姿态系统硬件规格书
文档定位：本文档为船载/水下高精度姿态系统硬件规格书，用于指导硬件原理图设计、PCB设计、BOM选型、接口定义、硬件评审、板级调试、产测和硬件验收。本文档不替代产品需求文档、软件详细设计文档、算法设计文档和用户接口协议文档。
文档控制信息
| 项目 |
内容 |
| 文档名称 |
姿态系统硬件规格书 |
| 文档编号 |
HWS-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 |
|
| 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 |
| 原理图版本 |
SCH_Vx.x |
| PCB版本 |
PCB_Vx.x |
| BOM版本 |
BOM_Vx.x |
| 编写部门 |
硬件 / 嵌入式 / 算法 / 测试 |
| 审核人 |
产品、硬件、嵌入式、算法、测试、质量、生产 |
| 文档状态 |
草稿 / 评审中 / 已冻结 / 已发布 |
| 密级 |
内部受控 |
版本记录
| 版本 |
日期 |
修改内容 |
修改人 |
评审结论 |
| V0.1 |
2026-05-22 |
根据产品规格模板重构为独立硬件规格书 |
|
|
| V0.9 |
|
硬件评审稿 |
|
|
| V1.0 |
|
硬件冻结版 |
|
|
1. 硬件设计目标
1.1 硬件定位
本硬件用于船载/水下高精度组合航姿系统，承载 IMU、GNSS、时间同步、通信、存储、电源保护、调试产测和外部接口等功能。硬件设计需要满足后续算法、嵌入式软件、Web配置、数据记录、FTP下载、串口协议输出、PPS/PTP/Event时间同步和外场测试要求。
1.2 硬件设计边界
| 类型 |
本文档覆盖 |
本文档不覆盖 |
| 覆盖内容 |
主控、IMU、GNSS、通信接口、存储、电源、保护、连接器、测试点、PCB约束、硬件验收 |
算法公式、协议字段详细定义、Web页面详细设计、上位机软件 |
| 设计输出 |
原理图、PCB、BOM、接口定义、硬件测试记录、硬件评审结论 |
软件详细设计、算法测试报告、用户手册 |
| 评审目标 |
是否能投板、是否满足接口和可靠性要求、是否存在P0硬件风险 |
产品商业定位、完整认证策略 |
1.3 当前硬件默认目标
| 项目 |
硬件目标 |
优先级 |
验收方式 |
| 输入电压 |
9–36V DC |
P0 |
电源拉偏、反接、瞬断测试 |
| 主控 |
STM32H747同级双核 MCU |
P0 |
上电、烧录、双核启动、外设连通测试 |
| IMU兼容 |
支持 ADIS16488、STIM300、SCH1633 的硬件接入路径 |
P0 |
连续采集、丢帧统计、逻辑分析仪 |
| GNSS |
支持多频多星座 RTK GNSS，预留主/副双天线 |
P0 |
定位、定向、PPS、RTCM测试 |
| PPS |
输入内阻100欧 |
P0 |
万用表 |
| PTP |
以太网硬件链路需支持后续 PTP 验证 |
P1 |
PTP主从测试 |
| 通信 |
Ethernet + 不少于4路COM + 调试口 |
P0 |
Ping、Web、FTP、串口抓包 |
| 存储 |
16GBeMMC |
P0 |
连续写入、文件读取、断电恢复 |
| 掉电保护 |
支持掉电检测与保持供电，满足文件系统安全关闭 |
P0 |
写入中断电测试 |
| 防护设计 |
产品版面向 IP67 结构和防水连接器 |
P1 |
结构评审、气密/浸水测试 |
2. 硬件总体架构
2.1 系统框图
2.2 硬件模块划分
| 模块 |
主要功能 |
关键约束 |
| 主控模块 |
双核运行、外设控制、时间戳、网络、存储、协议输出 |
时钟、复位、BOOT、调试口必须可靠 |
| IMU模块 |
采集角速度、加速度、温度、状态信息 |
低噪声供电、稳定安装基准、同步信号明确 |
| GNSS模块 |
定位、定向、RTK、PPS、RTCM输入 |
双天线射频、PPS捕获、天线供电保护 |
| 时间同步模块 |
PPS、PTP、Event Input、IMU时间戳 |
