot / 9008、 USB 通断」这些原本要人手做的动作全部电气化，交给板上 MCU 远程执行。 **一句话验收目标**：五台小米8 主板挂在这套板子上连续跑 24 小时无异常重启， 任何一台卡死时都能在**不到机架前**的情况下恢复到正常运行状态。 ### 1.3 目标用户与使用场景 | 用户 | 场景 | |---|---| | 农场运维 | 日常挂机；某台无响应时下发一次重启；查某台的电流曲线定位接触不良 | | 刷机 / 开发 | 远程进 Fastboot 或 9008(EDL) 刷包；有线 adb 抓日志 | | 本项目自身 | 首板调试、长稳测试、失效注入验证 | --- ## 2. 范围 ### 2.1 交付范围（In Scope） | # | 交付物 | |---|---| | D1 | **下板（电源板）**：12V 输入 → 五路 4 A 直供 + eFuse + 遥测 + ESP32-S3 控制 | | D2 | **上板（载板）**：五块主板的机械承载 + 板载 USB Hub + VBUS 开关 + 侧键顶针 + EDL 口 | | D3 | 两板对插的板对板接口（两条 2×20 排针，共 80 针） | | D4 | 手机侧线束与离板电容组（电池排线改造、尾插 USB 线、EDL 引线） | | D5 | ESP32-S3 固件（遥测、两级重启、按键 / EDL 模拟、VBUS 通断、风扇闭环、告警） | | D5a | **双链路命令接口**（2026-09-06 用户拍板）：**WiFi 为常态、USB CDC 为兜底**，两条链路共用同一套命令语义。本项目交付板侧协议与实现，见 §10.8；上位机见 D7 | | D7 | **机架管理前后端**（2026-09-27 用户拍板，取代原 N7）：**架构 A 纯中心化** —— home 服务器（10.5.5.13）上跑 mosquitto + Python（FastAPI）后端 + 时序库 + Vue3 前端，走统一门户；板子经 WiFi MQTT 直连。首版功能：实时总览、手动操作、自动崩溃恢复（**服务器侧 adb over WiFi 探活 + 电流曲线确认**，先软后硬）、历史曲线与事件。**不做机架旁 agent，USB CDC 只用于上架配网与调试**（代价：WiFi 故障时没有远程救援通道，见 §10.8）。开发顺序：先补固件 A12/A13/A14，再写前后端。**2026-09-27 已上线**：代码 `rack/`（说明见 `rack/README.md`），服务 `phonerail-rack`（127.0.0.1:7764），门户 key `rack` | | D6 | 完整原理图（11 页）+ 两块 PCB + BOM + 首板调试与验收记录 | ### 2.2 明确不做（Out of Scope） | # | 不做 | 理由 | |---|---|---| | N1 | 电池充放电管理、模拟真实电池阻抗 | 直供不需要，电芯已移除 | | N2 | 支持 1S 以外的机型 / 非小米8 主板 | 全部机械与引脚定义都是 dipper 专用（§13） | | N3 | 自制 USB-C 尾插转接板 | 决策 10：装原厂尾插小板，口温 NTC / CC / ESD / 天线馈点全在上面 | | N4 | USB PD / BC1.2 协商，接快充充电器 | 决策 11：上游只接电脑 / Hub，VBUS 恒 5 V | | N5 | 把过流保护做进 MCU 实时环路 | 那是 eFuse 的职责（SR-3） | | N6 | 五路 Buck 错相同步 | §8.4 已否决：器件离散度远大于想制造的相位差 | | ~~N7~~ | ~~上位机管理软件 / Web 界面~~ | **2026-09-27 撤销**，改为交付范围 D7 | --- ## 3. 系统组成（需求视角） ```diagram=system 12V/10A 适配器 │ ┌────┴─────────────── 下板（电源 + 大脑）────────────────────┐ │ 输入保护 → 五路独立 Buck → eFuse → 分流检测 → 输出 │ │ ESP32-S3 + DAC ×2 + INA226 ×6 + 74HC595 ×3 + PCA9555 │ │ 侧键驱动管 ×15 · 风扇驱动 · 辅助 3V3 / 5V │ └────┬──────────── 2×20 排针 ×2（无高速信号）─────────────────┘ ┌────┴─────────────── 上板（载板）────────────────────────────┐ │ 5 × 小米8 主板（NPTH 定位孔 + 尼龙立柱） │ │ USB2517I 7 口 Hub + 上游 USB-C + VBUS 负载开关 ×5 │ │ 侧键顶针 ×15 · EDL 模拟开关 ×5 · P+/P− 焊盘 + 电容组 ×5 │ └──────────────────────────────────────────────────────────────┘ ``` 两板之间保留 **13 mm 缝**，既是装配空间也是散热风道。 --- ## 4. 功能需求（FR） | ID | 需求 | 优先级 | 设计出处 | |---|---|---|---| | **FR-1** | 同时为 **5 台**小米8 主板供电，各路**电气独立**（独立回流地，不在手机端共地） | 必须 | §1 / §6.4 | | **FR-2** | 每路输出电压可**独立微调**，调节在正常锂电范围内进行，步进优于 1 mV | 必须 | §4 | | **FR-3** | 每路可**独立硬断电并主动放电**，实现真正意义上的「拔电池」 | 必须 | §7 | | **FR-4** | 每台手机可模拟 **3 个侧键**（PWR / VOL+ / VOL−），支持组合键 | 必须 | §13.3 | | **FR-5** | 每台手机可远程进入 **EDL(9008)** 模式 | 必须 | §22.4 | | **FR-6** | 每台手机的 **USB VBUS 可独立通断**，默认断开 | 必须 | §15.1 | | **FR-7** | 对外只用**一根 USB 线**，五路下行由板载 Hub 分 | 必须 | §15.1 | | **FR-8** | 每路可实时读取**输出电压与电流**；整板可读取**输入电压与电流** | 必须 | §8.2 | | **FR-9** | 上报每路 eFuse 故障、电源好（PG）等状态 | 必须 | §8.2 | | **FR-10** | 主动风冷，风扇转速可调、可检测「有风扇停转」 | 必须 | §22.6 | | **FR-11** | 记录过流 / 故障事件（哪一路、何时、多大电流） | 高 | §8.3 | | **FR-12** | 模拟电量曲线，避免系统因「电量永远 100%」触发异常逻辑 | 中（可选） | §8.3 | | **FR-13** | 板级温度监控，超阈值先降流再关路 | 高 | §8.3 | | **FR-14** | 整板功率预算，超过适配器能力时按优先级降载 | 中 | §8.3 | | **FR-15** | 调试口不依赖外部转串口芯片，插上 USB-C 即可下载与看日志 | 必须 | §8.1 | ### 4.1 崩溃恢复流程（FR-3 / FR-4 的组合，本项目的核心价值） 固件必须实现**两级重启**，且**先软后硬**： | 级 | 动作 | 触发条件 | 要求 | |---|---|---|---| | 一级（软） | 长按电源键 ≈10 s | `adb` 探活连续失败 N 次，或电流曲线卡死 | 优先使用，对闪存和文件系统友好 | | 二级（硬） | `EFUSE_EN` ↓ → 放电 → 等 3~5 s → `EFUSE_EN` ↑ | 一级无效 | 输出必须真的掉到 <0.5 V，不能靠自然放电 | > **为什么二级必须有主动放电**：手机侧 2200 µF 配 ≈50 µA 关机待机电流，自然放电到安全 > 电压要 **154 秒**，「断电 10 秒」根本不触发重启。见 §7.1。 --- ## 5. 电气与性能需求（PR） | ID | 参数 | 要求 | 出处 | |---|---|---|---| | **PR-1** | 输入电压 | 12 V ±10%，成品适配器 | §1 | | **PR-2** | 输入电流 | ≤ 8 A（含风扇 ≈8.3 A），建议配 12 V / 10 A（120 W） | §1 / §22.6 | | **PR-3** | 输出路数 | 5，彼此独立不共地 | §1 | | **PR-4** | 输出电压范围 | **3.52 ~ 4.01 V** 连续可调 | §4.3 | | **PR-5** | **硬件电压上限** | 标称 **4.01 V**，最坏容差 **4.12 V**，**软件无法越过** | §4.4 | | **PR-6** | 电压设定分辨率 | 12 位 DAC 微调，步进 ≈0.12 mV | §4.5 | | **PR-7** | 输出电流 | 4 A / 路（峰值）；手机常态 0.3 ~ 1 A | §1 | | **PR-8** | 输出纹波 | < 20 mVpp（板端测试点） | §1 | | **PR-9** | 开关频率 | 480 kHz，五路统一，不错相 | §1 / §8.4 | | **PR-10** | 整板功率 | 峰值 80 W（不会发生）；常态 10 ~ 25 W | §1 | | **PR-11** | 电流测量分辨率 | ≥ 0.5 mA（5 mΩ 分流 + Kelvin 四线） | §8.2 | | **PR-12** | 负载阶跃响应 | 0→4 A 阶跃（带 20 cm 线 + 电容组）压降 < 300 mV，**无 6 kHz 振铃** | §6.2 | | **PR-13** | 满载温升 | 4 A 连续 30 min，电感 / IC 温升 < 40 K | §11 | | **PR-14** | 断电放电时间 | `EFUSE_EN` ↓ 后 **200 ms 内**输出 < 0.5 V | §7.2 | | **PR-15** | 上电斜坡 | 缓启动 0.36 V/ms，涌流 ≤ 0.8 A；`EN`↑ 到稳定 ≈17 ms | §5 | ### 5.1 输出上限为什么定在 4.01 V（这条需求的来源） 去掉原厂保护板后，输出上限**由 1S 锂电端子的绝对上限 4.45 V 反推**，而不是由保护板决定。 4.01 V 这个数字不是「够用就行」，是为了**给 eFuse 的过压跳闸窗口让开 86 mV** —— 若按早期的 4.22 V，第一层的最坏输出（4.34 V）会和 eFuse 的最坏跳闸下沿（4.206 V）重叠， 坏角落下 DAC 失效会**误跳保护**。详见 §5 的容差窗口分析。 **因此 PR-4 / PR-5 是安全需求的一部分，不得为了「多给一点电压」而放宽。** --- ## 6. 安全需求（SR）—— 本项目最高优先级 > **必须记录的失效模式**：直供电最致命的失效**不是固件写错电压值**，而是 > **反馈分压的下电阻开路 → FB = 0 V → Buck 满占空比 → 输出直接跳到 12 V**。 > **软件对此完全无能为力。** 全部安全需求都要围绕这一条来读。 | ID | 需求 | 出处 | |---|---|---| | **SR-1** | **三层保护彼此独立**：任何一层单独失效都不得导致手机损坏 | §5 | | **SR-2** | **第一层 · 拓扑限幅**：分压网络与 DAC 量程在物理上把输出限死在 3.42 ~ 4.12 V（含最坏容差），全部落在正常锂电电压内。防固件 bug / I²C 误码 / MCU 跑飞 | §4 | | **SR-3** | **第二层 · eFuse 独立过压断开**（每路一颗，**最后一道硬件防线**）：OVP 4.36 V 标称、**断开而非钳位**、响应 2 µs；限流 4.45 A 恒流、不依赖 MCU | §5 | | **SR-4** | eFuse 的过压响应**必须来得及**：按最坏值（Buck 高侧限流 14 A、负载 2200 µF）核算，余量 ≥ 10 倍 | §5 | | **SR-5** | **第三层 · 软件监控**：电压高于设定 >100 mV 或低于设定 >250 mV（欠压一侧 2026-09-28 放宽：小米8 带屏开机峰值 2.1 A 时实测 −115 mV），且持续 20 ms → 拉低该路 EN 并上报。**仅承担记录与告警，不承担实时保护** | §5 | | **SR-6** | **复位安全**：ESP32 **非计划**复位（上电、崩溃、看门狗、按 EN、esptool）期间，五路输出全关、五路 VBUS 全断、15 路按键全不按、5 路 EDL 全不触发、风扇不转。靠**上下拉电阻**保证，不靠固件。
