U23 @ 0x20,16 个脚全部是输入:5×EFUSE_FLT# + 5×EFUSE_PGOOD + BUCK_PG + INA_ALERT + 4 个焊死在地上的备用脚(P0_7 / P1_5~7)。位表与地址从 .claude/pcb1-parts.json 的真实焊盘网络逐脚核回来,与设计文档 §17.2 一致。 驱动根本不提供「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。原因是 PCA9555 的 Output Port 寄存器复位值是 0xFF —— 把接地脚配成输出的那一刻它就输出高电平, 而真器件既不报错也不 NAK,只是发烫。 三种极性(FLT# 低有效 / PGOOD 高有效 / INA_ALERT 低有效)各自只在一个函数里 出现一次;上层问「有没有故障」,不许自己去 & 位。 sim 侧新增按 datasheet 建模的假 PCA9555:Output 复位 0xFF、输入按位合成、 接地脚被驱动时记短路、INT# 只被「读输入端口」清除。为此给假 I²C 总线加了一个 窃听钩子(POST_WRITE / PRE_READ)—— 通用寄存器表模拟不了「配成输出就对地 短路」这类事,以后再有这种器件照这个挂。 验收:8 条 ctest(81 用例)全绿;idf.py build 通过,pca9555.c.obj 在。 12 个「一定会被写出来的错」逐个注进去跑过,全部变红。 Co-Authored-By: Claude Opus 5 <[email protected]>
50 KiB
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:
- 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;
- 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;
- 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。上位机侧的调用方由农场既有系统实现(N7),本项目交付板侧协议与实现,见 §10.8 |
| 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 | 本期只交付固件与命令接口,上层由农场既有系统对接 |
3. 系统组成(需求视角)
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:电压偏离设定 >±100 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 复位 / 上电期间,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 | §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 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 2 s 开机 / 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
┌─ 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;
- 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 |
| 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)。
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:
- 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。
- 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。
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:
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。
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:
- 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。 - 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。 - 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」。
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。
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
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:
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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。
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。
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 |
|---|---|
| ✅ 2026-09-06 用户拍板:方案 C,WiFi 常态 + USB CDC 兜底 | |
| OTA 升级 | 既然定了 WiFi,建议做:双分区 + 失败回滚。没有 OTA 的话一次坏固件要把板子从机架上拆下来插 USB,而 USB 兜底链路本身也能烧 —— 所以这是「省事」不是「救命」,可以排在首版之后 |
| 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 |
| 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 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 |