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vault backup: 2026-05-21 18:18:26

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赵天浩
2026-05-21 18:18:26 +08:00
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4
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65
README 1.md → README.md
View File

@@ -1,54 +1,29 @@
## 项目名称
# 姿态传感器
### 姿态传感器
## 开发环境
## 运行条件
* Python
* [OpenOCD](https://pan.7iwind.cn/directlink/pan/工具/xpack-openocd-0.12.0-7-win32-x64.zip)
* [CLion](https://www.jetbrains.com/clion/download/?section=windows)
* [arm-none-eabi-gcc](https://developer.arm.com/-/media/Files/downloads/gnu/15.2.rel1/binrel/arm-gnu-toolchain-15.2.rel1-mingw-w64-x86_64-arm-none-eabi.msi)
* [protoc-nanopb](https://pan.7iwind.cn/directlink/pan/工具/protoc-nanopb.zip)
> 列出运行该项目所必须的条件和相关依赖
* Python==3.14
* OpenOCD
* CLion
* Arm-none-eabi-gcc
## 运行说明
> 说明如何运行和使用你的项目，建议给出具体的步骤说明
* 操作一 `python -m venv .venv`
* 操作二 `.venv\Scripts\activate`
* 操作三 `pip install -r .\requirements.txt`
## 测试说明
> 如果有测试相关内容需要说明，请填写在这里
## 技术架构
## 项目名称
### 姿态传感器
## 运行条件
> 列出运行该项目所必须的条件和相关依赖
* Python==3.14
* OpenOCD
* CLion
* Arm-none-eabi-gcc
## 运行说明
> 说明如何运行和使用你的项目，建议给出具体的步骤说明
## 环境配置说明
1. 下载所有运行条件中提到的文件
2.
## 测试说明
> 如果有测试相关内容需要说明，请填写在这里
2. 解压OpenOCD至可找到的文件夹
3. 解压protoc-nanopb并解压至可找到的文件夹，添加其内的bin路径到环境变量
4. 安装CLion
5. 安装arm-none-eabi-gcc，一路下一步即可，可自定义安装路径，安装成功后将bin目录添加至环境变量
6. 打开powershell，执行`pip install uv`
## CLion烧录及调试配置
1. 用CLion打开项目路径
2. 在弹出的窗口勾选CM4与CM7的启用预设![[step1.gif|447]]
3. 点击确定，开始生成CMake构建缓存![[gif20260514054158.gif|513]]
4. 配置CLion的openocd路径为解压openocd路径下bin文件夹里openocd.exe可执行文件的路径![[gif20260514054645.gif|613]]
5. 添加CLion的openocd烧录目标![[gif20260514055249.gif]]
6. 点击上方绿色三角箭头即可烧录固件到目标板
## 技术架构
```mermaid

1014
hardware_detailed_design.md Normal file
View File

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673
hardware_spec.md Normal file
View File

@@ -0,0 +1,673 @@
# 硬件规格书
## 1. 文档说明
### 1.1 文档目的
本文档用于定义本项目硬件系统的设计规格、接口要求、电气特性、结构约束、可靠性要求以及测试验收标准，为原理图设计、PCB 设计、硬件调试、软件适配和后续量产迭代提供依据。
### 1.2 适用范围
本文档适用于本项目硬件系统的设计、评审、调试和测试，包括：
- 主控板硬件设计
- 传感器接口设计
- 通信接口设计
- 电源系统设计
- 存储系统设计
- 调试与下载接口设计
- 外部连接器与线缆设计
- 硬件可靠性与环境适应性设计
### 1.3 版本记录
| 版本 | 日期 | 作者 | 修改说明 |
|---|---|---|---|
| V0.1 | 2026-05-21 | XXX | 初版创建 |
---
## 2. 产品概述
### 2.1 产品定位
本硬件系统用于惯性导航、组合导航、数据采集、网络通信和文件存储等场景。设备需要支持 IMU、GNSS、以太网、串口、文件系统以及 Web 配置页面等功能。
### 2.2 主要功能
设备应支持以下功能：
1. 采集 IMU 数据；
2. 接收 GNSS 数据；
3. 支持以太网通信；
4. 支持本地文件存储；
5. 支持 WebServer 配置页面；
6. 支持 FTP 或 HTTP 文件访问；
7. 支持 COM 口配置；
8. 支持 CLI 调试接口；
9. 支持设备状态指示；
10. 支持后续下水测试环境需求。
---
## 3. 系统总体架构
### 3.1 硬件组成
| 模块 | 说明 |
| ------- | ---------------------------- |
| 主控 MCU | 负责数据采集、协议解析、文件系统、网络通信和任务调度 |
| IMU 接口 | 连接 STIM300、ADIS16488 或兼容 IMU |
| GNSS 接口 | 连接 K922 或其他 GNSS 模块 |
| 以太网接口 | 提供 TCP/IP、HTTP、FTP 等网络通信能力 |
| 存储模块 | 用于日志、配置文件、数据文件存储 |
| 电源模块 | 提供系统所需各路稳定电源 |
| 调试接口 | 支持 SWD/JTAG、UART、RTT 等调试方式 |
| 外部连接器 | 用于电源、通信、传感器和扩展接口连接 |
| 状态指示 | LED 或其他方式显示运行状态 |
### 3.2 系统框图
```mermaid
flowchart LR
Power[电源输入] --> PMU[电源管理模块]
PMU --> MCU[STM32H7 主控]
MCU --> IMU[IMU 接口]
MCU --> GNSS[GNSS 接口]
MCU --> ETH[以太网 PHY]
ETH --> RJ45[RJ45 接口]
MCU --> Storage[SDNAND / eMMC / SDMMC 存储]
MCU --> UART[COM / CLI 串口]
MCU --> Debug[SWD / JTAG 调试接口]
MCU --> LED[状态指示灯]
```
---
## 4. 主控 MCU 规格
### 4.1 MCU 选型
| 项目 | 规格 |
|---|---|
| MCU 型号 | STM32H755 / STM32H747 或同系列兼容型号 |
| 内核 | Cortex-M7 + Cortex-M4 |
| 主频 | CM7 最高 480 MHz，CM4 最高 240 MHz |
| Flash | 根据具体型号确定 |
| SRAM | 根据具体型号确定 |
| 外设接口 | SPI、UART、I2C、SDMMC、ETH、USB、GPIO、TIM 等 |
### 4.2 主控功能要求
MCU 需要满足以下要求：
1. 支持双核启动与运行；
2. 支持 ThreadX 实时操作系统；
3. 支持 FileX 文件系统；
4. 支持 NetX Duo 网络协议栈；
5. 支持 OpenAMP 双核通信；
6. 支持 IMU 高速采集；
7. 支持 GNSS 数据解析；
8. 支持以太网通信；
9. 支持本地数据存储；
10. 支持 Bootloader 或固件升级扩展能力。
### 4.3 时钟要求
| 时钟源 | 要求 |
|---|---|
| HSE | 推荐使用外部晶振或有源晶振 |
| LSE | 如需 RTC，建议预留 |
| 系统主频 | 满足 CM7 高性能运行需求 |
| 以太网时钟 | 满足 RMII 50 MHz 时钟要求 |
| SDMMC 时钟 | 满足存储器稳定读写要求 |
| SPI 时钟 | 满足 IMU 数据采集速率要求 |
---
## 5. 电源系统规格
### 5.1 电源输入
| 项目 | 规格 |
|---|---|
| 输入电压 | 依据系统需求定义，例如 5 V / 12 V |
| 输入接口 | 板对板连接器 / 电源端子 / FPC |
| 保护措施 | 反接保护、过流保护、TVS 防护 |
| 滤波要求 | 输入端应具备必要的 LC 或 π 型滤波 |
### 5.2 电源轨设计
| 电源轨 | 用途 | 电压 | 要求 |
| -------- | ---------- | ----------- | -------------- |
| VDD_3V3 | MCU、PHY、外设 | 3.3 V | 稳定、低纹波 |
| VDD_1V8 | 部分外设或存储 | 1.8 V | 根据器件需求配置 |
| VDD_CORE | MCU 内核 | 内部或外部供电 | 按 STM32H7 设计要求 |
| VDD_IMU | IMU 供电 | 根据 IMU 要求 | 低噪声 |
| VDD_GNSS | GNSS 模块供电 | 3.3 V / 5 V | 需考虑启动电流 |
### 5.3 电源设计要求
1. IMU 电源应尽量使用低噪声 LDO；
2. MCU、PHY、存储器电源应满足峰值电流需求；
3. 电源上电时序应符合 MCU 和外设要求；
4. 模拟电源与数字电源应合理隔离；
5. 关键电源轨应预留测试点；
6. 重要外设可考虑独立电源控制。
---
## 6. IMU 接口规格
### 6.1 支持设备
| IMU 型号 | 接口 | 说明 |
|---|---|---|
| STIM300 | RS422 / UART / SPI，按实际型号确定 | 高精度 IMU |
| ADIS16480 | SPI | ADI IMU |
| ADIS16488 | SPI | ADI IMU |
| 其他兼容 IMU | SPI / UART | 预留扩展 |
### 6.2 SPI 接口要求
| 项目 | 要求 |
|---|---|
| SPI 模式 | 根据 IMU 要求配置，例如 SPI Mode 3 |
| 数据位宽 | 支持 8 bit / 16 bit |
| 片选 | 独立 CS 控制 |
| 中断信号 | 支持 DRDY 数据就绪中断 |
| 时钟频率 | 满足 IMU 数据手册要求 |
| 信号完整性 | SPI 线应尽量短，必要时串联阻尼电阻 |
### 6.3 IMU 接口信号
| 信号 | 方向 | 说明 |
|---|---|---|
| SPI_SCK | MCU -> IMU | SPI 时钟 |
| SPI_MISO | IMU -> MCU | SPI 数据输入 |
| SPI_MOSI | MCU -> IMU | SPI 数据输出 |
| SPI_CS | MCU -> IMU | 片选 |
| IMU_DRDY | IMU -> MCU | 数据就绪中断 |
| IMU_RST | MCU -> IMU | 复位控制，建议预留 |
| IMU_SYNC | MCU <-> IMU | 同步信号，按需求预留 |
### 6.4 布局要求
1. IMU 应尽量靠近设备安装基准面；