**例外（2026-09-27 用户定）**：固件自己发起的**计划内重启**（OTA 换固件、自证超时回滚）锁住 `EFUSE_EN`、新固件接管，手机不断电；按键 / EDL 仍全松，VBUS 保持。见 §10.9「重启不断电」 | §8.1 / §22.4 | | **SR-7** | 放电 MOS 与 eFuse EN **硬件反相联锁**，物理上不可能同时导通 | §7.3 | | **SR-8** | **输入保护**：保险丝 + TVS + P-MOS 反接保护 | §2 | | **SR-9** | **12 V 母线泄放**：母线 >13.2 V 时导通泄放，防 USB 反灌或突卸能量抬高母线 | §15.2 | | **SR-10** | **USB 反灌三条对策全做，一条都不能省**：① 软件关充电 ② VBUS 负载开关 ③ 母线泄放 | 决策 12 / §13.5 | | **SR-11** | 上游 USB 不做 PD 协商（CC 双 5.1 kΩ 下拉，纯 UFP），杜绝 VBUS 被抬到 9 / 12 V | §15.1 | | **SR-12** | 五台手机的地**不得**在载板上并成一根：定位孔做 **NPTH**，立柱用**尼龙** | §25.2 | | **SR-13** | 固件**不得**提供任何能让输出超过 4.2 V 的接口 | §8.3 | | **SR-14** | 任一路输出**不得**给 ESP32 供电（用独立的 12 V→3.3 V 小 Buck） | §8.3 | | **SR-15** | 电源**必须**接原厂排线的 `P+`/`P−`（保护板输出侧），**不是** `B+`/`B−` | 决策 6 / §13.5 | > ⚠️ **SR-15 是最容易在装配环节做错、且常温下完全测不出来的一条。** > 焊在 `B+`/`B−` 时一切表现正常，只有过压时才暴露 —— 那时保护板仍串在通路里。 > 判别与验证步骤见 §13.5 / §13.7，已列为打样前阻塞项（V-1）。 > ⚠️ **`J600` 的 `GND3`/`GND4` 固定脚实际接的是 VBATT，`J1401` 的 `GND2` 是 USB_VBUS。** > 按名字当地用会直接短路电池。 --- ## 7. 接口需求（IF） > **编号只增不改**：新增接口一律取下一个空号，位置按逻辑归类 —— > 所以表内序号不一定连续（如 IF-19 排在 IF-14 后面）。ID 是稳定的引用标识， > 不是目录序号；改动已有编号会让所有交叉引用与验收记录失效。 ### 7.1 手机侧接口（每台一套） | ID | 接口 | 要求 | 出处 | |---|---|---|---| | **IF-1** | 供电 | 原装 BM3E 电池排线的 `P+`/`P−` 焊点；保留 BTB 公座 / NTC / ID，**旁路保护板**；电芯移除 | §13.2 / §13.5 | | **IF-2** | 侧键 | J601(VOL+) / J602(VOL−) / J603(PWR) / J604(公共地)，**对地短接**方式，绝不从外部灌电压 | §13.3 | | **IF-3** | EDL | 短接主板上的 TP1204 ↔ TP1205（1.8 V / 1 mA），用**模拟开关**，不用普通 N-MOS | §22.4 | | **IF-4** | USB | 装**原厂尾插小板**，本板只接 VBUS / D± / GND 四根 | 决策 10 / §15.1 | | **IF-5** | 离板电容组 | 每路 2200 µF **普通铝电解**（靠 ESR 阻尼）+ 100 µF ×2 + 22 µF ×2 + 100 nF，**必须装在排线端，不在电源板上** | §6.3 | | **IF-6** | 线缆 | ≤ 20 cm、18 AWG 或更粗、正负双绞或紧贴平行；板端用 Micro-Fit 3.0 / XT30，**不用杜邦线** | §6.4 | > ⚠️ **IF-5 的 2200 µF 千万不能买成聚合物电容。** 整个阻尼设计靠的就是普通铝电解那 > 几十 mΩ 的 ESR；换成 12 mΩ 的聚合物，Q 从 0.19 跳回 4.5，线缆 LC 会在 6.2 kHz 上振铃。 > ⚠️ **IF-5 的大电容必须在排线端。** 放在电源板上等于隔着 300 nH 的线缆电感，基本无效。 ### 7.2 板对板接口 | ID | 需求 | 出处 | |---|---|---| | **IF-7** | 两条 2×20 排针（共 80 针），分列板子两端 | §22.2 / §25.10 | | **IF-8** | **一根高速差分都不穿连接器** —— Hub、上游 USB-C、VBUS 开关全部上移到载板 | §22.1 | | **IF-9** | 排针只走电源与低速控制；每路 `P+`/`P−` 独立分配针位，保证独立回流（FR-1） | §22.2 | | **IF-10** | 两板间净空 13 mm；载板底面元件与下板高元件的高度预算必须逐点核过 | §26.2 | ### 7.3 对外接口 | ID | 接口 | 要求 | |---|---|---| | **IF-11** | 电源输入 | DC 12 V 插座（XT30 级），配 10 A 适配器 | | **IF-12** | 上游 USB | 载板 USB-C（UFP），一根线接电脑 | | **IF-13** | 调试 USB | 下板 USB-C，ESP32-S3 原生 USB-Serial-JTAG；**VBUS 故意不接**（物理上杜绝反灌 3V3）。**同一个口兼作 SW-12 的兜底命令链路**（原生 USB-Serial-JTAG 本身就是 CDC-ACM，不影响 esptool 下载），分帧要求见 §10.8 | | **IF-14** | 风扇 | 5 × KF2510-3A（+12 V / 回流 / TACH） | | **IF-19** | 控制网络 | **WiFi（ESP32-S3 板载，无需增加器件）**，SW-12 的常态命令链路。凭据与服务端地址存 NVS，**不编译进固件** —— 新板上架时先用 IF-13 的 USB 链路配网 | > ⚠️ **IF-12 与 IF-13 是两个长得一样的 USB-C，插错的现象是「adb 整排不见」**， > 很难联想到是插错口。**丝印必须写清楚**，建议用不同颜色座子或在外壳上做标记。 ### 7.4 内部数字接口 | ID | 需求 | |---|---| | **IF-15** | I²C 单条总线挂 10 个器件：INA226 ×6（0x40/41/44/45/42/43）、DAC63204 ×2（0x4A / 0x4B）、PCA9555（0x20）、LM75BD（0x48），地址互不冲突 | | **IF-16** | ⚠️ **INA226 的通道号 ≠ 地址低位**（为布线让路重排过），固件必须**查表**，不能算 | | **IF-17** | 74HC595 ×3 级联成 **24 位**移位链：15 路侧键 + `HUB_RST` + 5 路 `EDL_EN`；**先移入的字节落在 U33 上** | | **IF-18** | `EFUSE_EN` ×5 与 `VBUS_EN` ×5 **必须 GPIO 直连**，不得经移位寄存器 —— 安全关键，故障瞬间要能立刻关断 | --- ## 8. 机械与热需求（MR / TR） | ID | 需求 | 出处 | |---|---|---| | **MR-1** | 载板 220 × 135 mm，四角 R5；五块主板 **3+2 双排面对面**，第二排居中 | §25.1 | | **MR-2** | 下板 160 × 125 mm，装配时相对载板原点偏移 (30, 5) | §25.2 | | **MR-3** | 每台手机 7 个定位孔，全部 **NPTH Φ2.5 + 尼龙立柱**（见 SR-12） | §25.2 | | **MR-4** | 侧键用顶针接触，顶针焊盘必须避免把相邻触点短路 | §25.3 | | **MR-5** | 排线穿槽：电池排线 8×38 → 槽 10×3.0；尾插排线 18×55 → 槽 20×3.0（在 J1401 正下方） | §25.16 | | **TR-1** | 总热负荷 ≈25 W（5×SDM845 满载 10~15 W + 下板功率级 ≈9 W） | §22.6 | | **TR-2** | 强制风冷 **4 进 1 出 = 机箱正压**（灰尘往外走）；两板间 13 mm 缝作天然风道 | §22.6 | | **TR-3** | 所需风量仅 ≈2.9 CFM，**风量不是瓶颈，风道与正压才是设计要点** | §22.6 | | **TR-4** | 风扇 5 × 12 V ≈0.70 A；低边 N-MOS + PWM，漏极**必须并续流二极管** | §22.6 | | **TR-5** | 风扇闭环的测温点**放载板**（测的是手机），不能用下板功率级的两路 NTC 做反馈 | §22.6 | | **TR-6** | TACH 必须分压后再进 GPIO；⚠️ 低边调速下 **PWM 关断期间读不到转速**，固件需在导通窗口采样 | §22.6 | --- ## 9. 固件需求（SW） > 本节只列「固件要做到什么」。**怎么组织成一份固件见 §10 软件架构设计。** ### 9.1 必做 | ID | 需求 | |---|---| | **SW-1** | 崩溃检测 + 两级自动重启（§4.1）—— **整块板子最核心的价值** | | **SW-2** | 20 ms 周期巡检六路 INA226，电压偏离 >+100 / −250 mV 持续 20 ms 即关路告警（SR-5） | | **SW-3** | 过流 / 故障事件记录：路号、时刻、电流值 —— 排查排线接触不良的唯一线索 | | **SW-4** | 单路电压微调接口（跑不稳的手机提到 4.0 V，或反向降压降温），**上限受 SR-13 约束** | | **SW-5** | 侧键序列：短按 100 ms 唤醒 / 长按 5 s 开机（小米8 实测 2 s 不够，2026-09-28）/ 长按 10 s 强制重启 / VOL−+PWR 进 Fastboot / VOL++PWR 进 Recovery | | **SW-6** | EDL 时序**固定为** `EDL_EN=1` → `VBUS_EN=1` → 等枚举 → `EDL_EN=0`（先短接再插 USB） | | **SW-7** | 开机脚本执行「关充电」（写 `input_suspend` 类节点），路径需在首台机上确认后写死 | | **SW-8** | USB 反灌保护：检测到该路电流转负或母线上升，**200 ms 内**断开该路 VBUS | | **SW-9** | 风扇 PWM 闭环（以载板 LM75BD 为反馈）+ TACH 停转告警 | | **SW-10** | 整板功率预算：读输入侧 INA226，超适配器能力时按优先级降载 | | **SW-11** | 上电默认全关：五路输出关、VBUS 断、按键不按、EDL 不触发 | | **SW-12** | **双链路命令接口**：WiFi 为常态、USB CDC 为兜底，两条同时在线、共用同一套命令语义与同一个命令处理器；命令带全局序号做幂等判重。