PPS/Event优先使用硬件捕获，不仅作普通GPIO |
| 通信模块 |
Ethernet、COM、调试口、可选USB/CAN |
外部接口必须有ESD/浪涌/共模保护 |
| 存储模块 |
Raw IMU、GNSS观测值、POS数据、日志记录 |
写入带宽、掉电保护、文件系统安全 |
| 电源模块 |
宽压输入、电源转换、保护、保持供电 |
反接、浪涌、过流、纹波、上电时序 |
| 结构接口模块 |
防水连接器、安装孔、坐标轴标识 |
与IP67、防呆、防松、线缆装配一致 |
3. 主控与最小系统规格
3.1 MCU选型要求
| ID |
项目 |
规格要求 |
优先级 |
验收方式 |
| HW-MCU-001 |
主控型号 |
STM32H747、STM32H755 或同级双核 MCU |
P0 |
BOM评审 |
| HW-MCU-002 |
内核能力 |
CM7 + CM4，具备 FPU、DMA、Timer、ETH、SPI、UART、SDMMC/FMC 等资源 |
P0 |
外设资源表评审 |
| HW-MCU-004 |
复位 |
NRST、上电复位、外部复位、看门狗复位路径明确 |
P0 |
复位测试 |
| HW-MCU-005 |
BOOT |
BOOT配置明确，避免量产误进入系统Boot |
P0 |
启动测试 |
| HW-MCU-006 |
调试 |
保留 SWD/JTAG、Debug UART、必要测试点 |
P0 |
烧录调试测试 |
| HW-MCU-007 |
双核启动 |
CM7/CM4启动、电源域、时钟域、共享内存资源不冲突 |
P0 |
双核启动测试 |
3.2 MCU外设资源分配
| 功能 |
建议MCU资源 |
连接对象 |
备注 |
| ADIS16488/SCH1633 |
SPIx + EXTI + GPIO CS/RST |
SPI IMU |
SPI模式、字长、片选时序需确认 |
| STIM300 |
USARTx + DMA + 可选同步输入 |
STIM300 |
默认 UART/RS422 类接口 |
| GNSS数据 |
USARTx + DMA |
GNSS模块 |
支持配置、观测值、NMEA/私有协议 |
| RTCM输入 |
USARTx 或 Ethernet |
GNSS模块/网络 |
可来自COM或NTRIP |
| PPS捕获 |
TIMx_CHx 输入捕获 |
GNSS PPS |
必须硬件捕获 |
| Event输入/输出 |
TIMx_CHx 或 EXTI |
声呐/外部设备 |
建议硬件捕获优先 |
| Ethernet |
ETH MAC + RMII |
PHY |
预留PTP验证能力 |
| 存储 |
SDMMC/FMC |
eMMC/SDNAND/其他 |
满足连续写入 |
| COM口 |
USARTx + 收发器 |
RS232/RS422/RS485 |
至少4路外部COM |
| Debug |
SWD + USART |
调试器/维护口 |
量产和问题定位必须保留 |
4. IMU硬件规格
4.1 IMU兼容目标
| 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 |
| 复位控制 |
MCU GPIO控制 |
MCU GPIO控制 |
建议MCU可控或预留复位控制 |
| 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为主 |
3.3V SPI为主 |
RS422/TTL以实际器件版本确认 |
| 默认频率 |
≥200Hz，目标支持更高 |
≥200Hz，目标支持更高 |
按配置，需支持高频输出 |
| 关键风险 |
SPI时序、DRDY、缓存同步 |
初始化、DRDY、数据有效性 |
粘包、跳帧、帧解析、时间戳 |
| 验收方式 |
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 |
4.2 IMU接口要求
| ID |
项目 |
规格要求 |
优先级 |
验收方式 |
| HW-IMU-001 |
IMU供电 |