2. IMU 周围避免大电流、高速数字信号和开关电源；
3. IMU 安装方向应在 PCB 丝印中明确标注；
4. IMU 电源应独立滤波；
5. IMU 接口信号应保证阻抗连续和地参考完整。
---
## 7. GNSS 接口规格
### 7.1 GNSS 模块
| 项目 | 规格 |
|---|---|
| 模块型号 | K922 或兼容 GNSS 模块 |
| 通信接口 | UART |
| 数据协议 | NMEA / RTCM，按需求支持 |
| 默认波特率 | 根据模块配置确定 |
| 天线接口 | 外置有源天线或板载接口 |
### 7.2 GNSS UART 信号
| 信号 | 方向 | 说明 |
|---|---|---|
| GNSS_TX | GNSS -> MCU | GNSS 数据输出 |
| GNSS_RX | MCU -> GNSS | GNSS 命令输入 |
| GNSS_PPS | GNSS -> MCU | 秒脉冲信号 |
| GNSS_RST | MCU -> GNSS | GNSS 复位 |
| GNSS_EN | MCU -> GNSS | GNSS 电源使能 |
### 7.3 PPS 要求
1. PPS 信号应接入 MCU 定时器输入捕获引脚；
2. PPS 信号线应避免长距离绕线；
3. PPS 输入应考虑电平匹配；
4. PPS 可用于时间同步和采样时间戳校准。
---
## 8. 以太网接口规格
### 8.1 以太网功能
| 项目 | 规格 |
|---|---|
| 速率 | 10/100 Mbps |
| 接口模式 | RMII |
| PHY | LAN8742 / LAN8720 / 兼容 PHY |
| 应用协议 | TCP、UDP、HTTP、FTP |
| 网络协议栈 | NetX Duo |
### 8.2 RMII 信号
| 信号 | 方向 | 说明 |
|---|---|---|
| REF_CLK | PHY -> MCU 或外部 -> MCU/PHY | 50 MHz 参考时钟 |
| MDIO | 双向 | PHY 管理数据 |
| MDC | MCU -> PHY | PHY 管理时钟 |
| CRS_DV | PHY -> MCU | 接收数据有效 |
| RXD0/RXD1 | PHY -> MCU | 接收数据 |
| TX_EN | MCU -> PHY | 发送使能 |
| TXD0/TXD1 | MCU -> PHY | 发送数据 |
| PHY_RST | MCU -> PHY | PHY 复位 |
### 8.3 网络隔离变压器位置要求
设计原则：
1. PHY 到网络变压器之间为 MDI 差分信号；
2. 网络变压器到 RJ45 之间距离应尽量短；
3. 变压器、RJ45、ESD 防护器件应靠近外部接口；
4. 差分线应控制阻抗并等长；
5. 避免差分线跨分割地。
### 8.4 以太网布局要求
1. RMII 信号线尽量短且等长；
2. REF_CLK 需要重点保证信号质量；
3. MDI 差分线应按照 100 Ω 差分阻抗设计；
4. RJ45 外部接口应增加 ESD 防护；
5. PHY 电源应充分去耦；
6. PHY 地址配置电阻应明确；
7. PHY 复位时序应满足数据手册要求。
---
## 9. 存储系统规格
### 9.1 存储介质
| 存储类型 | 接口 | 用途 |
|---|---|---|
| SDNAND | SDMMC | 文件系统、日志、数据存储 |
| eMMC | SDMMC | 可选替代方案 |
| SPI Flash | SPI/QSPI | 配置、固件、参数存储 |
| EEPROM | I2C | 少量参数存储，可选 |
### 9.2 SDMMC 接口要求
| 项目 | 规格 |
| ----- | --------------------- |
| 数据宽度 | 1-bit / 4-bit |
| 时钟频率 | 根据稳定性测试确定 |
| 文件系统 | FileX |
| DMA | 支持 DMA 读写 |
| 缓存一致性 | 需要考虑 DCache 与 DMA 一致性 |
### 9.3 存储可靠性要求
1. 支持异常断电后的文件系统恢复；
2. 关键配置文件应采用双备份或校验机制；
3. 写入过程中应尽量避免频繁擦写同一区域；
4. eMMC 内部通常自带磨损均衡；
5. 原始 NAND Flash 需要软件层实现坏块管理和磨损均衡；
6. 重要数据写入后应进行 flush 或同步操作；
7. 对于日志类数据，应采用追加写入或分段文件策略。
---
## 10. COM 口与调试接口规格
### 10.1 UART / COM 接口
| 接口 | 用途 | 电平 |
|---|---|---|
| UART1 | CLI 调试 | 3.3 V TTL / RS232 / RS485 |
| UART2 | GNSS 通信 | 3.3 V TTL |
| UART3 | 外部 COM 配置 | 依据需求 |
| UART4 | 预留扩展 | 依据需求 |
### 10.2 CLI 调试口
CLI 调试口应支持：
1. 查看设备状态；
2. 配置网络参数；
3. 配置 COM 参数；
4. 查看 IMU/GNSS 状态；
5. 查看文件系统状态；
6. 查看日志输出；
7. 执行简单诊断命令。
### 10.3 SWD / JTAG 接口
| 信号 | 说明 |
|---|---|
| SWDIO | 调试数据 |
| SWCLK | 调试时钟 |
| NRST | 复位 |
| GND | 地 |
| VREF | 目标电压参考 |
| SWO | 可选，用于调试输出 |
设计要求：
1. SWD 接口必须预留；
2. 调试接口应靠近板边或方便夹具接触；
3. NRST 应可由调试器控制；
4. VREF 应连接目标板调试电压。
---
## 11. GPIO 与指示灯规格
### 11.1 状态指示灯
| 指示灯 | 颜色 | 功能 |
|---|---|---|
| PWR_LED | 绿色 | 电源状态 |
| RUN_LED | 绿色 | 系统运行状态 |
| ERR_LED | 红色 | 错误状态 |
| ETH_LED | 绿色/黄色 | 网络连接状态 |
| LOG_LED | 蓝色 | 数据记录状态，可选 |
### 11.2 按键
| 按键 | 功能 |
|---|---|
| RESET | 系统复位 |
| BOOT | 进入 Bootloader |
| USER | 用户自定义功能 |
---
## 12. FPC / 板间连接规格
### 12.1 板间连接场景
系统可能由主控板和接口板组成：
- 主控板：MCU、PHY、IMU、GNSS、存储、电源；
- 接口板：RJ45、外部连接器、防护器件等。
### 12.2 FPC 信号分类
| 类型 | 信号 |
|---|---|
| 电源 | VIN、3V3、GND |
| 以太网 | MDI 差分线 |
| 控制 | RESET、ENABLE |
| 通信 | UART、GPIO |
| 预留 | 备用 GPIO |
### 12.3 FPC 设计要求
1. 高速信号应分配连续地参考；
2. 差分信号应相邻布线；
3. 电源引脚应增加数量以降低阻抗；
4. 地引脚应充分分布；
5. 关键接口应考虑插拔 ESD 防护；
6. FPC 引脚定义应避免反插损坏。
---
## 13. 机械与结构要求
### 13.1 PCB 尺寸
| 项目 | 要求 |
|---|---|
| PCB 尺寸 | 根据结构设计确定 |
| 板厚 | 常规 1.6 mm，或根据结构需求调整 |
| 层数 | 推荐 4 层或以上 |
| 安装孔 | 根据结构件定义 |
| 定位孔 | 建议预留 |
### 13.2 IMU 安装要求
1. IMU 应靠近设备安装中心；
2. IMU 坐标系应在丝印和文档中明确；
3. PCB 固定方式应避免机械应力影响 IMU；
4. IMU 附近避免高热源；
5. 结构设计应保证 IMU 与设备本体刚性连接。
---
## 14. EMC 与 ESD 要求
### 14.1 ESD 防护
以下接口应增加 ESD 防护：
- RJ45 接口；
- 外部 COM 口；
- 电源输入口；
- FPC 外部接口；
- USB 接口，如果存在；
- GNSS 天线接口，如果存在。
### 14.2 EMC 设计要求
1. 开关电源区域应远离 IMU 和 GNSS；
2. 高速信号应避免跨分割地；
3. 电源入口应增加滤波；
4. 外部连接器附近应布置防护器件；
5. 时钟信号应尽量短；
6. 关键信号应避免靠近板边长距离走线。
---
## 15. 热设计要求
### 15.1 热源器件
主要热源包括：
- MCU；
- 以太网 PHY；
- 电源芯片；
- 存储器；
- 其他大功耗外设。
### 15.2 热设计措施
1. MCU 底部应增加足够地铜；
2. 电源芯片应按照数据手册布置散热铜皮；
3. 热源应远离 IMU；
4. 外壳结构应考虑导热路径；
5. 必要时增加温度传感器监测板温。
---
## 16. 环境适应性要求
| 项目 | 要求 |
|---|---|
| 工作温度 | 根据项目需求定义，例如 -20℃ ~ 70℃ |
| 存储温度 | 根据器件规格定义 |
| 湿度 | 根据使用环境定义 |
| 振动 | 满足下水测试和运输需求 |
| 防护等级 | 根据结构设计定义 |
| 盐雾/腐蚀 | 如用于海洋环境，应评估防护需求 |
---
## 17. 可测试性设计
### 17.1 测试点要求
以下信号应预留测试点：
- 主要电源轨；
- MCU 复位信号；
- BOOT 信号；
- SWDIO / SWCLK；
- UART TX / RX；
- SPI SCK / MISO / MOSI / CS；
- IMU DRDY；
- GNSS PPS；
- PHY REF_CLK；
- SDMMC CLK / CMD / D0；
- 关键 GPIO。
### 17.2 生产测试要求
硬件应支持以下测试：
1. 电源短路测试；
2. 电源电压测试；
3. MCU 下载测试；
4. IMU 通信测试；
5. GNSS 通信测试；
6. 以太网通信测试；
7. 存储读写测试；
8. COM 口收发测试；
9. 指示灯测试；
10. 长时间稳定性测试。
---
## 18. 硬件验收标准
### 18.1 基础功能验收
| 测试项 | 验收标准 |
|---|---|
| 上电启动 | 设备可正常上电，无异常发热 |
| MCU 下载 | 可通过 SWD 正常下载和调试 |
| 时钟系统 | 主频、外设时钟正常 |
| IMU 通信 | 可稳定读取 IMU 数据 |
| GNSS 通信 | 可稳定接收 NMEA 数据 |
| PPS 输入 | 可捕获 PPS 信号 |
| 以太网通信 | 可正常 ping 通并建立 TCP 连接 |
| 文件系统 | 可正常挂载、读写、删除文件 |
| COM 口 | 可正常收发数据 |
| WebServer | 可访问配置页面 |
### 18.2 稳定性验收
| 测试项 | 验收标准 |
|---|---|
| 长时间运行 | 连续运行 24 小时无死机 |
| 网络传输 | 文件上传下载无异常中断 |
| 存储写入 | 长时间写入无文件系统损坏 |
| 掉电测试 | 异常断电后系统可恢复 |
| 温升测试 | 关键器件温度满足设计要求 |
| 抗干扰测试 | 外部接口插拔不导致系统异常 |
---
## 19. 原理图设计检查清单
### 19.1 MCU
- [ ] 电源引脚全部连接正确；
- [ ] BOOT 配置正确；
- [ ] NRST 电路正确；
- [ ] SWD 调试接口完整；
- [ ] 关键 GPIO 未冲突。
### 19.2 电源
- [ ] 输入保护完整；
- [ ] 电源芯片选型满足电流需求；
- [ ] 电源时序满足要求；
- [ ] IMU 电源低噪声处理；
- [ ] PHY 电源去耦充分；
- [ ] 存储器电源满足峰值电流；