链路失联**不触发任何动作**。架构见 §10.8 | ### 9.2 明确禁止 | ID | 禁止事项 | 理由 | |---|---|---| | **SW-N1** | 让 ESP32 参与过流保护的实时环路 | 那是 eFuse 的活，MCU 不够快也不够可靠 | | **SW-N2** | 提供任何能让输出超过 4.2 V 的接口 | SR-13 | | **SW-N3** | 烧写 `DIS_USB_JTAG` eFuse | 烧了之后引脚 JTAG 和 USB 两边都进不去，板上没有 JTAG 排针 | | **SW-N4** | 把 INA226 通道号当地址算 | IF-16 | --- ## 10. 软件架构设计 > **这一节为什么在需求文档里**：本文原则上只讲「做成什么样」，但**固件在设计文档里没有 > 落脚点** —— 设计文档 §8.3 只有一张按价值排序的功能清单，没有结构。在补出一份独立的 > 软件设计文档之前，架构先放这里，与 §9 的固件需求贴在一起看。 > 硬件的「怎么做」仍然一律在设计文档。 ### 10.1 分层与职责边界 ```diagram=layers ┌─ 农场管理系统（既有，本项目不交付 —— N7）────────────────────────┐ │ adb 探活 / 业务调度 / 崩溃判定 │ └───────┬────────────────────────────────┬──────────────────────────┘ │ adb over WiFi（业务面） │ 控制面（10.8，⚠️ 链路待定） ▼ ▼ 5 台小米8 主板 ┌─────────────────────┐ ▲ │ PhoneRail 控制器 │ │ 供电 / 侧键 / EDL / VBUS │ ESP32-S3 固件 │ └──────────────────────────┤ 遥测 · 执行 · 记录 │ └──────────┬──────────┘ │ 只能建议，不能否决 ┌───────────────▼───────────────┐ │ 硬实时层：eFuse OVP / 限流 │ │ 放电 MOS 反相联锁 / 上下拉 │ │ —— 不含任何软件（SR-3、SR-7） │ └───────────────────────────────┘ ``` **一条边界决定了下面所有取舍**：固件是**遥测 + 执行器 + 记录仪**，不是保护装置 （SR-5、SW-N1）。凡是「必须及时」的事都已经在硬件里了；固件里没有任何一条路径 是「不跑到就会烧手机」的。因此： - 任务优先级不需要为保护让路，只需要保证遥测不被执行器序列饿死； - 看门狗复位是**可接受的失效**（复位即全关，SR-6），不需要为了「保持输出」而弱化看门狗； （计划内重启不断电是另一回事：那是固件自己选的时机、自己留的标记，§10.9「重启不断电」。） - 固件可以随时被重启、被降级运行，硬件安全性不变。 ### 10.2 架构的第一个判断：失联 ≠ 断电 | 状态 | 输出该怎么办 | 为什么 | |---|---|---| | ESP32 复位 / 上电中 | **全关**（硬件下拉保证，SR-6） | 状态未知，且此刻手机本来就没在跑 | | ESP32 **计划内**重启（OTA / 回滚） | **保持**（EN 锁住，新固件接管） | 重启前的状态是已知的；为换一次固件让五台手机全掉电不值得 | | 与上位机失联 | **保持供电不动** | 五台手机正在跑业务；因为控制链路断了就把它们全断电，是把一次网络故障放大成一次全场停机 | | 本地判据触发（SR-5 / SW-8 / 过温） | **关对应那一路** | 已知的危险，且范围可控 | ⚠️ 这三行看起来像常识，但它们互相矛盾过一次：**「安全默认值 = 关」只对未知状态成立**。 失联是已知状态，此时最安全的动作是「什么都不做」。固件里不要写「心跳超时就关输出」。 **推论**：失联期间固件必须能独立运行全部本地职责 —— 巡检、风扇闭环、事件记录、 按队列执行未完成的序列。上位机回来之后靠事件日志补齐时间线（10.7）。 > **A10 已落地**（2026-09-07，`firmware/main/t_safety.{h,c}`，判据全在 > `t_safety_step()` 里、放锁之后、直接写引脚）。本表第三行「本地判据触发 → 关对应 > 那一路」的两条判据是 SR-5 与 SW-8，实现时定下来的七条： > > 1. **「持续 20 ms」数的是圈，不是墙钟毫秒。** 巡检的采样时刻带亚毫秒残差 > （一圈自己占 1.56 ms 总线，而「睡到下一拍」按整毫秒算），实测相邻两次判据的 > 时刻是 **21 / 19 ms 交替**。按 `>= 20 ms` 判，19 ms 那半数情况要拖到第三圈 > ——**40 ms**，超了 §12.1 的验收，而且是间歇性的：同一个故障注两次，一次过 > 一次不过。改成「连着两圈都越界」，在 20 ms 的周期下就是 20 ms。 > （SR-5 说「持续 20 ms 才算」、§12.1 说「20 ms 内关路」，字面互相顶着， > 只有「第一次看见的下一圈就断」同时满足两条。这 20 ms 是从**第一次看见**算的， > 对外部世界的最坏延迟是 2 个周期 —— 不要紧，SR-5 原文就写着它 > 「仅承担记录与告警，不承担实时保护」。） > 2. **反灌不设确认窗口，一圈看见就断**（设计文档 §15.2 对策 2 原话「立即」）。 > 与过压那 20 ms 的不对称是有意的：误断 VBUS 只丢一次 USB 数据，手机还由直供 > 电着；漏判则把能量泵回 12V 母线**连累另外四台**。最坏 2 圈 = 40 ms， > SW-8 给的预算是 200 ms。 > 3. **判据只在「这一路该有电」且「这一圈的值是新鲜的」时武装**，另加一个 > `EFUSE_EN↑` 之后 **60 ms** 的缓启动窗口（tON 5.1 + 斜坡 11.5 ≈ 17 ms 的 3 倍）。 > 少了第一条，每圈都会「发现」关着的五路各偏低 3900 mV；少了第三条， > **每次上电都会自己把自己关掉**；第二条就是 §10.10 那行「盲跑 → 保持供电， > 禁用该路的 SR-5 / SW-8 判据」。 > 4. **比的是该路 DAC 的设定值**（`rail_setpoint_mv()` 的影子，不碰总线）， > 不是 3900 这个常数 —— SW-4 允许运维单路微调，拿常数比会把一台调到 4.0 V 的 > 机器当成过压关掉。 > 5. **SR-5 关路 = 先断 VBUS 再关 eFuse**（`rail_all_off()` 的同一条理由：中间不留 > 「手机只靠 USB 供着电」那个既不是开也不是关的窗口）；**SW-8 只断 VBUS， > 不碰 eFuse** —— 反灌是 USB 那一侧的事，把直供也关掉等于「因为充电器有问题 > 就把手机关机」。过压且 VBUS 通着时两条都成立，于是**先撤能量来源， > 20 ms 后再决定要不要关这一路**。 > 6. **断电之前先 `t_actuator_abort()`。** 不 abort 的现象最阴：硬重启的 `HR_OFF` > 会在 4 s 后自己把 `EFUSE_EN` 抬回去，「关掉的那一路」几秒后又带电了， > 而日志里只有一条「已关路」。断 VBUS 时只打断 **EDL**（三个序列里只有它写 > `VBUS_EN`）—— 无条件打断会把一次正在进行的救砖重启也顺手停掉。 > 7. **动作在前，记录在后**，事件出口是一个回调（`t_safety_set_event_sink()`）， > A11 在那里接环形缓冲。记录用的 `safety_event_t` 已经按 §10.7 的「单条」 > 形状定好（时间戳 + 路号 + 类型 + 当时的 V/I，16 B）。 > > 29 条 ctest 用例，25 条「一定会被写出来的错」逐个注进去跑过，**24 条变红**； > 剩下那一条（关路之后把 `dev_n` 清零）在 sim 里造不出「写引脚失败」，抓不到 —— > 所以那一行干脆没写，理由记在代码里。 ### 10.3 任务划分（FreeRTOS / ESP-IDF） | 任务 | 周期 | 优先级 | 职责 | 失败后果 | |---|---|---|---|---| | `t_safety` | **20 ms** | 最高 | 读 6 片 INA226（V+I）与 PCA9555 输入；执行 SW-2 / SW-8 判据；越界直接操作 `EFUSE_EN` / `VBUS_EN`（**GPIO 直连，不经任何队列或抽象层**） | 告警延迟；保护本身不受影响（eFuse 是硬件） | | `t_thermal` | 1 s | 中 | 两路 NTC（下板功率级）+ 载板 LM75BD（手机侧）→ 风扇 PWM 闭环；过温先降流后关路（FR-13、TR-5） | 风扇维持上一个占空比 | | `t_actuator` | 事件驱动 | 中 | 每路一个状态机：断电重启 / 按键序列 / EDL 序列（10.6） | 序列停在中间 —— 必须有超时兜底 | | `t_link` | 事件驱动 | 低 | 上位机命令解析与遥测上报（10.8） | 见 10.2：不影响本地职责 | | `t_log` | 空闲 | 最低 | 环形缓冲落盘（10.7） | 丢日志，不丢功能 | **共享资源只有两个**，各配一把互斥锁： 1. **I²C 总线** —— 10 个器件在同一条上（IF-15），其中 LM75BD 还在排针另一侧的载板上。 2. **74HC595 的 24 位链** —— 全板共享，见 10.6 的影子寄存器。 **I²C 带宽核算**（400 kHz，`t_safety` 是唯一的高频用户）： ``` 一次 INA226 寄存器读 ≈ 46 个位周期 ≈ 115 µs 6 片 × 2 个寄存器（总线电压 + 分流电压） = 12 次 ≈ 1.4 ms PCA9555 读两个输入端口 ≈ 0.12 ms 合计 ≈ 1.5 ms / 20 ms = 约 8 % 占用 ``` 余量充足，`t_thermal` 和偶发的 DAC 写完全挤得下。**首板上电时用逻辑分析仪实测复核一次** ——这个数是按理想时序算的，没算时钟延展和重试。 > **A8 已落地**（2026-09-07，`firmware/main/{tasks,sched,t_safety}.c` + > `components/phonerail_hal/{include/hal_lock.h,hal_i2c_acct.c}`）。五条实现约定： > > 1. **五个任务是一张 const 表**（`tasks.c`），周期与优先级写在一起，开机 `task_table_ok()` > 自检，不过就 abort。查的是**相对顺序**：safety 唯一最高、log 唯一最低、 > thermal 与 actuator 同级、link 夹在中间；外加「巡检周期必须长于 INA226 的 > 一帧转换 8.8 ms」，否则同一帧被读两次，现象是「电流特别稳」。 > 2. **周期是间隔，不是延时。** `sched_periodic_*()` 记的是下一次该醒的**绝对时刻** > （回绕安全，一律用 `int32_t` 差判先后）。写成「干完睡 20 ms」的话， > 实际周期是 21.6 ms 且随总线忙闲抖动。