IMU电源应具备独立滤波，优先使用低噪声LDO或低噪声电源支路 |
P0 |
纹波测试 |
| HW-IMU-002 |
SPI接口 |
SPI信号完整性、时序、电平、片选和字长满足IMU手册 |
P0 |
示波器 |
| HW-IMU-003 |
UART/RS422接口 |
STIM300接入路径明确，收发器电平和终端匹配可验证 |
P0 |
串口抓包 |
| HW-IMU-004 |
DRDY |
SPI类IMU的DRDY接入MCU EXTI或定时器捕获 |
P0 |
示波器 |
| HW-IMU-005 |
RESET |
IMU复位脚应由MCU控制或保留硬件复位手段 |
P1 |
复位测试 |
| HW-IMU-006 |
同步 |
IMU数据时间戳与PPS/Event链路关系明确 |
P0 |
周期抖动统计 |
| HW-IMU-007 |
测试点 |
SPI、UART、DRDY、RESET至少预留可调试测试点 |
P1 |
示波器探测 |
| HW-IMU-008 |
布局 |
IMU靠近机械安装基准，远离DCDC、PHY、高热器件 |
P0 |
PCB评审 |
4.3 IMU传感器指标记录表
| 指标项 |
当前要求 |
目标/高配要求 |
单位 |
数据来源 |
| 陀螺量程 |
±450 |
±480 |
°/s |
器件手册 |
| 加速度计量程 |
±18 |
±18 |
g |
器件手册 |
| 陀螺零偏不稳定性 |
TBD |
越小越好 |
°/h |
器件手册 |
| 加计零偏不稳定性 |
TBD |
越小越好 |
mg |
器件手册 |
| 角随机游走 |
1σ |
越小越好 |
°/√Hz |
器件手册 |
| 速度随机游走 |
1σ |
越小越好 |
m/s/√Hz |
器件手册 |
| 噪声密度 |
0.063 |
按器件手册 |
mg/√Hz rms |
器件手册 |
| 带宽 |
330 |
满足高频采样 |
Hz |
器件手册/实测 |
| 温度范围 |
-40℃~+85℃ |
工业级 |
℃ |
器件手册 |
| 温补 |
必须支持 |
全温补偿 |
|
标定报告 |
5. GNSS与双天线硬件规格
5.1 GNSS基本要求
| ID |
项目 |
规格要求 |
优先级 |
验收方式 |
| HW-GNSS-001 |
模块 |
支持多频多星座RTK-GNSS |
P0 |
模块资料/BOM评审 |
| HW-GNSS-002 |
双天线 |
支持主天线和副天线，用于定位和定向 |
P0 |
双天线定向测试 |
| HW-GNSS-003 |
数据接口 |
支持UART收发，满足GNSS配置、观测值和状态输出 |
P0 |
串口抓包 |
| HW-GNSS-004 |
RTCM输入 |
支持串口或网络RTCM差分输入 |
P1 |
RTK固定测试 |
| HW-GNSS-005 |
PPS输出 |
GNSS PPS接入MCU定时器捕获通道 |
P0 |
示波器/逻辑分析仪 |
| HW-GNSS-006 |
状态脚 |
RTK/PVT/ERR状态脚接入MCU GPIO，定义有效电平 |
P1 |
状态切换测试 |
| HW-GNSS-007 |
天线供电 |
支持有源天线供电、短路保护、过流保护、ESD保护 |
P0 |
短路/电流测试 |
| HW-GNSS-008 |
射频走线 |
GNSS RF按50Ω阻抗控制，远离高速数字和开关电源噪声 |
P0 |
PCB评审/VNA可选 |
5.2 双天线基线要求
| 项目 |
规格要求 |
验收方式 |
| 主天线 |
作为定位主天线，输出位置、速度、PPS、观测值 |
定位测试 |
| 副天线 |
与主天线构成双天线基线，用于航向解算 |
定向测试 |
| 基线长度 |
支持配置2m/4m或实测基线长度 |
基线测量 |
| 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 |
配置检查 |
| 基线测量精度 |
建议实测误差≤5mm，作为高级航向性能前提 |
安装测量记录 |
| 航向状态 |
能区分固定解、浮动解、无解、低SNR、周跳、多路径等状态 |
状态日志 |
| 异常报警 |