- [ ] 所有电源轨预留测试点。
### 19.3 以太网
- [ ] PHY 地址配置正确；
- [ ] RMII 信号连接正确；
- [ ] REF_CLK 方向正确；
- [ ] PHY 复位电路正确；
- [ ] 网络变压器位置合理；
- [ ] RJ45 ESD 防护完整；
- [ ] 差分线阻抗和走线规则明确。
### 19.4 存储
- [ ] SDMMC 信号连接正确；
- [ ] 上拉电阻配置正确；
- [ ] 电源满足存储器要求；
- [ ] 存储器复位或使能信号确认；
- [ ] DMA 访问内存区域规划明确。
### 19.5 IMU / GNSS
- [ ] IMU 接口电平正确；
- [ ] IMU DRDY 接入中断引脚；
- [ ] IMU 安装方向明确；
- [ ] GNSS UART 连接正确；
- [ ] GNSS PPS 接入定时器输入捕获；
- [ ] GNSS 天线接口和供电设计正确。
---
## 20. PCB 设计要求
### 20.1 层叠建议
推荐 4 层 PCB：
| 层 | 用途 |
|---|---|
| L1 | 信号层 |
| L2 | 完整地平面 |
| L3 | 电源层 / 信号层 |
| L4 | 信号层 |
### 20.2 PCB 设计重点
1. 保证完整地平面；
2. 以太网差分线控制阻抗；
3. IMU 区域远离噪声源；
4. 电源芯片布局紧凑；
5. 高速信号避免长距离绕线；
6. SDMMC 信号尽量等长；
7. 调试接口方便接入；
8. 关键测试点方便测量。
---
## 21. 风险项与改进方向
| 风险项 | 影响 | 改进措施 |
|---|---|---|
| 以太网 DMA 与 DCache 一致性问题 | 导致网络异常或 ping 不通 | 使用 MPU 配置 Non-Cache 区域，或正确 Clean/Invalidate Cache |
| SDMMC DMA 访问缓冲区异常 | 导致 FileX 写入失败 | 使用对齐缓冲区或中间 scratch buffer |
| IMU 受电源噪声干扰 | 影响姿态和导航精度 | IMU 独立 LDO、远离开关电源 |
| GNSS PPS 捕获不准 | 影响时间同步 | PPS 接入定时器输入捕获，优化走线 |
| 网络变压器位置不合理 | 影响以太网稳定性 | 变压器靠近 RJ45 |
| 掉电导致文件损坏 | 数据丢失 | 文件写入策略、双备份、掉电保护 |
| 板间 FPC 信号完整性不足 | 通信不稳定 | 增加地线、优化差分和高速信号排列 |
---
## 22. 附录
### 22.1 术语说明
| 缩写 | 含义 |
|---|---|
| MCU | 微控制器 |
| IMU | 惯性测量单元 |
| GNSS | 全球导航卫星系统 |
| PPS | 秒脉冲 |
| PHY | 以太网物理层芯片 |
| RMII | 精简媒体独立接口 |
| SDMMC | SD/MMC 存储接口 |
| DMA | 直接内存访问 |
| ESD | 静电防护 |
| EMC | 电磁兼容 |
| CLI | 命令行接口 |
### 22.2 参考资料
- STM32H7 系列数据手册；
- STM32H7 系列参考手册；
- IMU 器件数据手册；
- GNSS 模块数据手册；
- PHY 芯片数据手册；
- SDNAND / eMMC 数据手册；
- FileX / NetX Duo / ThreadX 相关文档。

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909
姿态系统产品规格说明书融合模板5.20.md Normal file
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@@ -0,0 +1,909 @@
# 姿态系统产品规格说明书融合模板
> 文档定位：本文件为船载/水下高精度姿态系统的产品级总规格书模板。它不是单纯PRD，而是用于承接产品需求、硬件需求、软件需求、接口控制、原理图评审、PCB评审、测试验收、认证准备、生产交付和RTM追溯的主规格文档。
---
## 文档控制信息
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 文档名称 | 姿态系统产品规格说明书 |
| 文档编号 | SPEC-POSE-2026-V1.0 |
| 产品名称 | 船载/水下高精度组合航姿系统 |
| 产品型号 | POSE-XXX |
| 产品类型 | AHRS / INS / POS / MRU |
| 适用阶段 | 原型机 / 工程样机 / 正式测试版 / 产品发布版 |
| 硬件版本 | HW_Vx.x |
| 软件版本 | SW_Vx.x |
| 原理图版本 | SCH_Vx.x |
| PCB版本 | PCB_Vx.x |
| BOM版本 | BOM_Vx.x |
| 编写部门 | 产品 / 硬件 / 嵌入式 / 算法 / 测试 / 质量 |
| 审核人 | 产品、硬件、嵌入式、算法、测试、质量、认证、生产 |
| 批准人 | |
| 文档状态 | 草稿 / 评审中 / 已冻结 / 已发布 |
| 密级 | 内部受控 / 对外删减版 |
### 版本记录
| 版本 | 日期 | 修改内容 | 修改人 | 评审结论 |
|---|---|---|---|---|
| V0.1 | | 初稿 | | |
| V0.9 | | 评审稿 | | |
| V1.0 | | 冻结发布版 | | |
## 1. 产品概述
### 1.1 产品定位
| 项目 | 规格描述 |
|---|---|
| 产品类型 | 船载/水下高精度组合航姿系统，属于 AHRS / INS / POS / MRU 类产品 |
| 典型应用 | 多波束测深、无人船USV、ROV/AUV、水下测绘、声呐运动补偿、海洋工程测量 |
| 核心功能 | 输出姿态、航向、升沉、位置、速度、时间、质量指标和系统状态 |
| 核心输入 | IMU、GNSS、双天线航向、RTK/RTCM、PPS/PTP、Event Input，可选DVL |
| 核心输出 | Roll、Pitch、Heading、Heave、Position、Velocity、Angular Rate、Acceleration、Status |
| 产品目标 | 为多波束声呐和船载测绘系统提供高精度地理参考、姿态补偿和运动补偿数据 |
| 对标方向 | Applanix POS MV、SBG Ekinox/Apogee、HydroPOS、OCTANS/HYDRINS、NovAtel SPAN/ALIGN、Advanced Navigation Certus类OEM方案 |
### 1.2 产品组成
| 组成部分 | 说明 |
|---|---|
| 主控计算单元 | STM32H747 或同级双核MCU/处理器 |
| IMU单元 | 战术级MEMS IMU，支持 ADIS16488、STIM300、SCH1633 等配置 |
| GNSS单元 | 多频多星座RTK-GNSS，支持主/副双天线定向 |
| 时间同步单元 | PPS、PTP、Event Input、IMU时间戳 |
| 通信接口单元 | Ethernet、RS232/RS422/RS485、USB/调试口 |
| 存储单元 | eMMC或等效存储，用于Raw IMU、GNSS观测值、POS数据和日志 |
| 电源单元 | 船载宽压输入、电源保护、掉电检测、保持供电 |
| 结构防护单元 | IP67外壳、防水连接器、安装基准、坐标轴标识 |
| 配套软件 | Web配置、FTP下载、日志导出、参数配置、后处理数据导出 |
| 配套文档 | ICD、安装配置手册、协议说明书、出厂测试与校准规范、维护手册 |
### 1.3 产品关键默认规格
> 本节为原理图、PCB、软件、测试和正式准入的统一基线。正式产品规格不得长期保留模糊项。
| 项目 | 正式规格 | 原型机例外 | 验收方式 | 优先级 |
| ----------- | ---------------------------------- | ----------------------- | --------------------- | ----- |
| 产品输入电压 | **9–36V DC** | 原型机允许12V实验室供电，但不得作为产品规格 | 电源拉偏、反接、瞬断、浪涌预扫 | P0 |
| PPS同步精度 | **PPS捕获时间戳误差≤5µs** | 不建议降低 | 示波器/逻辑分析仪 | P0 |
| PTP同步精度 | **目标≤1µs**；未验证时标注“待硬件实测” | 可阶段性待验证 | PTP主从测试 | P0/P1 |
| STIM300接口 | **默认UART/RS422类接口接入** | 最终以器件手册和硬件实现为准 | 连续采集、帧号、时间戳、丢帧统计 | P0 |
| ADIS16488接口 | SPI + DRDY/GPIO + RST | 无 | SPI时序、DRDY触发测试 | P1 |
| SCH1633接口 | SPI + DRDY/GPIO + RST | 待器件手册确认 | 初始化、读数、时间戳测试 | P1 |
| 数据存储 | **≥16GB eMMC或等效存储** | 原型机可临时使用SD/外部存储验证 | 连续写入、文件解析、FTP下载 | P0 |
| 掉电保护 | **必须支持掉电检测 + 保持供电 + 文件flush/sync** | 未实现则列P1风险 | 写入中断电，重启后文件系统不损坏 | P0 |
| COM1默认输出 | PASHR + PRDID，建议100Hz | 可配置 | 串口抓包 | P0 |
| COM2默认输出 | TSS1，建议100Hz | 可配置 | 声呐/上位机联调 | P0 |
| COM3默认用途 | RTCM差分输入 | 可配置 | RTK固定测试 | P1 |
| COM4默认用途 | Debug Log / Binary POS / 备用 | 可配置 | 串口抓包 | P1 |
| 以太网默认功能 | Web配置、FTP下载、TCP/UDP实时输出、PTP待验证 | 无 | Ping/Web/FTP/抓包/PTP测试 | P0/P1 |
| 实时升沉 | 5cm或5%，取大值 | 无 | 摇摆台/外场测试 | P0 |
| 延迟升沉 | 2.5cm或2%，默认300s | 可阶段性关闭 | 后处理对比 | P1 |
| 防护等级 | 产品版IP67 | 原型机可裸板/工装 | 气密/浸水测试 | P1/P0 |
### 1.4 产品型号与配置边界
| 配置项 | 原型机/开发版 | 工程样机/正式测试版 | 产品发布版 |
| ------- | ------------------------------ | -------------------- | --------------- |
| 输入电压 | 允许12V实验室供电 | 建议支持9–36V | 必须9–36V |
| IMU | ADIS16488/STIM300/SCH1633按样机配置 | 至少闭环一种主IMU + 一种兼容IMU | 明确标配/选配 |
| GNSS | K922或目标GNSS模块 | 双天线、PPS、RTK状态可用 | 双天线RTK/PPK完整 |
| 存储 | 可阶段性外部验证 | eMMC/文件系统可用 | eMMC + 掉电保护必须可用 |
| PTP | 可先验证网口链路 | 给出PTP实测结论 | 达到≤1µs或调整产品宣称 |
| 外壳防护 | 可裸板/工装 | 外场防护方案 | IP67定型 |
| COM输出 | 初步协议输出 | 可配置输出 | 出厂默认协议明确 |
| Web/FTP | 可先开发最小版本 | 支持配置与文件下载 | 作为正式交付功能 |
| 认证 | 暂不认证 | 预扫/摸底 | 按目标市场完成认证 |
### 1.5 行业对标产品概述
| 对标产品 | 产品定位 | 可借鉴点 | 对当前产品启示 |