过载时**跳过错过的整周期、保住相位**， > 不补跑 —— 补跑的现象是「卡一下之后连着打满总线」。 > 3. **两把锁不许嵌套持有。** 595 是纯 GPIO、I²C 是纯总线，两者没有交集， > 所以「拿着 A 去拿 B」永远是写错了，`hal_lock_take()` 直接判 `HAL_ERR_STATE` > ——与其定一套加锁顺序再指望人人记得，不如让它不可能发生。ESP 侧用的是 > **mutex 不是 binary semaphore**（要优先级继承：t_link 拿着总线时 > t_safety 不能被中优先级任务无限期挡住）。 > 4. **巡检不死等锁**：等 5 ms（周期的 1/4）拿不到就跳过这一圈并计数。 > 死等的现象是最高优先级的任务整个停摆，而且没有任何人会发现。 > 同样地，**一个器件读失败不中断这一圈**，失败那一路保留上一圈的值并把 `ok` 标 false > ——清零的话 A10 的过压判据会看到一个「正常」的 0 V。 > 5. **那 8 % 是算出来的，不是抄的。** `hal_i2c_acct` 在 HAL 里按线上真实字节数记账 > （两个目标同一份代码），`t_safety_budget_us()` 按事务形状静态预算，两者必须相等。 > 实测：一次寄存器读 **48** 个位周期（本节手算的 46 没数 STOP 和一个重复 START）， > 一圈 13 次事务 = **1560 µs / 20 ms = 7.8 %**，与本节的「约 1.5 ms / 约 8 %」相符。 > 多读一次寄存器就会让静态预算与实测对不上，测试当场变红。 > 首板仍要按本节末尾那句用逻辑分析仪复核一次（这个数不含时钟延展与重试）。 ### 10.4 五路一张表：禁止用通道号算任何东西 这是**本项目最容易写出「看起来对、实际错一路」的地方**。三组编号都不是逻辑顺序： - **INA226 地址**按布线难度重排过（IF-16，设计文档 §8.2）； - **74HC595 的位序**按 PCB 几何排（设计文档 §17.2 / §22.4）； - **GPIO 编号**按出线方向倒推（设计文档 §26.18）。 所以固件里**只允许有一张静态配置表**，全部五路循环都索引它： ```c typedef struct { uint8_t ina_addr; /* 0x40 0x41 0x44 0x45 0x42 —— 查表，不能算 */ uint8_t dac_chip; /* 0x4A: CH1-3 0x4B: CH4-5 */ uint8_t dac_ch; /* U6.OUT0/1/2 U7.OUT0/1 */ gpio_num_t efuse_en; /* GPIO 直连 */ gpio_num_t vbus_en; /* GPIO 直连 */ uint8_t key_bit[3]; /* PWR / VUP / VDN 在 24 位链里的位号 */ uint8_t edl_bit; /* U33 上的位号 */ uint8_t flt_bit; /* PCA9555 IO0_0..4 */ uint8_t pg_bit; /* PCA9555 IO1_0..4 */ } rail_cfg_t; ``` > ⚠️ **`ina_addr = 0x40 + ch` 这行代码一定会被写出来，而且只有 CH3/CH4/CH5 是错的。** > 实际地址是 `0x40 / 0x41 / 0x44 / 0x45 / 0x42`。查表，不要算。 > **A3 已落地**：表在 `firmware/components/drv/include/ina226.h`，取值只走 > `ina226_rail_addr(rail)`（rail 是 1~5，越界 abort）， > `test_channel_index_is_not_the_address_low_bits` 专门拦「改回算式」这一手。 > 同处还记了两条 INA226 的实现约定：**寄存器指针不自增**（每次读前重写指针， > sim 会自增、真件不会，靠自增在宿主机上测不出来）；**Calibration 丢了不报错、 > 只让 Current/Power 恒读 0**，所以巡检要定期 `ina226_check()`。 同理，**PCA9555 的方向寄存器只能配成全输入**：备用脚 Port0[7] / Port1[7:5] 在硬件上 直接接地，配成输出并写 1 就是对地短路（设计文档 §17.2 已在图纸上注明）。 > **A6 已落地**：驱动在 `firmware/components/drv/include/pca9555.h`， > **根本不提供「把某个脚配成输出」的接口**（和 sr595.h 不提供「抬 OE#」同一条规矩）。 > 方向字一律过 `pca9555_dir_safe()`，不安全直接 abort。 > 同处还记了四条这一片的实现约定： > ① ⚠️ **Output Port 寄存器的复位值是 0xFF** —— 所以把接地脚配成输出的那一刻它就 > 输出高电平，中间没有「先写个 0 再说」的余地，这比「配错方向」本身更急； > ② **极性反转寄存器必须无条件清零**，不能赌复位值：看门狗只复位 ESP32， > PCA9555 不掉电，上一条命的残留值原样留着，而写错的现象是「五路同时报故障」 > 或者更糟的「五路故障全都看不见」，I²C 一切正常； > ③ **三种极性**（FLT# 低有效 / PGOOD 高有效 / INA_ALERT 低有效）各自只在 > `pca9555_rail_fault()` 等四个函数里出现一次，上层不许自己去 & 位； > ④ **INT# 是加速路径不是主路径**：它要读走输入端口才释放，漏读一次就再也等不到 > 下一个沿，所以 `t_safety` 必须无条件轮询（§10.3 的 20 ms 就是按这个排的）。 > > ⚠️ **FLT 与 PG 两张位表这次确实是顺排的**（都是 `bit = rail - 1`）， > 和 INA226 地址、595 位号那两张表不一样。所以这里最容易写出来的错不是「算式」， > 而是**把 Port0 和 Port1 搞反** —— 两个端口的 bit0~4 长得一模一样，搞反之后 > 「有故障」会被读成「电源良好」，方向正好相反，而且**静息态两个端口读回来都是 > 全 1，单看一帧完全看不出来**。`test_one_rail_at_a_time` 专门拦这一手。 > **A7 已落地**（2026-09-07）：那张 `rail_cfg_t` 表在 `firmware/main/rail_cfg.h` / > `rail_cfg.c`，取值只走 `rail_cfg(rail)`（1~5，越界 abort）。六列的样子： > > | CH | INA226 | DAC | 按键位 PWR/VUP/VDN | EDL 位 | EFUSE_EN | VBUS_EN | > |---|---|---|---|---|---|---| > | 1 | 0x40 | U6.OUT2 | 1 / 2 / 3 | 16 | IO39 | IO40 | > | 2 | 0x41 | U6.OUT0 | 19 / 17 / 18 | 7 | **IO48** | IO10 | > | 3 | 0x44 | **U7**.OUT0 | 22 / 21 / 20 | 6 | IO6 | IO11 | > | 4 | 0x45 | U6.OUT1 | 9 / 10 / 11 | 0 | IO41 | IO42 | > | 5 | 0x42 | U7.OUT1 | 15 / 14 / 13 | 5 | IO8 | IO17 | > > 落地时定下来的五条： > ① **本表与四个驱动那四张表是「两处写同一个数」，所以要对账而不是现算。** > 开机自检 `rail_selftest()` 逐格拿本表和 `ina226_rail_addr()` 等取值函数比一遍， > 对不上就报 `RAIL_SELFTEST_TABLE`。做成「开机从驱动现算」的话按定义就查不出分家， > 而且表不再是 const 的、用之前得先记着初始化。 > ② **判据本身也要被测**：真表是 const 的，测试改不动它，所以判据单拎成 > `rail_selftest_table(t)`，测试喂几张故意写坏的表进去看它认不认 > （分家 / 引脚重复 / 撞 SDA / strapping / 不存在的号 / 越界，六种都验过）。 > ③ **两列 GPIO 是全固件唯一一处出处**，没有第二张表能对账 —— 所以 > 「`EFUSE_EN1` 和 `VBUS_EN1` 写反」这种错自检**查不出来**（两个都是合法空闲脚、 > 不重复、不越界）。唯一的拦网是 `test_en_pins_match_the_pcb_netlist` 里钉死的 > 十个值（出处：`.claude/pcb1-parts.json` 的 U20 焊盘网络）和 B1 上板实测。 > ④ **「不是顺排」要看整列，不能逐格撞算式**：CH4 的按键位正好是 9/10/11、 > CH1 的 EDL 位正好是 16、CH3 的两根 EN 正好等于「IO4 起 / IO9 起」那个算式 —— > 单看任何一路都「像顺排」。测试改成断言整列**不是等差数列**。 > ⑤ ⚠️ **HAL 两侧的 GPIO 上限原来是 `pin < 48`，把 IO48 关在了门外**， > 而 `EFUSE_EN2` 就在 IO48 上 —— 现象是 CH2 的 eFuse 既开不了也**关不掉**。 > 已改成 0~48（含）。ESP32-S3 的编号是连续的但芯片不是：IO22~IO25 不存在、 > IO26~IO32 是模组内部 flash/PSRAM，写进配置表 `gpio_config()` 不报错也不干活， > 所以自检把这些号也当成越界。 > > 同处还落地了**全板引脚表** `firmware/main/board_pins.h`（§8.1 那张表里 > 「全板独一份」的那些脚）与两根 EN 线的表驱动遍历 > （`rail_en_init()` / `rail_efuse_enable()` / `rail_vbus_enable()` / `rail_all_off()`）。 > `rail_all_off()` **先断五路 VBUS 再关五路 eFuse**，中间不留「手机只靠 USB > 供着电」的窗口；十个脚全部试一遍，不因为某一个失败就提前返回。 > 高有效这件事只在 `en_write()` 里出现一次。 ### 10.5 电压通道：DAC 只做微调，而且是反向的 | 事实 | 含义 | |---|---| | `Vd = 0 V` → 输出 **4.010 V**（上限） | **DAC 写得越大，输出越低** | | `Vd = 0.548 V` → 输出 3.90 V（NVM 出厂默认） | 上电即安全值，不依赖 ESP32 初始化成功 | | `Vd = 2.424 V`（满量程）→ 输出 **3.524 V**（下限） | 满量程是 2.424 V，不是 2.5 V（内部基准 1.212 V ×2） | > ⚠️ **反向关系是本节最容易写反的一条。** 写反的现象不是报错，而是 > 「调高电压的命令把手机调到了 3.52 V」——手机照样能开机，只是更容易在负载尖峰下掉电， > 而且**要跑一阵子才看得出来**。固件里把这一步封成 `rail_set_mv()` 单一入口， > 内部做 mV → Vd → code 的换算，**不要在别处直接写 DAC 码值**。 三条固件规矩： 1. **越界即拒绝**：`rail_set_mv()` 收到 >4010 mV 的请求直接返回错误并记事件（SR-13）。 注意这是**第四道**限制，前三道在硬件里 —— 它的作用只是让操作者早点知道自己写错了。 2. **不用 DAC 做保护**：任何时候都不要靠「把电压调低」来处理异常，那是 `EFUSE_EN` 的活。 