支持天线开路/短路、基线变化异常、RTK失效报警 |
故障注入 |
5.3 GNSS选型记录表
| 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 |
6. 时间同步硬件规格
6.1 PPS/PTP/Event/IMU时间链路
| 同步对象 |
来源 |
硬件路径 |
精度目标 |
优先级 |
验收方式 |
| PPS |
GNSS模块 |
PPS → MCU TIM输入捕获 |
捕获误差≤5µs |
P0 |
示波器/逻辑分析仪 |
| PTP |
Ethernet |
ETH MAC/PHY硬件时间戳能力 |
目标≤1µs，需实测冻结 |
P1 |
PTP主从测试 |
| IMU时间戳 |
IMU DRDY/串口帧 |
EXTI/TIM/UART DMA |
TBD，需统计周期方差 |
P0 |
连续采样统计 |
| Event Input |
外部声呐/设备 |
Event → TIM输入捕获优先 |
TBD，目标微秒级 |
P1 |
脉冲发生器测试 |
| POS输出时间 |
系统时间 |
协议输出字段 |
与PPS时间基准一致 |
P1 |
协议抓包 |
强制要求：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，并保留PPS测试点。
6.2 Event接口要求
| ID |
项目 |
规格要求 |
优先级 |
| HW-TIME-001 |
电平 |
明确支持3.3V/5V/隔离输入中的一种或多种 |
P1 |
| HW-TIME-002 |
有效沿 |
支持配置上升沿/下降沿，硬件默认状态明确 |
P1 |
| HW-TIME-003 |
输入保护 |
外部输入必须具备ESD、限流和过压保护 |
P0 |
| HW-TIME-004 |
捕获资源 |
优先接入定时器捕获通道，避免仅靠软件轮询 |
P0 |
| HW-TIME-005 |
测试点 |
Event信号链路应可通过示波器测试 |
P1 |
7. 通信接口硬件规格
7.1 COM口默认配置
| 端口 |
默认方向 |
默认协议/用途 |
默认频率 |
建议波特率 |
硬件标准 |
优先级 |
| COM1 |
输出 |
PASHR + PRDID |
100Hz |
460800，最低115200需验算 |
RS422 |
P0 |
| COM2 |
输出 |
TSS1 |
100Hz |
115200/460800 |
RS232 |
P0 |
| COM3 |
输入 |
RTCM差分输入 |
按RTCM源 |
115200 |
RS422 |
P1 |
| COM4 |
输出/调试 |
Debug Log / Binary POS / 备用 |
10–100Hz |
115200/921600 |
RS232 |
P1 |
7.2 RS232/RS422要求
| 项目 |
规格要求 |
说明 |
| 收发器 |
根据接口标准选择专用收发器，不允许直接用MCU GPIO外接到外部连接器 |
外部接口可靠性要求 |
| ESD保护 |
所有外部COM信号必须有ESD保护 |
保护器件靠近连接器 |
| 终端匹配 |
RS422根据用途预留可配置终端电阻 |
通过0Ω/跳帽/焊盘配置 |
| 隔离 |
长线、船载复杂地环境建议评估隔离 |
原型机可先非隔离但需列风险 |
7.3 以太网接口要求
| ID |
项目 |
规格要求 |
优先级 |
验收方式 |
| HW-ETH-001 |
物理层 |
10/100Base-T，RMII连接MCU ETH MAC |
P0 |
Ping测试 |
| HW-ETH-002 |
PHY |
PHY型号、地址、复位、时钟、MDIO/MDC明确 |
P0 |
PHY寄存器读写 |
| HW-ETH-003 |
隔离变压器 |
网络隔离变压器应靠近RJ45接口侧，差分路径短且对称 |
P0 |
PCB评审 |
| HW-ETH-004 |
ESD保护 |
RJ45侧预留以太网专用ESD/浪涌保护 |
P0 |
原理图评审 |
| HW-ETH-005 |
PTP能力 |