| ------------------------------------------------------------- | -------------- | ----------------------------------------- | ----------------------- |
| Applanix POS MV SurfMaster / WaveMaster / OceanMaster / Elite | 船用高精度位置姿态系统 | GAMS双天线航向、TrueHeave、微秒级时间标记、COM/以太网输出 | 作为多波束测绘级产品主要对标 |
| SBG Ekinox-D / Apogee-D | 高性价比MEMS组合导航 | MEMS IMU + 双天线GNSS + Web配置 + 后处理 | 作为成本/性能平衡对标 |
| HydroPOS | 国产POS组合航姿系统 | 双GNSS天线、PCS、IMU、PPS、三点输出、后处理 | 作为国产产品文档和使用流程参考 |
| OCTANS / HYDRINS | 高端FOG MRU/INS | 实时升沉/延迟升沉、外部时钟同步、质量指标、安装手册体系 | 作为高端产品文档体系和安装要求参考 |
| NovAtel SPAN / ALIGN | GNSS/INS组合导航平台 | ALIGN双天线航向、LEVERARM、EXTHDGOFFSET、INSPVA日志 | 作为算法和后处理生态参考 |
| Advanced Navigation Certus类OEM | OEM级GNSS/INS模块 | 规格表、接口Pinout、Web配置、GPIO动态功能、协议包分类 | 作为硬件接口、ICD、Web配置、安装检查参考 |
### 1.6 产品层级与性能分级
| 层级 | 产品定位 | 典型对标 | 姿态精度 | 航向精度 | 升沉 | 适用场景 |
| --- | ------------ | ------------------------------------ | ------------ | -------------------- | ----------------- | ------------- |
| 基础级 | 小型无人船/普通声呐辅助 | 入门级POS/MRU | 0.03°–0.05° | 0.08°@2m | 5cm或5% | 轻量测绘、教学、一般工程 |
| 标准级 | 当前主推版本 | POS MV SurfMaster / Ekinox-D | ≤0.02°–0.03° | ≤0.05°@2m | 5cm或5%；延迟2.5cm或2% | 多波束测深、USV |
| 高级级 | 高精度测绘版本 | POS MV WaveMaster / Apogee-D | ≤0.02° | 0.03°@2m / 0.015°@4m | TrueHeave级 | 高精度水下测绘 |
| 旗舰级 | 高端惯导/深海/特殊环境 | POS MV OceanMaster / Elite / HYDRINS | ≤0.01° | ≤0.02°@2m | 高级延迟升沉 | 高端测绘、GNSS受限环境 |
---
## 2. 系统级规格 SYS
### 2.1 系统关键指标冻结表
| ID | 指标类别 | 指标项 | 当前版冻结值 | 目标/扩展值 | 验收方式 | 优先级 |
| ------------ | -------- | --------------- | ---------------------------------- | ------------------ | ------------ | ----- |
| SYS-PERF-001 | 姿态 | Roll/Pitch | RTK有效≤0.02° RMS；RTK失效60s≤0.05° RMS | 高级版≤0.01°–0.015° | 转台/跑船，对比光纤惯导 | P0 |
| SYS-PERF-002 | 航向 | Heading | 2m基线≤0.05° | 4m基线≤0.03°或≤0.015° | 双天线基线测试、8字绕行 | P0 |
| SYS-PERF-003 | 实时升沉 | Real-time Heave | 5cm或5%，取大值 | TrueHeave级 | 六自由度摇摆台/外场 | P0 |
| SYS-PERF-004 | 延迟升沉 | Delayed Heave | 2.5cm或2%，默认300s | 延迟时间可配置 | 后处理真值对比 | P1 |
| SYS-PERF-005 | 位置 | RTK Position | 水平1cm+1ppm，垂直2cm+1ppm | PPK/PPP扩展 | RTK固定解统计 | P0 |
| SYS-PERF-006 | 速度 | Velocity | TBD | 根据GNSS/INS能力冻结 | 真值对比 | P1 |
| SYS-PERF-007 | 数据更新率 | IMU Raw | ≥200Hz，目标支持1kHz | 1kHz | 日志统计/逻辑分析仪 | P0 |
| SYS-PERF-008 | 数据更新率 | POS输出 | ≥100Hz，网口目标200Hz | 200Hz | 串口/网口抓包 | P0 |
| SYS-PERF-009 | 时间同步 | PPS | ≤5µs | 目标≤1µs | 示波器/逻辑分析仪 | P0 |
| SYS-PERF-010 | 时间同步 | PTP | 目标≤1µs | 产品版需实测冻结 | PTP主从测试 | P0/P1 |
| SYS-PERF-011 | GNSS失效保持 | 30s/60s退化量 | TBD | 对标竞品失效保持能力 | 遮挡/回放测试 | P1 |
| SYS-PERF-012 | 输出延迟 | COM/ETH输出延迟 | TBD | 按多波束要求冻结 | 抓包+时间戳对齐 | P1 |
| SYS-PERF-013 | Event打戳 | Event Input时间戳 | TBD | 目标微秒级 | 脉冲发生器测试 | P1 |
### 2.2 工作模式与状态机
| 状态 | 触发条件 | 系统行为 | 输出要求 |
| ---------- | -------------- | ------------------------ | ------------- |
| Power On | 上电 | 电源稳定、MCU启动、加载配置 | 输出启动日志 |
| BIT自检 | 启动后 | 检查IMU、GNSS、存储、PPS、网络、配置区 | 输出自检结果 |
| Standby | 自检通过 | 等待配置或自动进入对准 | 输出状态，不输出有效POS |
| Alignment | IMU/GNSS满足条件 | 静基座/晃动基座/双天线辅助对准 | 输出对准进度 |
| Navigation | 对准完成 | 输出姿态、航向、位置、升沉、速度 | 正常协议输出 |
| Degraded | GNSS/RTK/IMU异常 | 降级或纯惯导保持 | 输出质量标志和错误码 |
| Logging | 记录开启 | 写Raw IMU、GNSS观测值、POS、日志 | 文件可回放 |
| Fault | 关键模块异常 | 报警、降级、复位或停止输出 | 错误码明确 |
| Shutdown | 掉电检测 | 停止写入、flush/sync、保存文件索引 | 文件系统不损坏 |
### 2.3 对准与初始化性能
| ID | 对准/初始化项 | 完成条件 | 完成后有效数据 | 验收方法 |
|---|---|---|---|---|
| SYS-INIT-001 | 姿态初始化 | IMU稳定，重力方向估计完成 | Roll/Pitch有效 | 静态试验 |
| SYS-INIT-002 | 导航初始化 | GNSS 3D Fix或手动初始位置 | 位置/速度有效 | GNSS定位测试 |
| SYS-INIT-003 | 航向初始化 | 双天线航向、速度航向或外部航向有效 | Heading有效 | 双天线测试 |
| SYS-INIT-004 | 时间初始化 | GNSS时间 + PPS有效 | UTC/GPS时间戳有效 | PPS测试 |
| SYS-ALIGN-001 | 静基座初始对准 | 静止条件满足 | 初始姿态 | 静态试验 |
| SYS-ALIGN-002 | 晃动基座对准 | 船载晃动条件满足 | 初始姿态/航向 | 摇摆台/外场 |
| SYS-ALIGN-003 | 双天线辅助航向对准 | 主副天线有效，基线固定 | 航向快速收敛 | 双天线基线测试 |
| SYS-ALIGN-004 | 热启动 | 配置与上次状态有效 | 缩短启动时间 | 多次上电 |
| SYS-ALIGN-005 | 对准失败处理 | 对准超时或质量不足 | Standby/Degraded/Error | 故障注入 |
### 2.4 GNSS失效与降级策略
| 场景 | 系统行为 | 输出要求 | 验收方式 |
|---|---|---|---|
| RTK固定→浮动 | 保持导航，降低质量标志 | 输出RTK状态变化 | RTK状态切换测试 |
| GNSS短时失效 | 进入惯性保持，协方差增大 | 输出DR状态和误差估计 | 遮挡/回放测试 |
| 双天线航向失效 | 使用IMU航向保持或单天线辅助 | 输出Heading质量标志 | 断开副天线测试 |
| PPS失效 | 切换内部时钟或PTP时钟，报警 | 输出时间同步异常 | PPS断开测试 |
| IMU丢帧 | 标记数据异常，必要时降级 | 输出IMU丢帧计数 | 串口/SPI异常注入 |
| 存储异常 | 停止记录或切换日志策略 | 输出存储错误码 | 写满/拔除/断电测试 |
### 2.5 时间同步与数据延迟指标
| 指标 | 规格要求 | 验收方法 |
|---|---|---|
| PPS捕获误差 | ≤5µs | 示波器测PPS边沿与系统时间戳 |
| PTP同步误差 | 目标≤1µs | PTP Master/Slave测试 |
| IMU时间戳抖动 | TBD，需统计周期方差 | 连续采集统计 |
| POS输出延迟 | TBD，需标定串口/网口输出延迟 | 抓包+时间戳对齐 |
| Event Marker打戳 | 支持外部事件输入并记录时间 | 外部脉冲测试 |
| 每帧相对PPS偏差 | 建议记录到日志 | 日志分析 |
| 时间有效标志 | 输出Time Valid、PPS Valid、PTP Sync等状态 | 协议抓包/状态页 |
---
## 3. 软件规格 SWE
### 3.1 软件架构与双核分工
| ID | 软件项 | 规格要求 | 验收方式 |
|---|---|---|---|
| SWE-ARCH-001 | 双核架构 | CM4负责实时采样、DMA、PPS捕获；CM7负责算法、网络、文件系统、协议输出 | 架构评审 |
| SWE-ARCH-002 | RTOS | 使用ThreadX或同级RTOS，任务优先级、栈空间、周期明确 | 长稳测试 |
| SWE-ARCH-003 | 核间通信 | 共享内存/无锁环形缓冲区传输带时间戳数据 | IPC压力测试 |
| SWE-ARCH-004 | 状态机 | 支持自检、对准、导航、降级、记录、故障、关机 | 状态迁移测试 |
| SWE-ARCH-005 | 看门狗 | 支持系统级和任务级心跳监控 | 故障注入 |
| SWE-ARCH-006 | 日志系统 | 支持分级日志、模块标签、关键时间戳和错误码 | 日志检查 |
| SWE-ARCH-007 | 配置管理 | 支持默认配置、用户配置、工厂配置、恢复出厂 | 配置测试 |
### 3.2 BSP与驱动规格
| ID | 模块 | 规格要求 | 验收方式 |
| ----------- | ----------- | ---------------------------------- | ---------------- |
| SWE-BSP-001 | GPIO/EXTI | 支持外部中断注册、触发沿、优先级、使能/禁用 | 单元测试 |
| SWE-BSP-002 | UART/Stream | 支持DMA、空闲中断、环形缓冲区、接收回调 | 串口压力测试 |