3. **出厂标定**：分压网络与 DAC 基准都有 ±1 % 级的容差，用该路 INA226 读回实际输出， 做一次两点线性标定存进 NVS。标定值缺失时退回理论公式（误差约 ±40 mV，可用）。 > **A4 已落地**：换算与设定在 `firmware/main/rail.c`，唯一入口 `rail_set_mv(rail, mv)` > （rail 是 **1~5**）。三个验收点各有一条测试：4020 mV 被拒、码大电压低、3900 mV ↔ Vd 0.548 V。 > 标定（本节规矩 3）**还没做**，现在走的是理论公式；`RAIL_VOUT0_UV` / `RAIL_DAC_SPAN_UV` > 两个常量就是将来要被标定值顶替的地方。 > > 同处记下三条 DAC63204 的实现约定（出处 SLASEX3A）： > - **12 位码在 `DAC-X-DATA`(19h~1Ch) 里是左对齐的**（bit15-4）。忘了 `<< 4` 不报错， > 只让输出变成 1/16 —— 而在本板上那表现为「五路都是 4.010 V 满电」，看不出异常。 > - **`EN-INT-REF` 要先于增益设定写**，且**上电安全码要写在通道上电之前**： > 复位码是 0，而 Vd = 0 就是输出上限 4.010 V。`dac63204_init()` 因此把 > `COMMON-CONFIG` 写两次（先按住输出，写完码再上电）。 > - **通道分配不是 `rail−1`**（设计文档 §26.18 重排过，五路里四路对不上）： > CH1→U6.OUT2 / CH2→U6.OUT0 / CH3→**U7**.OUT0 / CH4→U6.OUT1 / CH5→U7.OUT1。 > 四通道电气对等 ⇒ 接错了照样工作，只是调错路，功能测试测不出来。 ### 10.6 执行器：三个状态机 + 一个影子寄存器 **每路三个序列，彼此互斥、不可重入**（同一路上同时只能跑一个）： | 序列 | 时序 | 关键约束 | |---|---|---| | 硬重启 | `EN↓` → 等 3~5 s → `EN↑` → 等 **17 ms**（tON 5.1 ms + 缓启动斜坡 11.5 ms）→ 等 PG 置位 | 放电由硬件联锁自动完成（SR-7），固件**不要**去控制放电 MOS | | 按键 | 置位 → 保持 T（100 ms / 2 s / 10 s）→ 清零 | 组合键（VOL−+PWR）必须**同一帧**写进去，不能先后两次 | | EDL | `EDL_EN=1` → `VBUS_EN=1` → 等枚举 → `EDL_EN=0` | 顺序固定（SW-6）：先短接再插 USB | **影子寄存器是这一节的核心**：15 路按键 + `HUB_RST` + 5 路 `EDL_EN` 全在**同一条 24 位 移位链**上，写任何一位都要把整条链重发一遍。 ``` ESP32.KEY_SER → U21 → U22 → U33 （先移入的字节落在链尾 U33） 写入顺序：U33 字节 → U22 字节 → U21 字节，最后一个 RCLK 上升沿统一生效 ``` 规矩：**内存里保存一份 24 位影子值，全固件只有一个函数能写 595**，任何任务改按键 或 EDL 都是「改影子 → 请求刷新」。多处直接操作移位链，症状是**另一台手机的按键被顺手 清掉**，而且复现要靠两个动作正好撞在一起 —— 属于会拖很久的那类 bug。 > `RCLK` 打点之前输出不变，所以整帧刷新是原子的；`OE#` 保持有效，**不要**用拉高 `OE#` > 的方式「临时全松开」——那会让 15 个栅极同时进高阻，靠的是每个栅极自己的 100 kΩ 下拉， > 是复位路径，不是正常控制路径。 > **2026-09-06 A5 落地**：`components/drv/sr595.{h,c}`。影子是一个 24 位整数 > （bit0 = U21.QA 链首 … bit23 = U33.QH 链尾），唯一写入点是 `sr595_flush()`； > 别处只准 `sr595_modify()` 改影子，组合键走 `sr595_write(mask, value)` 一帧发完。 > 位表见设计文档 §17.2（§26.18 重排后的那张，**不是 09-04 那张**）。 > > 同处记下三条这一层的实现约定： > - **上电顺序是「先锁存安全值，再使能 `OE#`」，不能换。** 三片的 `MR#` 接死在 +3V3， > 没有复位线 ⇒ 上电时移位寄存器内容**不确定**。先拉低 `OE#` 就是把那坨随机值 > 放到 15 个栅极上 —— 五台手机的电源键可能一起被按下去。所以 `sr595_init()` 里 > `KEY_OE#` 在安全值锁存完之前**根本不配成输出**，靠板上 R609 上拉着。 > （ESP-IDF 的 `gpio_config()` 一配成输出就开始驱动，输出寄存器复位值是 0。） > - **`HUB_RST` 低有效**，所以上电安全影子是 `1 << 23` 而不是 0。写成 0 的现象是 > 「Hub 插上枚举不出来」，而五路电压电流全都正常，看不出跟固件有关。 > - **发送失败要留着脏**（`sr595_flush()` 失败不清 dirty，下次重发整帧）。 > 丢了脏标志 = 链上和影子永久对不上，而后面每一次 flush 都会「成功」。 > **2026-09-07 A9 落地**：`firmware/main/t_actuator.{h,c}`（+ `test/test_t_actuator.c` 23 例）。 > 三个序列成了一张**每路一份**的状态机：`HR_OFF → HR_RAMP → HR_PG` / > `KEY_HOLD` / `EDL_SHORT → EDL_ENUM`，全部以 `CLEANUP` 收尾。时间常量都带出处 > （断电 4000 ms 落在 §7.4 的 3~5 s 窗口里、斜坡 17 ms、等 PG 上限 500 ms、 > 按键 100/2000/10000 ms、EDL 短接 10 ms + 等枚举 3000 ms）。 > 这一层的六条实现约定： > > 1. **一个函数一步，不许 `while(1)`。** `t_actuator_step()` 只看时钟、推状态、 > 返回「下次最晚多久再来」；任务体在 `app_main.c` 里还是三行。写进死循环的 > 时序在宿主机上一行也跑不到 —— 而这一包的全部内容就是那些时间常量与它们的先后。 > 2. **按下去的东西一定要松开，`CLEANUP` 不放弃。** 正常结束、超时、出错、被 > `t_actuator_abort()` 打断走的是**同一条**收尾路径；写不进 595 就一直重试， > 这一路一直算 busy。放弃的现象是电源键留在按下状态、手机再也起不来， > 而遥测上五路电压电流全都正常。连「按下那一步就失败」也要走收尾 —— > 否则影子里留着一个脏的「按下」，谁下一次 `flush` 谁就替你把键按下去。 > 3. **等不到 PG 不许再断电。** `ACT_RES_NO_PG` 的语义是「电已经开着，只是没能确认」。 > PCA9555 失联时把「看不见」当成「坏了」去断电，等于一片 I/O 扩展器失联 > 就让五台手机一起停机 —— §10.10 明写着这片不应答**不关输出**。 > 4. **PG 是喂进来的，执行器不碰 I²C。** `PGOOD` 已经被 `t_safety` 每 20 ms 读一遍， > 再读一次等于凭空多一份总线占用和一份两边不一致的可能。回调（`act_pg_fn`） > 同时也是「两把锁永远不会嵌套」的物理保证：本文件只碰 GPIO 与 595。 > 5. **不可重入 = 直接拒**（`HAL_ERR_STATE`），要抢占得先显式 `t_actuator_abort()`。 > 被拒的请求**一个字节都不发**，也不改正在跑的那个序列的时长。 > 6. **组合键一次 `chain_write()` 发完**（同一个 RCLK 沿）。分两次写的实现在 > `sim_sr595_latches()` 上会 +2，而且中间那一帧只按下了一个键。 > > 验收之外还钉了两条容易漏的：硬重启**开始前**先松掉本路三键（否则手机开进 > Recovery/Fastboot），以及 EDL 结束后 **VBUS 留着不动**（手机正挂在 9008 上）。 > 21 条注错逐个跑过，全部变红。 ### 10.7 事件记录与存储 事件是 SW-3 的交付物，也是排查排线接触不良的唯一线索，所以**记录路径不能依赖上位机在线**。 | 项 | 设计 | |---|---| | 缓冲 | RAM 环形缓冲，≥256 条；`t_safety` 只入队，不落盘 | | 落盘 | `t_log` 空闲时批量写 NVS / SPIFFS 分区 | | 单条 | 时间戳 + 路号 + 事件类型 + 当时的 V/I（16 B 量级） | | 容量 | 4096 条 ≈ 64 KB，按每天几十条算够存半年以上 | | 时间 | 上电从 0 计；上位机连上后下发一次墙钟做偏移校正（不加 RTC 芯片） | 必记事件：eFuse FAULT / PG 变化、SR-5 触发关路、SW-8 反灌断 VBUS、过温降载、 每次重启序列（软 / 硬、谁下的命令）、越界命令被拒、I²C 器件失联、风扇停转。 > **A11 已落地**（2026-09-07，`firmware/main/evlog.{h,c}` + 新增的 > `hal_store`（掉电不丢区）+ `partitions.csv` 的 `evlog` 分区）。落地时定下来的八条： > > 1. **落盘不用 NVS，也不用 SPIFFS，是一块裸的 data 分区。** NVS 是键值表 > （4096 条记录 = 4096 个键，页式 GC 会把「写一条事件」变成一次不可预测的搬移）， > SPIFFS 的掉电一致性自己就是一整章。evlog 本身已经是环形缓冲，它要的只是 > 「擦一个扇区 / 写一段字节」—— HAL 因此多出第六样 `hal_store`。 > 2. **容量是 17 个扇区 = 4335 条，不是 16 个。** 每个扇区要拿一个 16 B 的槽 > 当扇区头（epoch），于是 4 KB 只装得下 255 条，16 扇区 = 4080， > **差 16 条不到本表要求的 4096**。8 MB flash 上多这 4 KB 没有代价。 > 3. **序号 = flash 里的位置**（`epoch × 255 + 槽号`），不是一个自增计数器。 > 重启之后接着数不用把计数器存起来，掉电也不会倒退。代价是**没落盘的事件 > 还没有序号** ⇒ `events` 命令（10.8）要先 `evlog_flush()` 再读。 > 反过来做（入队时发号）会在缓冲溢出丢事件时留下一段永远补不上的空号， > 上位机那边的现象是「拉日志卡在某个序号上不动」。 > 4. **入队在临界区里做完，不是加第三把锁**（§10.3 的共享资源只有两个）。 > 入队方是 `t_safety`（最高优先级、断电之后调），停在一把 `t_log` 持着的锁上 > 就等于让最低优先级的任务决定巡检的节拍。关中断的临界区里**只改内存**： > 时间戳与校验都在外面算完。 > 5. **丢事件可以，悄悄丢不行。** RAM 缓冲（256 条）满了盖最旧的 ——「最新的一条 > 永远进得去」——但被盖掉的会在下一次落盘时留下一条 `LOG_EV_LOST`， > 值是丢了多少条。一份会安静少掉几行的日志比没有日志更糟：排查的人会拿它 > 当完整的时间线看。flash 写失败丢掉的那一批同样补这条。 > 6. **每条记录带一个 CRC-8，而且只能是 CRC-8。** NOR 的写会被掉电打断在任意 > 字节上，半条记录在字节层面跟真记录长得一模一样。