确认MCU MAC/PHY组合支持PTP验证所需硬件能力 |
P1 |
PTP测试 |
| HW-ETH-006 |
测试 |
支持Ping、Web、FTP、TCP/UDP实时输出 |
P0 |
网络联调 |
8. 存储硬件规格
8.1 存储目标
| ID |
项目 |
规格要求 |
优先级 |
验收方式 |
| HW-STO-001 |
存储介质 |
eMMC或等效非易失存储，建议容量≥16GB,原型机板载SDNANO |
P0 |
BOM评审 |
| HW-STO-002 |
接口 |
SDMMC/FMC等接口需满足持续写入带宽 |
P0 |
连续写入测试 |
| HW-STO-003 |
数据内容 |
支持Raw IMU、GNSS观测值、POS数据、系统日志 |
P0 |
文件解析 |
| HW-STO-004 |
掉电保护 |
与电源保持、PWR_FAIL、软件flush/sync闭环 |
P0 |
写入中断电测试 |
| HW-STO-005 |
信号完整性 |
高速存储走线满足长度、阻抗、参考地要求 |
P0 |
PCB评审 |
| HW-STO-006 |
产测 |
支持容量识别、读写测速、坏块/错误统计 |
P1 |
产测脚本 |
8.2 掉电保护硬件要求
| 项目 |
规格要求 |
| 掉电检测 |
支持PWR_FAIL、PVD、ADC采样或电源监控芯片等方式 |
| 触发时机 |
掉电信号必须早于系统电压跌落到不可安全写入的时间点 |
| 保持供电 |
目标≥200ms，最终以文件系统flush/sync实测时间冻结 |
| 保持对象 |
MCU、存储、电源监控和必要外设应保持到安全关闭完成 |
| 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 |
9. 电源与保护规格
9.1 电源输入与保护
| 项目 |
产品版规格 |
原型机状态 |
优先级 |
评审要求 |
| 输入电压 |
9–36V DC |
4.5~28V |
P0 |
原理图必须说明差异 |
| 反接保护 |
必须支持 |
无 |
P0 |
投板前关闭 |
| 过压保护 |
必须支持 |
无 |
P0 |
电源入口TVS/保护 |
| 浪涌/EFT |
必须考虑 |
无 |
P1 |
EMC预扫前完成 |
| 保险/限流 |
必须支持 |
无 |
P0 |
保护电流路径明确 |
| 电源滤波 |
必须支持 |
有 |
P0 |
DCDC前后滤波 |
| IMU低噪声供电 |
建议必须 |
有 |
P0/P1 |
独立LDO/滤波 |
| GNSS天线供电 |
必须明确 |
有 |
P0 |
电压、电流、短路保护 |
| 掉电检测 |
必须支持 |
无 |
P0 |
PWR_FAIL/PVD/ADC |
| 保持电源 |
必须支持 |
无 |
P0 |
超级电容/UPS方案 |
| 测试点 |
必须预留 |
无 |
P0 |
12V、5V、3V3、1V8、GNSS、PPS |
9.2 电源轨定义
| 电源轨 |
负载对象 |
规格要求 |
验收方式 |
| VIN |
外部输入 |
9–36V DC，具备保护和滤波 |
电源拉偏 |
| +5V |
IMU/外设/中间电源 |
电流余量≥30%，纹波满足负载要求 |
示波器 |
| VDD_CORE |
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 |
| VDD_GNSS |
GNSS/天线供电 |
独立滤波，满足有源天线电流需求 |
GNSS测试 |
| VDD_NET |
Ethernet PHY |
独立滤波，满足PHY上电时序 |
网络测试 |
| VDD_IMU |
IMU低噪声供电 |
建议低噪声LDO，纹波满足IMU要求 |
纹波测试 |
9.3 功耗与热设计
| 项目 |
规格要求 |
验收方式 |
| 典型功耗 |
5W |
电源分析仪 |
| 最大功耗 |
6W |
电源分析仪 |
| 峰值电流 |
0.3A(12V) |
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 |
10. 外部连接器