| SWE-BSP-003 | SPI | 支持IMU高速读取、片选、DRDY触发 | 逻辑分析仪 |
| SWE-BSP-004 | Timer/PPS | 支持PPS/Event硬件捕获、时间戳换算 | PPS测试 |
| SWE-BSP-005 | Ethernet | 支持NetX、TCP/UDP、WebServer、FTP、PTP验证 | Ping/Web/FTP/PTP |
| SWE-BSP-006 | Storage | 支持eMMC读写、文件分割、掉电同步 | 写入和断电测试 |
| SWE-BSP-007 | Watchdog | 支持独立看门狗、窗口看门狗、任务喂狗 | 故障注入 |
| SWE-BSP-008 | Bootloader | 支持升级、回滚、版本校验 | 升级测试 |
### 3.3 算法规格
| ID | 算法项 | 规格要求 | 验收方式 |
|---|---|---|---|
| SWE-ALG-001 | 标定补偿 | 支持零偏、标度因数、非正交误差、温度补偿 | 标定数据回放 |
| SWE-ALG-002 | 初始对准 | 支持静基座、晃动基座、惯性系对准 | 仿真/转台 |
| SWE-ALG-003 | 捷联解算 | 支持姿态、速度、位置积分及圆锥/划船补偿 | 标准轨迹回放 |
| SWE-ALG-004 | 杆臂补偿 | 支持IMU、GNSS天线、声呐、VRP三维杆臂 | 单元测试 |
| SWE-ALG-005 | 松组合EKF | 支持位置/速度量测更新、协方差传播、失效降级 | 仿真/HIL |
| SWE-ALG-006 | 双天线航向融合 | 支持GNSS双天线航向量测融合 | 基线测试 |
| SWE-ALG-007 | 实时升沉 | IIR/自适应滤波输出实时Heave | 摇摆台 |
| SWE-ALG-008 | 延迟升沉 | FIR零相位或等效算法，默认300s缓存 | 后处理对比 |
| SWE-ALG-009 | VRP多点输出 | 支持至少3个虚拟参考点 | 配置测试 |
| SWE-ALG-010 | DVL融合 | 可选支持DVL速度量测 | 回放测试 |
| SWE-ALG-011 | 异常量测拒绝 | 对GNSS跳变、航向异常、DVL异常进行抗差处理 | 故障注入 |
| SWE-ALG-012 | 质量估计 | 输出姿态/航向/位置/速度/升沉质量指标或标准差 | 对比验证 |
### 3.4 默认协议与COM口输出矩阵
| 端口 | 默认方向 | 默认协议 | 默认频率 | 默认波特率 | 可配置项 | 用途 |
| ------------ | ----- | --------------------------- | --------: | -------------------: | --------- | ------- |
| COM1 | 输出 | PASHR + PRDID | 100Hz | 建议460800，最低115200需验算 | 协议、频率、波特率 | 多波束姿态输入 |
| COM2 | 输出 | TSS1 | 100Hz | 115200/460800 | 协议、频率、波特率 | 声呐兼容 |
| COM3 | 输入 | RTCM | 按RTCM源 | 115200 | 波特率、输入源 | RTK差分 |
| COM4 | 输出/调试 | Debug Log / Binary POS | 10–100Hz | 115200/921600 | 日志等级、协议 | 调试/备用 |
| Ethernet UDP | 输出 | Binary POS / Protobuf / 自定义 | 100–200Hz | 100M网口 | IP、端口、频率 | 实时输出 |
| Ethernet TCP | 输入/控制 | Web/命令 | N/A | 100M网口 | IP、端口 | 配置控制 |
| FTP | 输出 | 文件下载 | N/A | 100M网口 | 用户、路径 | 数据下载 |
| NTRIP Client | 输入 | RTCM网络差分 | 按服务源 | Ethernet | IP、端口、账号 | CORS差分 |
| Event | 输入 | 脉冲事件 | 按外部设备 | 3.3V/5V待定 | 有效沿、去抖 | 声呐事件打戳 |
### 3.5 数据记录、回放与后处理支持
| 数据类型 | 是否必须 | 内容 | 默认频率 | 文件格式 | 用途 |
|---|---|---|---:|---|---|
| Raw IMU | 必须 | 时间戳、角速度、加速度、温度、状态 | ≥200Hz | BIN + 索引 | 算法回放、PPK |
| GNSS观测值 | 必须 | 原始观测、星历、RTK状态、PPS时间 | 按模块输出 | RINEX/UBX/RTCM/自定义 | PPK |
| POS实时结果 | 必须 | 姿态、航向、位置、速度、升沉、状态 | ≥100Hz | BIN/CSV索引 | 成果回放 |
| 系统日志 | 必须 | 状态机、错误码、时间同步、丢帧、存储异常 | 事件触发 | TXT/BIN | 问题定位 |
| 配置参数 | 必须 | 杆臂、安装角、端口、网络、IMU/GNSS配置 | 修改触发 | JSON/INI/BIN | 启动加载 |
| 后处理导出 | 建议必须 | Raw IMU、GNSS观测、POS、配置、日志 | 按任务 | RINEX/自定义包 | PPK/问题复盘 |
#### 3.5.1 掉电保护条款
| 掉电保护项 | 规格 |
| ----- | ------------------------------------- |
| 掉电检测 | 必须支持PWR_FAIL/PVD/ADC等硬件检测 |
| 保持供电 | 默认目标≥200ms，满足文件flush/sync |
| 软件动作 | 停止新写入 → flush/sync → 写文件尾/索引 → 标记安全关闭 |
| 验收方法 | 写入过程中断电，重启后文件系统不损坏，文件可识别 |
| 风险等级 | P0；若PPK/Raw记录作为卖点，则不得取消 |
### 3.6 诊断、质量指标与错误码
| ID | 规格项 | 要求 |
|---|---|---|
| SWE-DIAG-001 | BIT上电自检 | 检查IMU、GNSS、存储、网络、PPS、配置区 |
| SWE-DIAG-002 | 运行时监测 | 监测GNSS状态、RTK状态、IMU丢帧、PPS异常、存储异常 |
| SWE-DIAG-003 | 质量指标 | 输出姿态、航向、位置、速度、升沉质量标志或标准差 |
| SWE-DIAG-004 | 错误码 | 每类错误有唯一错误码、等级、恢复策略 |
| SWE-DIAG-005 | FDIR | 支持故障检测、隔离和降级重构 |
| SWE-DIAG-006 | 日志导出 | 支持按时间、模块、错误等级导出日志 |
| SWE-QA-001 | 编码规范 | MISRA C:2012、Barr-C、CERT C |
| SWE-QA-002 | 静态分析 | cppcheck、clang-tidy、clang-format、复杂度检查 |
| SWE-QA-003 | 单元测试 | 算法、BSP、协议、文件系统均需测试 |
| SWE-QA-004 | 追溯 | SYS-SWE-SDS-Test-Bug全链路追溯 |
### 3.7 Web配置与监控页面需求
| 页面 | 最小功能 |
| -------- | ---------------------------- |
| 状态页 | 系统状态、GNSS状态、Heading状态、时间同步状态 |
| 卫星页 | 可见卫星、SNR、主/副天线状态、RTK状态 |
| Raw IMU页 | 角速度、加速度、温度、丢帧计数 |
| 姿态页 | Roll/Pitch/Heading、角速度、质量标志 |
| 位置页 | 经纬高、RTK状态、位置标准差 |
| 速度页 | N/E/D速度、船速、速度质量 |
| 升沉页 | 实时升沉、延迟升沉、多参考点升沉 |
| 通信页 | COM口、以太网、协议、频率、错误统计 |
| 数据端口页 | 协议选择、输出频率、目标IP/端口 |
| 安装页 | 安装角、主副天线杆臂、声呐杆臂 |
| GNSS配置页 | 星座、频点、RTK、NTRIP |
| 数据记录页 | 开启/停止记录、文件列表、下载、删除、格式化 |
| 固件升级页 | 固件上传、校验、升级、回滚 |
| 诊断页 | 错误码、BIT结果、时间同步状态、存储状态 |
| 配置备份页 | 导出/导入配置，恢复出厂设置 |
---
## 4. 硬件规格 HW
### 4.1 硬件总体架构
| ID | 硬件项 | 规格要求 |
| ----------- | ------ | ----------------------------------------------------- |
| HW-ARCH-001 | 主控 | STM32H747或同级双核MCU，具备FPU、ETH、SPI、UART、Timer、DMA、外部存储接口 |
| HW-ARCH-002 | IMU接口 | 支持ADIS16488、STIM300、SCH1633等目标IMU |
| HW-ARCH-003 | GNSS接口 | 支持多频多星座GNSS、主/副天线、RTCM输入、PPS输出 |
| HW-ARCH-004 | 时间同步 | PPS接入硬件捕获通道；PTP能力需实测确认 |
| HW-ARCH-005 | 通信 | Ethernet、≥4路COM、调试口、可选USB/CAN |
| HW-ARCH-006 | 存储 | ≥16GB eMMC或等效存储，满足Raw持续写入 |
| HW-ARCH-007 | 扩展 | Event Input、DVL、外部GNSS、外部授时预留 |
| HW-ARCH-008 | 平台化 | 支持核心板+扩展板、GNSS模组、IMU模组、接口板模块化 |
### 4.2 硬件接口资源矩阵
| 功能 | 信号 | MCU资源 | 外部器件 | 方向 | 测试点 | 验收方法 |
| ----------- | ------------- | ------------ | ----------- | --------- | --- | ------- |
| GNSS数据 | GNSS_TX/RX | USARTx | K922/目标GNSS | 双向 | 是 | 串口抓包 |
| GNSS PPS | 1PPS | TIMx_CHx捕获 | GNSS | GNSS→MCU | 是 | 示波器 |
| GNSS状态 | RTK/PVT/ERR | GPIO | GNSS | GNSS→MCU | 建议 | 状态切换 |
| ADIS16488 | SPI + DRDY | SPIx + EXTI | IMU | 双向 | 是 | 逻辑分析仪 |
| SCH1633 | SPI + DRDY | SPIx + EXTI | IMU | 双向 | 是 | 逻辑分析仪 |
| STIM300 | UART/RS422 | USARTx/DMA | IMU | IMU→MCU为主 | 是 | 连续采集 |
| Ethernet | RMII | ETH MAC | PHY | 双向 | 部分 | Ping/抓包 |
| PTP | ETH PTP TS | ETH MAC | PHY | 双向 | 视方案 | PTP测试 |
| COM输出 | RS_T/R | UART + SP336 | 声呐/上位机 | 双向 | 是 | 串口抓包 |
| Event Input | EVENT_IN | TIM/EXTI | 外部设备 | 外部→MCU | 是 | 脉冲测试 |
| eMMC | SDMMC/FMC | SDMMC/FMC | eMMC | 双向 | 否 | 写入测试 |
| 掉电检测 | PWR_FAIL | GPIO/ADC/PVD | 电源监控 | 电源→MCU | 是 | 断电测试 |