第一版用异或和， > 漏掉的正是最常见的那条：`bus_mv` 与 `current_ua` 都是 0 的记录被切在第 8 个 > 字节上时，后 8 个字节留在 0xFF，而 **8 个 0xFF 的异或恰好是 0** —— > 半条的校验和与整条一模一样。 > 7. **写失败之后放弃这个扇区的剩余部分。** 接着写的话，重启扫描会停在那半条上， > 把后面写进去的全部当成不存在。代价是最多浪费 254 个槽，换来的是 > 「扫描停在哪 = 日志到哪为止」这条不变量永远成立。被放弃的那段在序号空间里 > 是个洞，`evlog_read()` 给它一条空记录**占住位置** —— 跳过它的话上位机的 > 游标会卡在洞上。 > 8. **每次上电记一条 `LOG_EV_BOOT`。** 本表写着「上电从 0 计」，所以时间戳会 > 跳回去；没有这条记录的话，两次上电的事件在时间轴上互相穿插， > 而日志里看不出中间重启过。 > > 事件类型的**数字是 flash 格式的一部分**（改一个值就等于把跑了半年的历史记录 > 重新解释了一遍，而且读出来仍然是合法记录、没有一处报错），所以 `log_ev_t` > 只许在末尾追加；`safety_ev_t` → `log_ev_t` 是一个显式的 switch，不是加偏移。 > 上表里还没人产生的那几类（eFuse FAULT / PG 变化 / 过温降载 / 重启序列 / > 命令被拒 / I²C 失联 / 风扇停转）**号已经占住**，各归各的包去填。 > > 27 条 ctest 用例；23 条「一定会被写出来的错」逐个注进去跑过，**21 条变红**。 > 剩下两条抓不到，理由见 `firmware/HANDOFF.md`。 ### 10.8 上位机接口 ✅ 已定稿（2026-09-06 用户拍板：方案 C） **这一节回答的问题**：SW-1 的触发条件写的是「`adb` 探活连续失败 N 次」， 而 **ESP32 跑不了 adb** —— 所以崩溃判定必然发生在上位机，板子只负责执行动作。 这意味着必须有一条控制链路，而在此之前**全部文档里都没有定过它**。 **结论：WiFi 为常态链路，USB CDC 为兜底链路，两条同时在线。** 选它不是因为「都要」，而是因为 **SW-1 是这块板子的核心价值， 而 WiFi 与手机 adb 走的是同一张网** —— 只做 WiFi 等于让「救援通道」和「故障通道」 共命运，恰好在最需要它的时候一起失效。USB 的增量成本很低：线本来就插着。 留档备查的两个单选方案： | 方案 | 优点 | 为什么不单独用 | |---|---|---| | A. 只做 WiFi | 无线、可多台组网；设计文档 §9.5 的 3V3 预算里**已经给 ESP32-S3 的 WiFi 突发留了 ≈350 mA**，说明当初就是按带 WiFi 设计的 | 网炸了救砖通道跟着炸，见上 | | B. 只做 USB CDC | 最可靠，不依赖网络 | 每块板占上位机一个 USB 口；机架规模上去之后不现实 | #### 两条链路怎么共存 ```diagram=links WiFi (MQTT/HTTP) USB CDC (J22) │ │ ┌───────▼────────┐ ┌────────▼───────┐ │ 传输适配器 A │ │ 传输适配器 B │ ← 只管收发字节与分帧 └───────┬────────┘ └────────┬───────┘ └──────────┬─────────────┘ ┌──────▼───────┐ │ 单一命令处理器 │ ← 全部鉴权、限幅、幂等判重都在这里 └──────┬───────┘ ▼ 执行器 / 遥测 ``` 四条规矩： 1. **命令处理器只有一个。** 两条链路是**传输**，不是两套功能。任何安全约束 （SR-13 的限幅、越界拒绝、序号判重）都写在处理器里，绝不写进适配器 —— 否则以后加第三条链路时必然漏掉一处，而**功能测试完全测不出来**。 2. **不做主备切换，两条都常开。** 谁先送到算谁的，靠 3 的序号去重。 做「主备」就要判定"主链路死了没有"，而那个判定本身就是新的故障点。 3. **序号是全局的，不分链路。** 上位机给每条命令一个单调递增的序号， 板子记住最近 N 个已执行的序号。WiFi 重传 + USB 又发了一遍同一条命令时， 第二次必须被丢弃 —— 否则「按 10 秒电源键」会执行两遍，第二遍正好按在刚开机的手机上。 4. **USB 链路与日志共用一条流。** ESP32-S3 的原生 USB-Serial-JTAG 本身就是 CDC-ACM，不需要切到 TinyUSB，也不影响 esptool 下载（FR-15 不变）。 代价是命令响应和运行日志在同一条串流上，**必须分帧**（建议命令用带前缀的单行 JSON，日志走另一个前缀），否则日志一刷就把响应冲散。 > ⚠️ **别把 WiFi 凭据和 MQTT 地址编译进固件。** 放 NVS，用 USB 链路配置 —— > 这正好是兜底链路的第二个用途：新板子上架时先插 USB 配网。 命令语义与链路无关，两条链路完全一致： | 命令 | 参数 | 说明 | |---|---|---| | `status` | — | 五路 V/I/PG/FLT、输入 V/I、两路 NTC + 载板温度、风扇转速、各路状态机状态 | | `set_voltage` | 路号, mV | 走 `rail_set_mv()`，越界拒绝（10.5） | | `power_cycle` | 路号, 断电秒数 | 二级硬重启（4.1） | | `key` | 路号, 键位掩码, 保持 ms | 单键与组合键同一个接口 | | `edl` | 路号, on/off | 内部按 SW-6 的固定时序展开 | | `vbus` | 路号, on/off | 默认断开 | | `fan` | 占空比 / auto | `auto` 交回 `t_thermal` 闭环 | | `events` | 起始序号 | 增量拉取事件日志 | 三条接口硬约束： - **没有任何命令能让输出超过 4.2 V**（SR-13）—— 包括「原始 DAC 写入」这类调试命令， 它压根不该存在于发布固件里。 - **命令必须幂等或带序号**：链路重传时不能让「按 10 秒电源键」执行两遍（上面第 3 条）。 - **链路失联不触发任何动作**（10.2）：没有心跳超时关输出这回事。 #### A12 定稿的线上格式（2026-09-27，`firmware/main/cmd.h`） 一行一条、单层扁平 JSON（嵌套 / 数组 / 转义 / 浮点 / null / 重复键一律 `parse`）。 ``` → {"seq":17,"cmd":"key","rail":3,"keys":"pwr","ms":10000} ← {"seq":17,"ok":true} ← {"seq":17,"ok":false,"err":"range"} 重传命中：{"seq":17,"ok":true,"dup":true} ``` | 命令 | 参数 | 与上表的差别 | |---|---|---| | `status` | — | 只读，seq 可省，不判重。读不到的量回 `null`（不是 0） | | `set_voltage` | `rail`, `mv` | 限 3524~4010（DAC 物理范围，比 SR-13 的 4.2 V 更紧） | | `power_cycle` | `rail` | **不收断电秒数**：固定 4 s（§7.4 的 3~5 s 窗口） | | `key` | `rail`, `keys`（`"pwr"` / `"vdn+pwr"`…）, `ms`（1~15000） | 单按电源键 ≥10 s 记一条软重启事件 | | `edl` | `rail` | **不收 on/off**：跑一遍 SW-6 固定序列；退出 EDL 用 `power_cycle` | | `vbus` | `rail`, `on` | eFuse 关着时 `on:true` 拒（`state`）；序列进行中拒（`busy`） | | `power` ⭐新增 | `rail`, `on` | 管理界面要能停一台。关 = 先断 VBUS 再关 eFuse；VBUS 断不掉也照样关 eFuse，回 `io` | | `fan` | `duty`（0~1000，0 = 自动） | **只是下限**：实际 = max(温度曲线, duty)，远程不能把风扇调小 | | `events` | `from`（可省） | 一次最多 8 条 `[序号,上电ms,路,类型,arg,mV,µA]`，类型是 `log_ev_t` 的冻结数字 | - 会动东西的 7 条**必须带 seq（1~2³²−1）**；判重窗口 32 条、全局、按值相等判。 上位机同一个 seq 只用于同一条命令的重传，「再试一次」要换新 seq。 - 错误码：`parse / unknown_cmd / no_seq / arg / range / empty / busy / state / io / overflow`。 `range / empty / state` 记 `LOG_EV_CMD_REJECT`（arg = 命令号，bus_mv = 越界值，current_ua = 原因号），其余不记。 - 空槽（`PRSNT#` 高）的按路命令一律 `empty`。 - 板子重启会清空判重窗口；上位机看 `status.up` 变小识别重启。 #### A13 定稿的 USB 分帧（2026-09-27，`firmware/main/ulink.h`） ``` 上位机 → 板 @C [*XXXX] CRC 可省（给人手敲）；带了就必须对 板 → 上位机 @R *XXXX CRC 必带；XXXX = CRC-16/CCITT-FALSE(json)，4 位大写十六进制 其余任何一行 = 日志 ``` - 前缀只在行首算数；日志行若以 `@` 开头，固件会垫一个空格 ⇒ 日志永远不会被当成帧。 - 链路层自己的错误（不进命令处理器、不记事件）：`too_long` / `bad_crc` / `bad_frame`（NUL 或控制字符）/ `queue_full`，能解析出 seq 就回显。 - **USB 副控制台已关**（`CONFIG_ESP_CONSOLE_SECONDARY_NONE`）：USB 上只有「日志钩子的副本 + 回应」两路，同一把锁；`printf` / panic 只去 UART0（J33）。 - 上位机打开串口时 **DTR / RTS 保持低**，否则可能把板子复位。参考实现 `firmware/tools/prlink.py`。 - 实测（板 B，2026-09-27）：200 条 status 连发 0 坏帧，混进的 `t_safety` 日志全部正确识别；往返 status ≈3 ms、小命令 <1 ms。 #### A14 定稿的 MQTT 链路（2026-09-27，`firmware/main/mlink.h` / `netcfg.h`） base = `phonerail/`，id = 板子 STA MAC 的 12 位小写十六进制（板 B = `b81f3fc9c8bc`）。 | topic | 方向 | QoS | retain | 内容 | |---|---|---|---|---| | `/cmd` | 服务器 → 板 | 1 | 否 | 一条命令 JSON（与 USB `@C` 负载相同，无前缀无 CRC） | | `/rsp` | 板 → 服务器 | 1 | 否 | 一条回应 JSON | | `/tele` | 板 → 服务器 | 0 | 否 | 周期遥测 = 一条 status 回应（无 seq），默认 1 s（`tele_ms` 200~60000） | | `/state` | 板 → 服务器 | 1 | 是 | `{"online":true,"fw":..,"ip":..