| 接口 |
连接器型号 |
Pin |
信号 |
方向 |
电平/标准 |
说明 |
| 电源 |
雷莫1B |
2 |
VIN |
输入 |
9–36V |
船载电源 |
| COM1 |
雷莫00B |
4 |
TX_P/TX_N/RX_T/TX_N |
双向 |
RS422 |
PASHR/PRDID |
| COM2 |
雷莫00B |
2 |
TX/RX |
双向 |
RS232 |
可配置 |
| COM3 |
雷莫00B |
4 |
TX_P/TX_N/RX_T/TX_N |
双向 |
RS422 |
TSS1 |
| COM4 |
雷莫00B |
2 |
TX/RX |
双向 |
RS232 |
RTCM输入 |
| PPS |
雷莫00B |
2 |
1PPS/GND |
输出 |
3.3V |
时间同步 |
| DIOx |
雷莫00B |
4 |
EVENT_IN/OUT |
双向 |
3.3V |
事件打戳/时间同步 |
| Ethernet |
RJ45 |
- |
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 |
SH125 |
8 |
SWD/UART |
双向 |
3.3V |
调试/产测 |
11. PCB设计约束
11.1 PCB布局约束
| 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 |
11.2 STM32H7缓存/DMA硬件约束
| 项目 |
规格要求 |
说明 |
| Ethernet DMA |
描述符和DMA缓冲区应放置在DMA可访问内存区域 |
避免放入DTCM等DMA不可访问区域 |
| Cache一致性 |
DMA缓冲区必须有明确的Cache策略 |
可使用MPU配置Non-cache区域或严格Clean/Invalidate |
| 对齐 |
DMA缓冲区建议32字节对齐 |
适配DCache line |
| SDMMC DMA |
SDMMC读写缓冲需确认内存区域、对齐、Cache维护 |
避免UNDERRUN/OVERRUN类问题 |
| NetX/FileX数据路径 |
网络包到存储写入如跨DMA域，需评估是否复制到安全缓冲区 |
原型机已暴露相关风险 |
12. 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需求、问题单或接口定义 |
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 |
13. 板级调试与硬件验收
13.1 上电前检查
| 检查项 |
通过标准 |
记录 |
| 外观检查 |
无短路、虚焊、反件、错件 |
□ |
| 电源输入阻抗 |
VIN对GND无明显短路 |
□ |
| 关键电源阻抗 |
5V、3V3、1V8无明显短路 |
□ |
| BOOT配置 |
启动模式符合设计 |
□ |
| 调试接口 |
SWD/JTAG可连接 |
□ |
| 连接器方向 |
防呆、丝印、线序一致 |
□ |
13.2 上电调试项目
| ID |
测试项 |
工具/环境 |
通过标准 |
| TEST-HW-001 |
电源轨测试 |
示波器/万用表 |
电压、纹波、上电时序正常 |
| TEST-HW-002 |
MCU启动 |
调试器 |
可烧录、可运行、复位正常 |
| TEST-HW-003 |
IMU通信 |
逻辑分析仪/串口工具 |
能读取数据，频率稳定 |
| TEST-HW-004 |
GNSS通信 |
串口工具/天线环境 |
有定位输出、PPS有效 |
| TEST-HW-005 |
PPS捕获 |
示波器/逻辑分析仪 |
PPS边沿与捕获计数稳定 |
| TEST-HW-006 |
Ethernet |
网线/交换机/PC |
Ping稳定，Web/FTP可用 |
| TEST-HW-007 |
COM输出 |
串口工具 |
PASHR/TSS1/Debug输出稳定 |
| TEST-HW-008 |
存储读写 |
文件系统测试 |
连续读写无错误 |
| TEST-HW-009 |