| Debug | SWD/JTAG/UART | SWD/USART | 调试器/产测 | 双向 | 是 | 烧录调试 |
### 4.3 IMU兼容矩阵
| 项目 | ADIS16488 | SCH1633 | STIM300 |
|---|---|---|---|
| 默认定位 | 开发/验证IMU | 目标兼容IMU | 高性能/战术级IMU |
| 默认接口 | SPI | SPI | UART/RS422 |
| 数据就绪 | DRDY GPIO/EXTI | DRDY GPIO/EXTI | 串口帧到达/同步信号 |
| 复位 | MCU GPIO | MCU GPIO | 建议MCU可控 |
| 同步方式 | DRDY/PPS对齐 | DRDY/PPS对齐 | 帧时间戳/PPS同步/外部同步 |
| 供电 | 按器件手册 | 按器件手册 | 按STIM300手册确认 |
| 电平 | 3.3V SPI | 3.3V SPI | RS422/TTL待确认 |
| 默认频率 | ≥200Hz | ≥200Hz | 按配置，需支持高频 |
| 关键风险 | SPI时序/DRDY | 初始化/DRDY | 粘包、跳帧、帧解析、时间戳 |
| 验收 | 连续采样无异常 | 连续采样无异常 | 帧号连续、时间戳单调、无未解释丢帧 |
### 4.4 IMU传感器指标表
| 指标项 | 当前要求 | 目标/高配要求 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 陀螺量程 | TBD | 根据选型确定 | °/s |
| 加速度计量程 | TBD | 根据选型确定 | g |
| 陀螺零偏不稳定性 | TBD | 越小越好 | °/h |
| 加计零偏不稳定性 | TBD | 越小越好 | mg |
| 角随机游走 | TBD | 越小越好 | °/√h |
| 速度随机游走 | TBD | 越小越好 | m/s/√h |
| 噪声密度 | TBD | 按器件手册 | 陀螺/加计分别定义 |
| 带宽 | TBD | 满足高频采样 | Hz |
| 温度范围 | -40℃~+85℃或按型号 | 工业级 | 与产品环境一致 |
| 温补 | 必须支持 | 全温补偿 | 出厂标定数据 |
### 4.5 GNSS接收机选型对比表
| GNSS方案 | 星座频点 | 最大更新率 | RTK精度 | 授时精度 | RTCM支持 | 当前状态 |
|---|---|---:|---|---|---|---|
| K922 | 待补 | 待补 | 待补 | 待补 | RTCM v3.x | 当前原型机 |
| F9P/X20P类 | 多星座双频 | 25Hz级 | cm级 | ns级 | RTCM v3.x | 参考 |
| Mosaic X5类 | 多星座多频 | 100Hz级 | cm级 | <20ns级 | RTCM v2/v3 | 高配参考 |
| BD992类 | 多星座多频/L-band | 50Hz级 | mm/cm级 | ns级 | RTCM/CMR/CMR+ | 高配参考 |
> 说明：该表用于选型与对标，不能直接作为产品承诺。当前产品的GNSS指标必须以最终BOM、模块手册和实测报告冻结。
### 4.6 GNSS与双天线规格
| ID | 项目 | 规格要求 |
|---|---|---|
| HW-GNSS-001 | 模块 | 支持多频多星座RTK-GNSS |
| HW-GNSS-002 | 双天线 | 支持主天线和副天线，用于定位和定向 |
| HW-GNSS-003 | RTCM输入 | 支持串口或网络RTCM输入 |
| HW-GNSS-004 | PPS输出 | GNSS PPS接入MCU硬件捕获 |
| HW-GNSS-005 | 状态脚 | RTK/PVT/ERR状态接入MCU GPIO，定义有效电平 |
| HW-GNSS-006 | 天线供电 | 支持有源天线供电、短路保护、ESD保护 |
| HW-GNSS-007 | 射频走线 | PCB按50Ω阻抗控制，远离噪声源 |
| HW-GNSS-008 | NTRIP | 支持网络RTCM差分输入，配置IP/端口/账号 |
### 4.7 双天线基线与航向状态监测
| 项目 | 规格要求 |
|---|---|
| 主天线 | 作为定位主天线，输出位置、速度、PPS、观测值 |
| 副天线 | 与主天线构成双天线基线，用于航向解算 |
| 基线长度 | 支持配置2m/4m或实测基线长度 |
| 基线向量 | 支持输入主天线至副天线在船体坐标系下的XYZ向量 |
| 基线精度 | 建议实测误差≤5mm，作为高级航向性能前提 |
| 航向状态 | 输出固定解、浮动解、无解、低SNR、周跳、多路径等状态 |
| 报警 | 支持天线开路/短路、基线变化异常、RTK失效报警 |
| 验收 | 静态基线场、转向机动、8字绕行、断开副天线测试 |
### 4.8 PPS/PTP/Event/IMU时间同步链路
| 同步对象 | 来源 | 硬件路径 | 软件处理 | 精度目标 | 验收 |
|---|---|---|---|---|---|
| PPS | GNSS模块 | PPS → MCU定时器捕获 | 更新UTC/GPS时间基准 | ≤5µs | 示波器/逻辑分析仪 |
| PTP | Ethernet | ETH MAC/PHY | IEEE1588修正本地时钟 | ≤1µs目标 | PTP主从测试 |
| IMU时间戳 | IMU DRDY/串口帧 | EXTI/TIM/UART DMA | CM4打戳并送CM7 | TBD | 周期统计 |
| Event Input | 外部声呐/设备 | Event → TIM捕获 | 记录事件时间 | TBD | 外部脉冲 |
| POS输出时间 | 系统时钟 | 协议字段 | 输出UTC/GPS/系统时间 | 与PPS一致 | 协议抓包 |
强制条款：**PPS不允许仅作为普通GPIO状态读取；产品版应优先接入MCU硬件捕获通道。**
### 4.9 GPIO动态功能表
| GPIO功能 | 方向 | 用途 | 是否当前必须 |
|---|---|---|---|
| 1PPS Input | 输入 | 外部授时 | P1 |
| 1PPS Output | 输出 | 给声呐/上位机同步 | P1 |
| Event Input | 输入 | 声呐触发事件打戳 | P1 |
| GNSS Fix Output | 输出 | GNSS有效状态指示 | P2 |
| IMU DRDY | 输入 | IMU数据就绪 | P0 |
| RTCM Input | 输入 | 差分数据输入 | P1 |
| DVL Input | 输入 | 未来水下速度辅助 | P2 |
| TSS1 Output | 输出 | 声呐姿态输出 | P0/P1 |
| Fault Output | 输出 | 系统故障告警 | P2 |
| User DIO | 输入/输出 | 用户自定义 | P2 |
### 4.10 连接器与Pinout模板
| 接口 | 连接器型号 | Pin | 信号 | 方向 | 电平/标准 | 说明 |
| --------- | -------- | --: | -------- | ----- | ----------- | ----------- |
| 电源 | 待定 | 1 | VIN | 输入 | 9–36V | 船载电源 |
| 电源 | 待定 | 2 | GND | - | - | 电源地 |
| COM0 | 待定 | 1 | TX | 输出 | RS232/RS422 | PASHR/PRDID |
| COM1 | 待定 | 2 | RX | 输入 | RS232/RS422 | 可配置 |
| COM2 | 待定 | 1 | TX | 输出 | RS232/RS422 | TSS1 |
| COM3 | 待定 | 1 | RX | 输入 | RS232/RS422 | RTCM输入 |
| PPS/Event | 待定 | 1 | 1PPS | 输入/输出 | 3.3V/5V待定 | 时间同步 |
| PPS/Event | 待定 | 2 | EVENT_IN | 输入 | 3.3V/5V待定 | 事件打戳 |
| Ethernet | RJ45/航空插 | - | TX/RX | 双向 | 100Base-T | Web/FTP/PTP |
| GNSS ANT1 | SMA/TNC | - | RF_IN1 | 输入 | 50Ω | 主天线 |
| GNSS ANT2 | SMA/TNC | - | RF_IN2 | 输入 | 50Ω | 副天线 |
| Debug | 待定 | - | SWD/UART | 双向 | 3.3V | 调试/产测 |
### 4.11 存储、电源与调试接口
| 项目 | 规格要求 |
|---|---|
| eMMC | ≥16GB，支持Raw IMU、GNSS观测值、POS数据和日志连续记录 |
| 掉电检测 | 支持PWR_FAIL/PVD/ADC等方式触发安全关文件 |
| 保持供电 | 保持时间≥200ms或按实测文件系统flush时间确定 |
| SWD/JTAG | 必须保留调试口 |
| Debug UART | 必须保留调试串口或维护口 |
| 关键测试点 | 12V、5V、3V3、1V8、PPS、SPI、UART、DRDY、Reset |
| 产测接口 | 支持自动化烧录、版本查询、接口遍历、出厂校验 |
---
## 5. 电气规格 EE
### 5.1 电源与保护
| 项目 | 产品版规格 | 原型机状态 | 评审要求 |
|---|---|---|---|
| 输入电压 | 9–36V DC | 可12V调试 | 原理图必须说明差异 |
| 反接保护 | 必须 | 若无则P0/P1 | 投板前关闭 |
| 过压保护 | 必须 | 待确认 | 电源入口TVS/保护 |
| 浪涌/EFT | 必须考虑 | 待确认 | EMC预扫前完成 |
| 保险/限流 | 必须 | 待确认 | 保护电流路径 |
| 电源滤波 | 必须 | 待确认 | DCDC前后滤波 |
| IMU低噪声供电 | 建议必须 | 待确认 | 独立LDO/滤波 |
| GNSS天线供电 | 必须明确 | 待确认 | 电压、电流、短路保护 |
| 掉电检测 | 必须 | 待确认 | PWR_FAIL/PVD/ADC |
| 保持电源 | 必须 | 待确认 | 超级电容/UPS方案 |
| 测试点 | 必须 | 待确认 | 12V、5V、3V3、1V8、GNSS、PPS |
### 5.2 电源轨
| 电源轨 | 负载对象 | 规格要求 | 验收方式 |
|---|---|---|---|
| +5V | IMU/外设/中间电源 | 电流余量≥30%，纹波满足负载要求 | 示波器 |
| +3V3 | MCU/IO/数字电路 | 电压偏差、纹波、上电时序满足MCU要求 | 电源测试 |
| +1V8 | MCU/存储/低压外设 | 满足负载和时序要求 | 电源测试 |
| +3V3_GNSS | GNSS/天线供电 | 独立滤波，满足有源天线电流需求 | GNSS测试 |
| +3V3_NET | Ethernet PHY | 独立滤波，满足PHY上电时序 | 网络测试 |
| IMU_LDO | IMU低噪声供电 | 建议低噪声LDO，纹波满足IMU要求 | 纹波测试 |
### 5.3 接口电气规格
| 接口 | 电气要求 | 保护要求 |
|---|---|---|
| UART/TTL | 3.3V CMOS，波特率可配置 | ESD/限流 |
| RS232 | 符合RS232电平 | ESD/浪涌 |
| RS422/RS485 | 差分通信，终端匹配可配置 | ESD/共模保护/隔离可选 |
| Ethernet | 10/100Base-T，差分阻抗控制 | 网络变压器、ESD |
| PPS/Event | 明确电平、有效沿、脉宽、输入容限 | ESD/限流/施密特可选 |
| GNSS RF | 50Ω，支持有源天线供电 | RF ESD、防雷可选 |