}`；掉线由遗嘱改成 `{"online":false}`（keepalive 15 s） | - **配网（C1）**：`wifi`（ssid / pass）与 `mqtt`（uri / user / pass / tele_ms）两条命令，存 NVS，**只收 USB**（经 WiFi 来回 `link` 并记事件）。 `net` 查网络状态，**永不回显密码**（只报 `pass_set` / `mpass_set`）；含 `wifi_reason`（最近一次断开原因码）。 - uri 收 `mqtts://`（TLS，CA 编在固件：`firmware/main/certs/evse_ca.pem`）或 `mqtt://`（只该用在局域网）。 - **broker = home 服务器现有 mosquitto 的 8883（TLS）**，与 evse 共用：板子用户名 = id，ACL 用 `pattern … phonerail/%u/…` 只许碰自己的四个 topic；后端用户 `phonerail-backend` 可读写 `phonerail/#`。口令在服务器 `/root/phonerail/mqtt.env`（仅 root）。 - 失联不动作：WiFi 断按 1/2/4…60 s 退避重连，MQTT 由 esp-mqtt 每 10 s 重连；没有任何分支会碰输出。 - 实测（板 B，2026-09-27）：经 WiFi `CANBOX-5G` → 公网 → 8883 TLS 连上；判重 / `link` / `empty` / `parse` 回应与遥测（1 条/s）全部符合。 #### C2 定稿的 OTA（2026-09-27，`firmware/main/ota.h` / `ota_esp.c`） 用户定的三条：**明文 HTTP 下载 + 命令带 sha256**（哈希走 MQTT/TLS，下载被改了只会哈希不对）、**不签名**（不烧 eFuse）、 **新固件 120 s 内连上 broker 才算健康，否则回滚**。 - 命令（两条链路都收，会动东西 ⇒ 必须带 seq、进判重窗口）： `{"seq":N,"cmd":"ota","url":"http://home.example:7765/fw/.bin","sha256":"<64 位小写>","size":N,"reboot":false}` 回 `{"seq":N,"ok":true,"act":"start"|"reboot"|"ready"}`；下载中再来 `busy`；新固件还没自证时 `state`；size 超一个槽（3 MB）`range`。 url 只收 `http://`、≤64 字节（命令字符串上限）。 - ⚠️ **`reboot` 默认 false**：只下载 + 校验 + 切启动分区、下次复位生效；同一个镜像已就绪时再发带 `"reboot":true` 的，不重下、直接重启。 重启 / 超时回滚：板上固件 ≥0.1.0-c3 且目标镜像认接管 ⇒ **手机不断电**（§10.9「重启不断电」）；否则 ESP 一复位 EN 就被下拉，**五台手机硬断电一次**。 - status 多一块 `"ota":{"st":"idle|dl|ready","got":N,"size":N,"err":null|"http|size|hash|flash|image|boot|noslot","pend":bool,"bad":null|"版本号"}`； `pend` = 正在跑的固件还没自证，`bad` = 被判无效回滚掉的那份的版本号（镜像头版本 = `PHONERAIL_FW_VERSION`）。 - 新事件 **`LOG_EV_OTA`（18）**，arg：1 开始 / 2 就绪 / 3 失败（bus_mv = 原因号）/ 4 自证健康 / 5 回滚 / 6 为换固件重启。新命令号 **`ota` = 13**。 - 健康判据：启动走完 + 配了 broker 就要 MQTT 连上（只配 WiFi 则 WiFi 通、都没配只看启动）；在 `t_link` 里判，另有 esp_timer 在 150 s 兜底 （app_main 卡死也能回滚）；自证前崩溃 / 看门狗由 bootloader 回滚（`CONFIG_BOOTLOADER_APP_ROLLBACK_ENABLE`）。 - 分区（16 MB）：nvs 0x9000（没动）/ phy_init / **ota_0 0x10000、ota_1 0x310000 各 3 MB** / otadata 0x610000 / evlog 0x612000。 - 服务器：nginx 7765（`rack/deploy/nginx-phonerail-fw.conf`）只放行 `/fw/<16 位十六进制>.bin`，**不过门户**（板子过不了门禁； 完整性靠哈希、镜像里无机密）；路由器 7765 转发 2026-09-27 已加。推送工具 `firmware/tools/ota_push.py [--reboot]`。 - 实测（板 B，2026-09-27）：1 MB 下载 ≈8 s，推送到自证健康 19 s；错哈希 ⇒ `err:hash`、不切分区；删掉板子 broker 账号后推送 ⇒ 120.1 s 回滚到旧版、`bad` 报出被回滚的版本；下载期间巡检 `skipped` 0。 ### 10.9 启动顺序 ``` 1 上电：GPIO 全部显式置安全态（硬件下拉已保证，固件再确认一次） 2 I²C 扫描 10 个器件 —— 缺任何一个都进「降级模式」（10.10），不要照常启动 3 读回 DAC 通道值（NVM 默认 3.90 V），与期望比对 4 载入 NVS 里的标定值与上次的每路使能状态 5 逐路上电，**路与路之间错开 100 ms** 6 等各路 PG，超时则记事件并保持该路关闭 7 起风扇闭环，起链路任务 ``` > ⚠️ **第 5 步的错开不是讲究，是必须**：单路缓启动涌流 0.8 A，五路同时开就是 4 A > 叠在 12 V 输入上，而输入预算本来就是 8.3 A（PR-2）。错开 100 ms 之后 > 各路的斜坡（11.5 ms）完全不重叠。 **A15 定稿的落地（2026-09-27，`firmware/main/bringup.{h,c}`，宿主机 24 例）**： - 分两段：`bringup_devices()` = 第 1~4 步；**`t_safety` 在两段之间起来**，再 `bringup_power_restore()` = 第 5~6 步 —— 上电那一刻巡检已经在看（原文第 7 步没说巡检何时起，等五路开完才起就有近 1 s 的盲区）。 - 第 2 步 R2 实际是 15 片：主干 mux / 两片 DAC / 输入侧 INA226 / CH224A，五片刀片各 INA226 + PCA9555。 六片 INA226 都在这一步写 Config / Calibration（A14 之前没做，电流恒读 0）；输入侧 0x43 在这一步登记对调接。 - 第 3 步 DAC 读回比对**只在上电复位时做**：热重启时 DAC 没断过电，里面是上次命令设的值。 - 第 4 步「上次的每路使能状态」= **意图**：只有 `power` 命令改它（NVS 键 `phonerail/rail_want`，1 字节）； 判据跳闸、硬重启、mux 全断都不改。新板没有这个键 = 一路都不开。 ⚠️ 设定电压**不**持久化：重启后五路回到 3.90 V，上位机要的话自己重下。 - 第 5 步错开按「上一路 EN 抬高的时刻」算（不等上一路 PG），ESP 上实际 100~110 ms。 - 第 6 步每路各等 500 ms（= 硬重启的 PG 上限）；等不到就关回去并记 **`LOG_EV_PG_TIMEOUT`（17，新增）**。 PCA9555 读不到时改按 INA226 电压（≥ 设定 − 100 mV）判；两样都读不到 = **开着、报「确认不了」**，不当成坏了。 - `HUB_RST#` 只在上电复位时脉冲，其余复位原因连配置都不做（配成输出那一刻就是一次复位）。 **重启不断电（2026-09-27，`firmware/main/warm_esp.c` + `bringup.h` 的 `adopt`）**——用户定：只管计划内重启，VBUS 也保持。 - 重启前（`warm_restart()`）：记下开着的路（RTC_NOINIT：魔数 + 掩码 + 反码）→ `gpio_hold` 锁住五根 `EFUSE_EN` → 重启。 **目标固件不认接管就不锁**（镜像第 288 字节的能力标记 `PRCAPS1`，`.rodata_custom_desc`）：推老版本（≤0.1.0-c2）时 它起来写不动被锁住的 EN，五路会**永远关不掉** —— 所以对它照老样子全断重启。 - 起来后（`warm_take()`，bringup 之前）：复位原因 = `ESP_RST_SW` **且**标记对得上才接管；标记一次性。 再读 EN 脚真电平核对（输出脚配成 INPUT_OUTPUT，锁住时输入缓冲还开着），线上是低的那路不接管。 - 第 1 步 `rail_en_init_keep(adopt)`：接管的路写高，**五根一律放开 hold** —— 崩溃 / 看门狗时上一条命的锁可能还在，不放开就关不掉。 刀片不在 / mux 失联的接管路立刻关（`adopt_dropped`，空槽记 `SLOT_EMPTY` arg 1）。 - PCA9555 用 `pca9555_init_keep(VBUS 位)`：方向寄存器已是本固件写的才留 VBUS（掉过电的片子锁存器是 0xFF，照留 = 凭空开 VBUS），键 / EDL 清零。 - 第 5~6 步：已开着的路不重开、不等 PG。DAC 照常 init（中间约 1 ms Hi-Z ⇒ 输出退化到 3.890 V，设计文档「DAC 未供电 / 输出 Hi-Z」那一行），自定义电压回到 3.90 V（本来就不持久化）。 - 事件：`LOG_EV_OTA` arg 7，bus_mv = 接管掩码，µA 列 = 关掉的掩码。 - 代价：esp_restart → 新固件 t_safety 起来约 1~2 s，SR-5 / SW-8 不判（eFuse 硬件保护在）。兜底定时器回滚、新固件崩溃都**不**走接管。 - 实测（板 B，空槽强制 CH1 在位的台架镜像）：CH1 开着 → OTA 带重启 → 新固件读到 IO9 仍为高、记 `18/7 mv=1` → CH1 一直开着。 ### 10.10 降级矩阵 | 失效 | 检测方式 | 行为 | |---|---|---| | 某片 INA226 无应答 | I²C NAK | 该路失去遥测 → **保持供电**，标记为「盲跑」，禁用该路的 SR-5 / SW-8 判据并持续告警 | | I²C 总线挂死（SDA 被拉低） | 连续超时 | 发 9 个时钟脉冲做总线恢复；仍不通则复位 I²C 外设；再不通进降级模式 | | DAC 无应答 | I²C NAK | **不关输出** —— DAC 不响应时输出停在 NVM 默认的 3.90 V，是安全值 | | PCA9555 无应答 | I²C NAK | 失去 FAULT / PG 可见性；改用 INA226 的电压判据兜底 | | 载板 LM75BD 无应答 | I²C NAK | 多半是排针接触不良（它在排针另一侧）→ **风扇转到 100 %** 并告警，不要按「读不到温度=不热」处理 | | 上位机失联 | 心跳超时 | 见 10.2：**什么都不做** | | 看门狗复位 | — | 复位即全关（SR-6），重启后按 10.9 恢复，并记一条复位事件 | **降级模式**的定义：只保留「关断能力」与「事件记录」，不再自动上电、不接受调压命令， 持续告警。宁可五台手机不开机，也不要在盲态下带电跑。 **A15 落地时补的三条（2026-09-27，逐行用例在 `firmware/test/test_bringup.c`）：** - **mux 失联时主干也够不着**：`i2cbus_xact(主干)` 要先给 mux 写「全关」，这一步失败回调就不跑。 