P03 · YBO Hub — 设计附录(Level 2)

Level-1 规格: P03-hub.md(本附录不改变任何 Level-1 数值)
引用的基础文件: X01-ybo-can-protocol.md, X02-config-schema.md
状态: 草案 (t)
最后更新: 2026-08-28

1. 范围

本文设计内容:SOM 载板架构、带超级电容保持与休眠电流核算的电源树、接口映射与连接器引脚定义、分模块电路设计、热预算、Linux/软件架构(启动链、OTA、安全、服务)、诊断、EOL 测试、BOM 骨架。全部内容均为针对 P03-hub.md §4–§10 的设计提案;额定值、数量、价格、层级以及 P03-hub.md §15 中的待决事项归 Level-1 所有。
保留在 Level-1 / 计划中的内容:SKU 与 MSRP(P03-hub.md §2)、电气包络(§5)、仍未确定的连接器选型(PRODUCT-PLAN.md §6 第 2、3 项)、LTE Cat-1 与 Cat-4 之争(§6 第 7 项)、区域插件配置(§6 第 9 项)、Eye 范围(PRODUCT-PLAN.md §P11)。
工程路径(P03-hub.md §1、PRODUCT-PLAN.md §1):EVT = 现成 i.MX93 SOM 搭载于 YBO 载板,该载板已包含全部 Hub 专属电路(CAN 级、隔离 J1939、电源树、监控器、插件排针);DVT = 冻结用于量产的定制载板,保留 SOM;PVT = 量产采用 SOM 还是芯片直贴(chip-down)在 M8 决定(P03-hub.md §15 第 13 项、下文 §11)。载板的设计使芯片直贴变体仅替换 SOM 占位(SoC + LPDDR4 + eMMC + PMIC + Wi-Fi 模块),而不改动外围电路。
重申非目标:无 PoE 输出(摄像头由 P11 PoE 交换机附件供电,PRODUCT-PLAN.md §P11),无 USB 3.0(P03-hub.md §15 第 1 项),无安全功能(P03-hub.md §1、§10)。

2. 框图

 DC IN 8-32 V (V+/GND) ─[fuse 5 A (t)]─[TVS 33 V standoff]─[LM74700-Q1 ideal diode]─── VBAT_PROT
   ├─[LMR38020 buck, always-on]──── 5V_AON ──┬─ TJA1463 #1 VBAT/VCC (YBO-CAN)   ┐ wake-capable
   │                                         ├─ TJA1463 #2 VBAT/VCC (N2K)       ┘ (INH/RXD -> SUP)
   │                                         └─[LDO]─ 3V3_AON ─ S32K116 supervisor (SUP), PCF85263A RTC + coin cell,
   │                                                             MAX-M10S V_BCKP, DI x2 wake inputs
   ├─[P-FET high-side, SYS_EN from SUP]─ VBAT_SYS
   │     ├─[LM5143-Q1 CH1]─ VBUS_10 (10 V (t), 4 A (t)) ─[LTC3350: charger + ideal diode + backup boost]─ VOUT_BK
   │     │                                                     └─ 4 x 10 F / 2.7 V EDLC (t), balanced, I2C to SUP
   │     │      VOUT_BK ─┬─[TPS62130 #1]─ 3V3_SOM 3 A ── SOM (VAR-SOM-MX93: 3.3 V single supply), DP83867 PHY (+LDOs),
   │     │               │                                MCP2518FD, THVD1450, MAX-M10S, plug-in 3V3 (load switch), LEDs
   │     │               └─[TPS62130 #2]─ 5V_SYS 3 A ── USB-A (TPS2553, 1 A), ISO1042 side-1, iso 5 V module -> ISO1042 side-2
   │     └─[LM5143-Q1 CH2]─ 3V8_LTE 3 A (t) ── LTE module (Hub 4G only), >=100 uF bulk (t)
 SOM (i.MX93: 2x A55 + M33 + Ethos-U65, LPDDR4, eMMC, Murata 2EL Wi-Fi 6/BLE on SDIO+UART)
   ├─ FlexCAN1 ──[AND with SUP TXD]──[TJA1463 #1]──[term 120 R DIP]──── YBO-CAN port (V+, GND, CAN_H, CAN_L, SHIELD)
   ├─ FlexCAN0 ───────────────────────[TJA1463 #2]──────────────────── N2K Micro-C (no termination, not bus-powered)
   ├─ LPSPI ──[MCP2518FD CAN FD ctrl]──[ISO1042 5 kVrms]──[term DIP]── J1939 port (isolated GND_ISO)
   ├─ LPUART ──[THVD1450]──[TVS]──────────────────────────────────── RS-485 A/B/GND terminal
   ├─ ENET1 (PHY on SOM) ──[magnetics]──────────────────────────────── LAN RJ45 (PoE switch accessory, View, MFD)
   ├─ ENET_QOS RGMII ──[DP83867IR]──[magnetics]────────────────────── WAN RJ45 (Starlink / marina router)
   ├─ USB1 ──[TPS2553 1 A]──────────────────────────────────────────── USB-A host (SSD, log export)
   ├─ USB2 ──────────────────────────────────────────────────────────── LTE module (internal, Hub 4G)
   ├─ LPUART + PPS ──── MAX-M10S GNSS (Hub 4G) ──[bias-T 3.3 V]──── SMA GNSS
   ├─ LPSPI + LPUART + GPIO x2 + ADC(ID) ───────────────────────────── 12-pin regional plug-in header (t) + u.FL -> SMA
   ├─ LPI2C ── PCF85263A, board temp sensor, INA-class V/I monitor (SUP bus shares LTC3350 telemetry)
   ├─ LPUART ── SUP (framed link: mode, WDI, DI, VCAP, power-loss)   GPIO: SOM_HEALTHY, LEDs x5, buttons x2, term sense
   └─ Service: internal UART console header, SOM JTAG, micro-SD recovery slot (t)
 Antennas: SMA Wi-Fi/BLE; Hub 4G adds SMA LTE main + SMA GNSS; plug-in adds SMA #4 (t)  (P03-hub.md §6, §15 item 8)