掉电保护 |
可控电源 |
写入断电后文件系统不损坏 |
| TEST-HW-010 |
温升 |
热像仪 |
高负载运行无异常热点 |
13.3 正式投板准入条件
| 类别 |
准入条件 |
是否必须 |
| 原理图 |
P0问题关闭，P1问题有明确风险接受或整改计划 |
必须 |
| PCB |
关键接口、阻抗、回流、电源、测试点评审完成 |
必须 |
| 电源 |
输入保护、供电稳定、无异常发热风险 |
必须 |
| IMU |
接入路径、供电、同步、坐标轴方向明确 |
必须 |
| GNSS |
双天线、PPS、RTCM、天线供电保护明确 |
必须 |
| 通信 |
COM、Ethernet、Debug、产测接口定义明确 |
必须 |
| 存储 |
存储接口和掉电保护链路明确 |
必须 |
| 结构 |
连接器、安装孔、坐标轴、防水方案无明显冲突 |
必须 |
| BOM |
关键器件可采购，替代料策略明确 |
必须 |
14. 风险清单
| 风险ID |
风险项 |
影响 |
等级 |
规避措施 |
状态 |
| R-HW-001 |
IMU接口兼容不完整 |
无法同时兼容ADIS16488/STIM300/SCH1633 |
P0 |
投板前冻结每种IMU的供电、接口、电平、复位、同步路径 |
Open |
| R-HW-002 |
PPS只接普通GPIO |
时间戳精度不足，后续难以补救 |
P0 |
PPS必须接TIM输入捕获并留测试点 |
Open |
| R-HW-003 |
eMMC掉电保护不足 |
文件系统损坏，数据记录不可用 |
P0 |
加入PWR_FAIL和保持供电设计，实测flush时间 |
Open |
| R-HW-004 |
Ethernet DMA缓存问题 |
Ping/Web/FTP不稳定 |
P0 |
明确DMA内存区域、MPU和Cache策略 |
Open |
| R-HW-005 |
SDMMC/存储DMA缓冲不安全 |
写入出现UNDERRUN/OVERRUN或数据错误 |
P0 |
规定DMA安全缓冲区和32字节对齐策略 |
Open |
| R-HW-006 |
GNSS RF走线和天线供电不规范 |
定位/定向性能下降 |
P0 |
50Ω控制、ESD、防雷、短路保护、远离噪声源 |
Open |
| R-HW-007 |
外部接口ESD/浪涌不足 |
外场接口损坏 |
P1 |
所有外部接口增加保护器件并靠近连接器 |
Open |
| R-HW-008 |
IMU受热源影响 |
姿态和升沉精度下降 |
P1 |
IMU远离DCDC/PHY/MCU热点，优化散热路径 |
Open |
15. 附录：需求ID规则
| 分类 |
ID前缀 |
示例 |
| 硬件架构 |
HW-ARCH |
HW-ARCH-001 |
| MCU |
HW-MCU |
HW-MCU-001 |
| IMU |
HW-IMU |
HW-IMU-001 |
| GNSS |
HW-GNSS |
HW-GNSS-001 |
| 时间同步 |
HW-TIME |
HW-TIME-001 |
| 通信接口 |
HW-COM / HW-ETH |
HW-ETH-001 |
| 存储 |
HW-STO |
HW-STO-001 |
| 电源 |
HW-PWR / EE-PWR |
HW-PWR-001 |
| PCB |
HW-PCB |
HW-PCB-001 |
| 测试 |
TEST-HW |
TEST-HW-001 |
16. 待补充项
| 项目 |
当前状态 |
责任人 |
完成时间 |
| 最终MCU型号 |
待冻结 |
|
|
| 最终IMU型号和接口版本 |
待冻结 |
|
|
| GNSS模块手册参数 |
待补充 |
|
|
| 连接器型号与Pinout |
待补充 |
|
|
| 电源树电流预算 |
待补充 |
|
|
| eMMC型号与写入带宽 |
待补充 |
|
|
| PTP硬件能力实测 |
待验证 |
|
|
| IP67结构方案 |
待结构确认 |
|
|
| 原理图P0问题清单 |
待评审 |
|
|
| PCB关键约束文件 |
待输出 |
|
|