所以启动时 mux 复位后仍不通 ⇒ 不去碰 DAC / 输入侧 / CH224A（不刷三条误导性的 I2C_LOST）， 设定值影子回 NVM 默认、功率按 60 W，只记一条 MUX_LOST。 - **看门狗复位**的「复位事件」就是 `LOG_EV_BOOT`，arg = `esp_reset_reason()`（1 上电 / 4 panic / 6 任务看门狗 / 11 USB …）。 - **I²C 总线挂死**那一行（9 个时钟恢复 + 复位外设）**还没做**，在 HAL 层，待办。 - CH224A：设计上挂 mux 通道 5，**板 B 实测在主干应答**（0x22/0x23）；启动时两处都找。 ### 10.11 关于 FR-12「模拟电量曲线」的一个说明 这条需求的实现方式和它的字面意思不一样，值得在架构层写清楚：**手机的电量计是从 电池端电压推算 SoC 的**，我们给的电压就是它看到的全部信息。所以「模拟电量曲线」 = **按锂电放电曲线缓慢改变输出电压**（比如 12 小时从 4.01 V 走到 3.60 V，再跳回去）。 两个后果： - 它**不需要**任何新硬件，是 `rail_set_mv()` 之上的一个慢速调度器； - 它与 SW-4（单路电压微调）**共用同一个执行器**，两者必须互斥 —— 否则运维把某台调到 4.0 V，曲线任务转头又把它拉回 3.6 V。 FR-12 是「中（可选）」，建议**首版先不做**，把接口留出来即可。 ### 10.12 架构层面的待定项 | 项 | 状态 | |---|---| | ~~上位机链路选型（10.8）~~ | ✅ **2026-09-06 用户拍板：方案 C**，WiFi 常态 + USB CDC 兜底 | | ~~OTA 升级~~ | ✅ **2026-09-27 C2 完成**：双槽 + 失败回滚，定稿见 §10.8「C2 定稿的 OTA」 | | WiFi 掉线重连策略 | 指数退避 + 上限；**重连过程不得阻塞 `t_safety`**（10.3），链路任务优先级最低就是为这个 | | **MQTT broker 与 topic** | 2026-09-27 起由本项目自定（D7，broker 在 home 服务器）；topic 约定随 A14 写进 §10.8 | | 时间同步 | 当前方案是上位机下发墙钟做偏移，不加 RTC。若日志要脱机长期归档需重议 | | FR-12 电量曲线 | 建议首版不做，只留接口（10.11） | | `input_suspend` 节点路径 | 与 SW-7 / V-8 是同一件事，首台机上确认后写死 | --- ## 11. 约束与假设 ### 11.1 硬约束 | ID | 约束 | |---|---| | **C-1** | 全部为 1S 机型，负载固定为小米8（dipper）主板 | | **C-2** | 原厂电池保护板**被旁路** ⇒ 失去一层与本板独立的防线，全部安全责任落在 SR-2 / 3 / 5 上 | | **C-3** | 无电池 ⇒ 失去一个内阻只有几十 mΩ 的缓冲电容。**瞬态阻抗设计（§6）比电压精度重要得多**，是这类板子的主要故障来源 | | **C-4** | ESP32-S3-WROOM-1 可用 IO 有限（19 根信号已排满），新增功能只能走移位寄存器或 I²C 扩展 | | **C-5** | USB2517I 要求 D± 走线 ≤ 6 inch(152 mm) ⇒ Hub 只能放在载板通道正中 | | **C-6** | BM24（尾插）连接器只有 **10 次插拔寿命** ⇒ 装配流程必须减少反复插拔 | | **C-7** | 小米8 原理图 PDF 是第三方扫描件，**一切引脚 / 机械结论以实测为准** | ### 11.2 假设（若不成立需重新评估） | ID | 假设 | |---|---| | **A-1** | 上游 USB 恒为 5 V（只接电脑 / Hub，不接快充头） | | **A-2** | 手机关机待机电流在 ≈50 µA 量级 | | **A-3** | 目标 ROM 上存在可写的「关充电」sysfs 节点（SW-7，路径待确认） | | **A-4** | 手机常态功耗 0.3 ~ 1 A / 路，五路同时 4 A 满载不会发生 | --- ## 12. 验收准则 ### 12.1 首板上电验收（17 步，**严禁第一次上电就接手机**） 完整步骤与通过标准见设计文档 **§11**。其中： - **第 5 步（人为断开 R2，模拟致命故障）** 与 **第 6 步（负载阶跃 + 阻尼验证）** 是这块板子的两个**核心验证项，不得跳过** —— 它们分别验证 SR-3 和 PR-12 / C-3。 - **第 12 步（ESP32 复位安全测试）** 验证 SR-6。 - **第 14 步（USB 反灌测试）** 验证 SR-10 / SW-8。 ### 12.2 需求 → 验收方法对照 | 需求 | 验收方法 | 通过标准 | |---|---|---| | PR-4 / PR-5 | 扫 DAC 全量程 | 输出扫过 3.52 ~ 4.01 V，与公式误差 <1%；**任何码值都到不了 4.2 V** | | SR-2 | 固件写越界值 | 输出被拓扑限死，不越过上限 | | SR-3 / SR-4 | 人为断开反馈下电阻 | eFuse 断开，输出侧尖峰不超过 4.7 V | | SR-5 | 注入 +150 / −300 mV 偏差 | 20 ms 内关路并产生告警记录 | | SR-6 | 手动复位 ESP32 | 示波器确认五路立即关断、15 路按键无一误触发、EDL 无触发 | | SR-7 | 固件同时置位 EN 与放电 | 硬件互斥，10 Ω 上无持续功耗 | | SR-9 | 可调电源把母线升到 13.5 V | 泄放导通并拉回 13.2 V 以下 | | SR-10 / SW-8 | 不关充电直接接 USB | 电流转负 → 固件 200 ms 内断 VBUS | | SR-15 | 排线加 4.40 V | **不断开**（断开说明焊到了 `B+`/`B−`） | | PR-12 | 0→4 A 阶跃（带 20 cm 线 + 电容组） | 压降 <300 mV，**无 6 kHz 振铃** | | PR-13 | 满载 4 A 跑 30 min | 温升 <40 K | | PR-14 | 断电重启时序 | 输出 200 ms 内 <0.5 V | | FR-4 / SW-5 | 逐项试按键 | 短按唤醒 / 长按 10 s 强制重启 / VOL−+PWR 进 Fastboot 均有效 | | FR-5 / SW-6 | 下发 EDL 序列 | 主机可见 9008 设备 | | FR-7 | 五台全接 | `adb devices` 与 `fastboot devices` 均可见 | | FR-10 / TR-6 | 拔掉一个风扇 | TACH 频率下降约 1/5，产生告警 | | SW-12 | 断开 WiFi（拔 AP / 关热点），从 USB 下命令 | 命令照常执行；**五路输出不受影响**（10.2 的失联行为） | | SW-12 | 同一序号的命令从两条链路各发一遍 | **只执行一次**，第二条被判重丢弃并记事件 | | **总体目标** | 五台长稳 | **24 h 无重启、无告警** | ### 12.3 装配前必做的实物验证（阻塞项） | 项 | 内容 | 出处 | |---|---|---| | V-1 | **排线旁路验证**：确认焊在 `P+`/`P−`，4.40 V 不断开 | §13.7 | | V-2 | **侧键触点定位**：万用表 5 分钟，拍照存档 | §13.3 | | V-3 | **环路补偿实测扫频**（三个位置已留焊盘） | §9.2 | | V-4 | **量两个新连接器实物高度**（XT30PW-M / 2510-3A）—— 余量只有 1~3 mm，**别信估计值** | §26.16 | | V-5 | **两条排线路径试装**（电池 / 尾插穿槽走背面） | §25.16 | | V-6 | **J7n 镜像位按底层装法复做**；装好后做两点通断复核 | §24.3 / §25.16 | | V-7 | **风扇线装配顺序**：必须「先插五根风扇线，再合上载板」 | §26.16 | | V-8 | 确认目标 ROM 上 `input_suspend` 的实际路径 | §15.2 | > 完整的待办 / 已关闭清单以设计文档 **§12** 为准，本表只列对需求验收有约束的。 --- ## 13. 已知风险与已接受的取舍 | # | 风险 | 处置 | |---|---|---| | R1 | 去掉原厂保护板 = 少一层独立防线 | **已接受**。定量核算 eFuse 余量 ≈11 倍；且 eFuse 断开后 2200 µF 仍撑着，手机继续运行不掉电，表现优于保护板断开 | | R2 | 最坏角落下 eFuse 可能到 4.519 V 才跳，超 1S 上限约 60 mV | **已接受**。走到这一步说明第一层已失效，输出以 6.4 mV/µs 冲过这 70 mV 只需 ≈10 µs，远短于锂电过压损伤时间常数 | | R3 | 两个同款 USB-C 插错 | **已接受**（用户在 USB-B / USB-C 之间选了 C）。靠丝印 + 颜色 + 外壳标记缓解 | | R4 | 低边调速导致 PWM 关断期间读不到转速 | **已接受**。若最终选 4 线 PWM 风扇，MOS + 续流管 + 分压可全删 | | R5 | IF-5 的 100 µF MLCC 在 3.9 V 偏压下只剩 ≈40 µF，中频储能从 200 µF 降到 ≈80 µF | **待复核**。严格照原方案需换真聚合物 | | R6 | 电感 SPM6530T-4R7M 的 Isat 6.2 A < 原定的 7 A | **已接受**，裕量分析见设计文档「已知遗留」 | | R7 | BM24 仅 10 次插拔寿命 | 靠装配流程规避（C-6） | | R8 | 手机主板机械固定方式（是否连中框）未定 | **不阻塞打样** | --- ## 14. 需求 → 设计追溯表（速查） | 需求域 | 设计文档章节 | |---|---| | 规格 / 输入输出 | §1、§3 | | 电压范围与本质安全 | §4（含 §4.4 失效态验算） | | 三层保护链 | §5 | | 瞬态阻抗与阻尼（C-3） | §6 | | 断电重启与放电 | §7 | | MCU 接口 / GPIO / I²C | §8、§26.18 | | 选型与 BOM | §9 | | PCB 与叠层 | §10、§25、§26 | | 验收与调试 | §11、§14 | | 手机侧接口 | §13 | | USB 子系统 | §15、§18、§21 | | 两板架构与机械 | §22、§25 | | 散热 | §22.6 | | EDL | §22.4 | | **软件架构** | **设计文档里没有对应章节 —— 见本文 §10** | --- ## 15. 术语 | 术语 | 含义 | |---|---| | **直供** | 拆掉电芯与保护板，从电池座直接供给受控电压 | | **dipper** | 小米8 的代号 | | **P+ / P−** | 电池保护板的**输出侧**焊点（本项目的接入点） | | **B+ / B−** | 电芯侧焊点（**接错这里是本项目最隐蔽的装配错误**） | | **eFuse** | 带可调过压 / 限流 / 缓启动的电子保险丝（TPS25940A） | | **EDL / 9008** | 高通紧急下载模式 | | **本质安全** | 靠拓扑与元件取值在物理上限死危险状态，而不是靠软件判断 | | **下板 / 载板** | 下板 = 电源板；载板（上板）= 承载五块手机主板的板 |