| USB | USB FS/HS按型号定义 | ESD/热插拔保护 |
### 5.4 功耗与热设计
| 项目 | 规格要求 | 验收方式 |
|---|---|---|
| 典型功耗 | TBD，按最终BOM估算并实测 | 电源分析仪 |
| 最大功耗 | TBD，所有接口高负载运行 | 电源分析仪 |
| 峰值电流 | 上电、GNSS启动、存储写入时需统计 | 示波器/电流探头 |
| 温升 | MCU、PHY、电源、IMU附近温升不得影响精度 | 热像仪/温箱 |
| 散热路径 | 外壳导热、铜皮散热、热隔离IMU | PCB/结构评审 |
---
## 6. 机械、安装与标定规格
### 6.1 机械规格
| ID | 项目 | 规格要求 |
|---|---|---|
| MECH-001 | 外形尺寸 | 长、宽、高、安装孔位、重量按型号定义 |
| MECH-002 | 安装基准 | 明确IMU测量中心、外壳安装基准、船体坐标系 |
| MECH-003 | 坐标轴标识 | 外壳必须标注X/Y/Z或船艏方向 |
| MECH-004 | 连接器 | 防水、防松、防呆，接口定义与用户手册一致 |
| MECH-005 | 散热 | 主控、PHY、电源、存储温升不影响IMU精度 |
| MECH-006 | 防护 | 满足IP67或型号定义 |
| MECH-007 | 维护 | 便于现场连接、状态识别、数据导出、返修定位 |
### 6.2 坐标系定义
| 坐标系 | 定义要求 |
|---|---|
| IMU坐标系 | 以IMU器件/模块测量轴为准，明确X/Y/Z方向 |
| 设备坐标系 | 以外壳丝印和安装基准为准，必须与文档一致 |
| 船体坐标系 | 建议X向船艏、Y向右舷、Z向下，采用右手坐标系 |
| GNSS天线坐标 | 主/副天线相位中心位置必须记录 |
| 声呐坐标系 | 明确换能器参考点、安装方向、波束方向 |
| 输出坐标系 | NED/ENU/船体系/用户自定义输出必须说明 |
### 6.3 安装参数记录表
| 参数 | 内容 | 精度要求 | 记录方式 |
|---|---|---|---|
| IMU安装角 | Roll/Pitch/Yaw安装偏角 | TBD | 安装表 |
| IMU测量中心 | 相对船体参考点XYZ | mm级 | 安装表 |
| GNSS主天线杆臂 | 相对IMU/船体参考点XYZ | mm级 | 安装表 |
| GNSS副天线杆臂 | 相对主天线/IMU XYZ | mm级 | 安装表 |
| 声呐换能器杆臂 | 相对IMU XYZ | mm级 | 安装表 |
| 船体坐标系 | X/Y/Z方向定义 | 必须明确 | 图示+文字 |
| VRP点 | 船头、船尾、重心等 | mm级 | 配置表 |
| COG | 船体重心或升沉参考点 | mm级 | 配置表 |
### 6.4 安装检查清单
| 检查项 | 是否完成 | 验收说明 |
|---|---|---|
| 供电极性和输入电压检查 | □ | 9–36V或实验室12V |
| Web/以太网连接 | □ | 可访问配置页面 |
| IMU安装方向 | □ | X/Y/Z与船体坐标一致 |
| 主天线杆臂 | □ | IMU中心到主天线相位中心 |
| 副天线杆臂/基线 | □ | 主副天线基线方向和距离 |
| 声呐杆臂 | □ | IMU到换能器参考点 |
| COM输出 | □ | PASHR/TSS1/NMEA/Binary |
| PPS/Event | □ | 有效沿和时间戳正常 |
| 数据记录 | □ | Raw IMU/GNSS/POS/日志 |
| 初始化状态 | □ | 姿态、导航、航向、时间均有效 |
| 日志下载 | □ | Web/FTP可下载 |
| 版本确认 | □ | 硬件、软件、配置、校准版本一致 |
### 6.5 多波束集成与安装校准
| 项目 | 要求 |
|---|---|
| IMU坐标系 | 明确X/Y/Z方向，与外壳丝印、软件坐标系一致 |
| 船体坐标系 | 建议采用右手坐标系，明确船艏、右舷、下方向 |
| 声呐坐标系 | 明确声呐换能器安装角和参考点 |
| 杆臂测量 | IMU→主天线、IMU→副天线、IMU→声呐参考点必须实测 |
| 安装偏角 | Roll/Pitch/Yaw Boresight必须记录 |
| Patch Test | 支持外场Patch Test校准Roll/Pitch/Yaw安装误差 |
| 多点输出 | 支持至少3个VRP输出，如IMU点、声呐点、船体参考点 |
| 线缆接线 | 电源、COM、PPS/Event、Ethernet、GNSS天线必须有接线图 |
| 集成检查 | 与HYPACK/HYSWEEP、Qimera、CARIS等软件联调时应确认协议、时间、坐标系 |
---
## 7. 环境与可靠性规格
| ID | 项目 | 规格要求 | 验收方式 |
|---|---|---|---|
| ENV-001 | 防护等级 | IP67，水深1m浸泡30min；长期浸泡另定义IP68 | 气密/浸水 |
| ENV-002 | 工作温度 | -40℃～+85℃或按型号定义 | 高低温循环 |
| ENV-003 | 存储温度 | -40℃～+85℃或更宽 | 温箱 |
| ENV-004 | 湿热 | 满足船载高湿环境 | 湿热试验 |
| ENV-005 | 振动 | 符合IEC 60945或项目定义 | 振动台 |
| ENV-006 | 冲击 | 满足运输、安装、拍浪冲击 | 冲击测试 |
| ENV-007 | 盐雾 | 海洋环境适用 | 盐雾测试 |
| ENV-008 | 长稳运行 | 室温/高温/低温长时间运行无严重异常 | 24h/72h/168h |
| ENV-009 | EMC预扫 | 样机阶段完成关键接口预扫 | EMC预扫 |
| ENV-010 | 线缆可靠性 | 防水、防松、屏蔽、拉力满足外场要求 | 线缆测试 |
---
## 8. 认证与合规规格
### 8.1 目标认证清单
| ID | 认证项 | 目标要求 | 阶段 |
|---|---|---|---|
| CERT-001 | CE | EMC、安全、RoHS等 | 产品发布 |
| CERT-002 | EMC | 辐射、传导、静电、浪涌、EFT、抗扰度 | 样机/定型 |
| CERT-003 | IEC 60945 | 船用电子环境、电磁、振动等 | 船载版本 |
| CERT-004 | IP67/IP68 | 防水防尘等级 | 结构定型 |
| CERT-005 | RoHS/环保 | 物料环保合规 | 量产 |
| CERT-006 | 海洋测绘适配 | IHO S-44、GB 12327、GB/T 42640、JT/T 790等 | 产品验证 |
| CERT-007 | 软件质量 | MISRA C、静态分析、单元测试、版本追溯 | 软件发布 |
| CERT-008 | 计量/校准 | IMU/GNSS/姿态/升沉校准报告 | 出厂/交付 |
| CERT-009 | FCC/国内无线相关 | 仅当包含相关无线模块时适用 | 选配 |
### 8.2 认证与预认证设计输入
| 认证风险 | 设计要求 |
|---|---|
| EMC不过 | 电源入口、串口、网口、PPS、GNSS RF设计ESD/滤波/屏蔽 |
| 防水不过 | 外壳、密封圈、连接器、防水堵头、气密测试前置 |
| 振动不过 | IMU、连接器、大器件、线缆固定抗振 |
| 静电损坏 | 所有外部接口必须有ESD保护 |
| 认证样机不一致 | 原理图、PCB、BOM、结构、线缆、固件版本冻结 |
| 资料不完整 | 说明书、电气原理图、BOM、关键器件认证、测试报告齐备 |
---
## 9. 生产制造、出厂校准与交付
### 9.1 生产制造规格
| ID | 项目 | 规格要求 | 验收方式 |
|---|---|---|---|
| MFG-001 | 烧录 | 支持固件烧录、Boot配置、版本校验 | 产测工装 |
| MFG-002 | 配置加载 | 支持出厂配置、IMU标定参数、GNSS参数、网络参数写入 | 配置校验 |
| MFG-003 | 序列号 | 每台设备唯一SN、硬件版本、软件版本、校准版本 | 标签/系统查询 |
| MFG-004 | 出厂测试 | 电源、IMU、GNSS、PPS、COM、Ethernet、存储全检 | 出厂报告 |
| MFG-005 | 标定 | IMU误差参数、安装角、温补、杆臂默认值 | 标定报告 |
| MFG-006 | 老化 | 常温/高温老化按产品等级定义 | 老化记录 |
| MFG-007 | 包装运输 | 防潮、防震、防静电、运输标识 | 包装检验 |
| MFG-008 | 交付清单 | 主机、天线、电源线、数据线、网线、安装件、说明书、校准报告 | 交付检查 |
### 9.2 出厂校准证书要求
| 校准项 | 内容 |
|---|---|
| 设备信息 | SN、硬件版本、软件版本、BOM版本、校准日期 |
| IMU标定 | 零偏、比例因子、非正交、温度补偿参数 |
| 安装角 | 设备坐标系与IMU坐标系偏差 |
| GNSS基线 | 主/副天线基线长度与方向 |
| 姿态校准 | Roll/Pitch/Heading验证结果 |
| 升沉校准 | 摇摆台或标准数据集验证结果 |
| 时间同步 | PPS/PTP测试结果 |
| 出厂结论 | 合格/不合格、限制说明、签字 |
### 9.3 交付与包装清单
| 类别 | 交付物 |
|---|---|
| 主设备 | 姿态系统主机 |
| 天线 | GNSS主天线、GNSS副天线 |
| 线缆 | 电源线、COM线、以太网线、PPS/Event线、GNSS天线线缆 |
| 安装件 | 安装支架、螺钉、防水堵头、标识贴 |
| 文档 | 产品说明书、安装配置手册、接口控制文档、协议说明书 |
| 软件 | Web配置工具、固件升级工具、日志解析工具、后处理导出工具 |
| 证书 | 出厂测试报告、校准证书、合格证 |
| 包装 | 防震箱、防静电袋、防潮包、装箱单 |
### 9.4 维护升级与服务支持
| 项目 | 规格要求 |
|---|---|
| 固件升级 | 支持Web/维护口升级，升级失败可回滚或恢复 |
| 配置备份 | 支持导出/导入配置 |
| 日志导出 | 支持按时间、模块、错误等级导出日志 |
| 故障诊断 | 提供错误码表、状态灯说明、Web诊断页面 |
| 返修数据 | 支持SN、硬件版本、软件版本、运行日志、配置文件导出 |
| 维护手册 | 单独形成《故障诊断与维护手册》 |
---
## 10. 测试与验收规格
### 10.1 测试层级
| 层级 | 测试对象 | 测试内容 |
|---|---|---|
| 单元测试 SWE.4 | 算法、BSP、协议、文件系统 | 函数级、模块级正确性 |
| 板级测试 | 原理图/PCB/接口 | 上电、功耗、信号、电源、通信 |
| HIL测试 | 嵌入式系统 | 传感器模拟、数据回放、状态机、异常注入 |
| 实验室测试 | 转台/摇摆台/温箱 | 姿态、升沉、温度、时间同步 |
| 外场测试 | 车载/船载/正式 | GNSS、RTK、航向、升沉、声呐联调 |
| 认证测试 | EMC/IP/振动/环境 | 合规验证 |
| 回归测试 | 版本发布前 | 缺陷修复和核心功能复测 |
| 出厂测试 | 量产设备 | 供电、接口、传感器、协议、存储、校准 |
### 10.2 核心测试矩阵
| 需求ID | 测试项 | 工具/环境 | 通过标准 |
|---|---|---|---|
| SYS-PERF-001 | 姿态精度 | 转台/光纤惯导真值 | RMS满足指标 |
| SYS-PERF-002 | 航向精度 | 双天线基线场/跑船 | 满足基线对应指标 |
| SYS-PERF-003 | 实时升沉 | 六自由度摇摆台 | 5cm或5% |
| SYS-PERF-009 | PPS时间同步 | 示波器/逻辑分析仪 | ≤5µs |
| SYS-PERF-010 | PTP时间同步 | PTP主钟/从钟 | 目标≤1µs |
| HW-IMU-007 | IMU连续性 | 长稳采集脚本 | 无未解释丢帧/时间戳回退 |
| SWE-LOG-005 | 掉电保护 | 可控电源/写入负载 | 文件系统不损坏 |
| HW-GNSS-002 | 双天线定向 | RTK/双天线环境 | 航向稳定 |
| SWE-PROT-001 | 协议输出 | 串口抓包/协议解析器 | 字段、频率、校验正确 |
| CERT-002 | EMC | EMC实验室 | 满足目标标准 |
| ENV-001 | 防水 | 气密/浸水 | 无进水、无异常 |
### 10.3 正式测试准入清单
| 类别 | 准入条件 | 是否必须 |
|---|---|---|
| 硬件 | 原理图V2评审完成，P0关闭，P1有结论 | 必须 |
| 电源 | 输入保护、供电稳定、无异常发热 | 必须 |
| 防护 | 外壳、连接器、线缆、防水堵头确认 | 必须 |
| IMU | 数据连续、时间戳单调、无未解释跳帧 | 必须 |
| GNSS | 双天线、RTK状态、PPS输出正常 | 必须 |
| PPS | 捕获稳定，有示波器/逻辑分析仪记录 | 必须 |
| COM | 至少一路姿态/POS输出稳定 | 必须 |
| 网络 | Web/FTP/Ping可用，日志可下载 | 必须 |
| 存储 | Raw/POS数据可保存，断电不损坏 | 必须 |
| 日志 | 能观察状态、错误码、时间戳、算法输出 | 必须 |
| 软件 | 文件系统、COM配置、数据打包输出基本可用 | 必须 |
| 算法 | 升沉/松组合可基础联合运行并有log | 必须 |
| 风险 | 遗留问题有负责人、风险接受和回退方案 | 必须 |
### 10.4 原理图评审清单
| 模块 | 必查项 | 通过标准 |
| ------- | ----------------------------------------- | ------------ |
| 需求追溯 | 每个关键电路来源于PRD/HRS/RTM/问题单 | 无来源设计需补依据 |
| MCU最小系统 | 电源、复位、BOOT、时钟、SWD、VBAT完整 | 可稳定启动、烧录、调试 |
| IMU接口 | ADIS16488、STIM300、SCH1633供电、接口、电平、复位、同步明确 | 每种IMU接入路径清晰 |
| GNSS模块 | 双天线、PPS、RTK/PVT/ERR、串口完整 | 支持定位、定向、状态监测 |
| PPS | 接入MCU定时器捕获通道 | 不仅是普通GPIO |
| PTP | ETH MAC/PHY硬件能力明确 | 不明确则列风险 |
| 串口COM | RS232/RS422/RS485模式、默认配置、终端匹配明确 | 可配置、可测试 |
| 电源输入 | 9–36V、反接、保险、浪涌、TVS、滤波完整 | 满足船载环境 |
| 掉电保护 | 掉电检测、保持供电、文件安全关闭链路完整 | 支持数据记录安全 |
| 存储 | eMMC供电、接口、写入能力满足需求 | 支持Raw/PPK记录 |
| 外部接口 | FPC、RJ45、串口、PPS、Event、GNSS天线定义清楚 | 线缆和结构可落地 |
| ESD/EMC | 外部接口具备保护设计 | 保护器件靠近接口侧 |
| 调试/产测 | SWD、Debug UART、电源测试点、PPS测试点保留 | 可调试、可产测 |
### 10.5 PCB评审清单
| 模块 | 必查项 | 通过标准 |
|---|---|---|
| IMU布局 | 靠近机械安装基准，远离DCDC、PHY、高热器件 | 降低热、振动、噪声影响 |
| IMU坐标轴 | PCB、外壳、软件坐标系一致 | 丝印和文档一致 |
| GNSS射频 | RF走线50Ω阻抗控制，远离噪声源 | RF路径短、直、参考地连续 |
| PPS/Event | 走线短，远离高速线和开关电源 | 有测试点，回流路径完整 |
| 以太网 | RMII、差分线、网络变压器、RJ45符合规范 | 差分阻抗、长度、地参考满足 |
| 高速存储 | eMMC/SDRAM走线满足长度、阻抗、参考平面要求 | 无明显高速信号风险 |
| 电源布局 | DCDC回路紧凑，敏感电源滤波隔离 | 纹波和EMI可控 |
| 地平面 | 无关键回流路径中断 | 关键信号下方连续地 |
| 外部接口 | 连接器方向、间距、防呆、防水符合结构 | 装配无干涉 |
| 测试点 | 3V3、5V、1V8、PPS、SPI、UART、DRDY、Reset可测 | 探针可接触 |
| 热设计 | MCU、PHY、电源、eMMC有散热路径 | 不影响IMU/GNSS |
---
## 11. 需求追溯与风险闭环
### 11.1 需求ID规则
| 分类 | ID前缀 | 示例 |
|---|---|---|
| 系统性能 | SYS-PERF | SYS-PERF-001 |
| 软件 | SWE | SWE-ALG-001 |
| BSP/驱动 | BSP | BSP-SPI-001 |
| 硬件 | HW | HW-IMU-001 |
| 电气 | EE | EE-PWR-001 |
| 机械 | MECH | MECH-001 |
| 环境 | ENV | ENV-001 |
| 认证 | CERT | CERT-001 |
| 制造 | MFG | MFG-001 |
| 测试 | TEST | TEST-SYS-001 |
### 11.2 RTM追溯字段
| 字段 | 要求 |
|---|---|
| PRD需求ID | 全局唯一 |
| 需求分类 | SYS/SWE/BSP/HW/EE/MECH/ENV/CERT/MFG/TEST |
| 功能描述 | 描述物理表现或业务目的，不写代码逻辑 |
| 核心性能/约束指标 | 必须量化，有单位 |
| 优先级 | P0/P1/P2 |
| 所属子系统 | 算法、BSP、硬件、电源、通信、存储等 |
| 运行核心 | CM4/CM7/双核/N/A |
| 依赖硬件接口 | 具体外设、管脚、接口 |
| 详细设计文档 | 对应文档章节 |
| 测试阶段 | 单元测试、HIL、转台、外场、认证 |
| 测试用例ID | 对应测试管理平台 |
| 验收标准DoD | 触发条件 + 动作 + 可观测断言 |
| 风险点 | 架构师/负责人视角列出最担心的问题 |
### 11.3 风险清单
| 风险ID | 风险描述 | 等级 | 应对措施 | 关闭标准 |
|---|---|---|---|---|
| RISK-001 | STIM300存在跳帧/粘包风险 | 高 | 独立接口、帧解析、连续采集统计 | 24h无未解释丢帧 |
| RISK-002 | PTP 1µs目标未硬件验证 | 高 | 确认MAC/PHY硬件时间戳能力 | PTP测试报告 |
| RISK-003 | eMMC掉电损坏风险 | 高 | 掉电检测+保持供电+flush/sync | 断电测试通过 |
| RISK-004 | COM默认协议不清 | 中 | 输出COM矩阵并冻结默认配置 | 串口抓包通过 |
| RISK-005 | 9–36V电源保护不足 | 高 | 增加反接、浪涌、保险、滤波 | 电源测试通过 |
| RISK-006 | IMU坐标轴/安装角不清 | 高 | 坐标轴图+安装表+标定流程 | 安装评审通过 |
| RISK-007 | GNSS天线供电/保护不足 | 高 | 明确供电、电流、短路保护、ESD | 天线测试通过 |
| RISK-008 | 原理图与测试点不足 | 中 | 建立测试点清单并PCB落实 | 板级测试通过 |
---
## 12. 配套文档与附录体系
### 12.1 配套文档包
| 文档 | 作用 |
|---|---|
| 《硬件需求规格书 HRS》 | 细化主控、IMU、GNSS、电源、接口、结构、认证、产测 |
| 《软件需求规格书 SRS》 | 细化双核架构、BSP、算法、协议、日志、质量要求 |
| 《接口控制文档 ICD》 | 定义所有连接器、Pin、协议、帧格式、电平、时序 |
| 《安装与配置手册》 | 定义安装基准、杆臂、天线、GAMS、Web配置 |
| 《协议输出说明书》 | 定义NMEA、PASHR、PRDID、TSS1、Binary POS |
| 《Web/网络配置指南》 | 定义IP、端口、Web页面、FTP、PTP、NTRIP |
| 《出厂测试与校准规范》 | 定义产测、标定、老化、SN、交付报告 |
| 《故障诊断与维护手册》 | 定义错误码、状态灯、日志导出、升级、返修定位 |
| 《认证与合规计划》 | 定义EMC、IP67、振动、温度、RoHS、船用标准验证 |
| 《正式测试方案》 | 定义外场/船测目标、步骤、数据记录和回退方案 |
### 12.2 附录列表
| 附录 | 内容 |
|---|---|
| 附录A | 系统总体框图 |
| 附录B | 软件架构图 |
| 附录C | 硬件框图 |
| 附录D | 电源树 |
| 附录E | 接口定义表 |
| 附录F | COM口协议输出矩阵 |
| 附录G | IMU兼容矩阵 |
| 附录H | GNSS天线与基线安装说明 |
| 附录I | PPS/PTP/Event时间同步链路图 |
| 附录J | 环境与认证测试矩阵 |
| 附录K | 出厂测试清单 |
| 附录L | RTM需求追溯矩阵 |
| 附录M | 风险清单与TBD项 |
| 附录N | 竞品指标对标表 |
| 附录O | 原理图评审清单 |
| 附录P | PCB评审清单 |
| 附录Q | 正式测试准入清单 |
| 附录R | 安装参数记录表 |
| 附录S | 连接器Pinout |
| 附录T | Web配置页面需求 |
| 附录U | 二进制协议包分类 |
---
## 13. 自定义二进制协议包分类建议
> 说明：不照搬任何竞品私有协议，仅借鉴“状态包、配置包、原始数据包、导航结果包、诊断包”的分类方法。
| 包类型 | 内容 | 用途 |
|---|---|---|
| System State | 系统状态、错误码、滤波状态、BIT状态 | 诊断/监控 |
| Time | UTC/GPS时间、PPS状态、PTP状态 | 时间同步 |
| Raw IMU | 角速度、加速度、温度、状态、时间戳 | 算法回放 |
| GNSS PVT | 经纬高、速度、RTK状态、星数、DOP | 导航输入/输出 |
| GNSS Orientation | 双天线航向、基线长度、航向状态 | 航向融合 |
| Attitude | Roll/Pitch/Heading、标准差 | 实时输出 |
| Velocity | N/E/D速度、船体系速度 | 导航输出 |
| Heave | 实时升沉、延迟升沉、垂向速度 | 多波束补偿 |
| Vessel Motion | 多参考点运动状态 | VRP输出 |
| Raw GNSS | 原始观测值、星历、RTCM | PPK/后处理 |
| DVL | 水下速度、状态、质量 | 可选扩展 |
| Config | COM、网络、杆臂、安装角、GNSS配置 | 参数管理 |
| Diagnostics | 丢帧、CRC、存储、PTP、PPS、温度 | 现场诊断 |
---
## 14. 正式发布冻结条件
| 阶段 | 冻结条件 |
|---|---|
| 规格冻结 | P0/P1需求清晰，TBD项不影响当前阶段 |
| 原理图冻结 | P0问题关闭，P1有结论或风险接受 |
| PCB冻结 | 关键布局、阻抗、ESD、电源、RF、IMU位置完成评审 |
| 软件版本冻结 | 静态扫描、单元测试、核心功能测试通过 |
| 测试版本冻结 | 正式测试前准入清单通过 |
| 产品发布冻结 | 认证、出厂测试、用户手册、交付清单完成 |
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未命名.canvas
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