3. 电源树与预算

除另有说明外,电流均为 12 V 输入下的数值;标有 (t) 的数字为设计目标,待 EVT 阶段实测(P03-hub.md §14)。

电源轨	来源 / 稳压器	负载	活动 / 低功耗 / 休眠	备注
VBAT_PROT 8–32 V	保险丝、TVS、LM74700-Q1(3.2–65 V,-65 V 反向,20 mV 压降,80 µA — `P03-hub.md` §7)	全部电源轨	—	ISO 7637-2 脉冲经 TVS 后的残余(≈ 53 V 钳位 (t))低于 LM5143-Q1 / LMR38020 的 65 V / 80 V 额定值
5V_AON	LMR38020(4.2–80 V,2 A,40 µA Iq — TI)	TJA1463 ×2(VBAT 4.5–28 V,VCC 4.5–5.5 V;正常模式显性时 42 mA 典型值,待机/休眠 13 µA 典型 / 26 µA 最大 — NXP TJA1463 数据手册),LDO 至 3V3_AON	90 mA / 30 mA / 0.13 mA	由 5 V 为 TJA1463 供电可在系统输入 32 V 时使 VBAT 保持在其 28 V 上限以内
3V3_AON	由 5V_AON 经 LDO(器件类别,Iq ≤ 10 µA (t))	S32K116 监控器(Cortex-M0+ 48 MHz,128 KB flash,17 KB RAM,1× 支持 FD 的 FlexCAN,仅 3.3 V,LQFP48/QFN32 — NXP S32K1xx 数据手册),PCF85263A(0.28 µA 典型,`P03-hub.md` §7),MAX-M10S V_BCKP,DI 唤醒输入	25 mA / 15 mA / 80 µA (t)	S32K116 停止模式电流未核实 — EVT 阶段实测
VBAT_SYS	P-FET 高边开关,SYS_EN 来自监控器	VBUS_10、3V8_LTE	休眠时关断	将 LTC3350 的 Iq(VIN = 12 V 时 4 mA 典型 — ADI LTC3350 数据手册)移出休眠预算
VBUS_10 10 V (t)	LM5143-Q1 CH1(输入 3.5–65 V,输出 0.6–55 V,每通道独立 EN,关断 4 µA — TI);4 A (t),400 kHz (t) 扩频	LTC3350 输入	峰值 ≤ 2.2 A,平均 0.6 A (t)	采用 10 V 而非 `P03-hub.md` §3 草图中的 5 V,以便 LTC3350 降压充电器能充满 4 节电容堆(VCAP < VIN);8 V 冷启动时跟随输入降至 ≈ 7.8 V(低压差)
VOUT_BK	LTC3350(输入 4.5–35 V,1–4 节,升压备份 4.5–35 V,I2C 遥测 — 数据手册见上);备份设定点 7 V (t)	TPS62130 #1/#2	正常模式下直通	仅当 VBUS_10 跌落至 7 V (t) 以下时备份才介入,即冷启动期间绝不介入
3V3_SOM 3 A	TPS62130(输入 3–17 V,3 A,2.5 MHz,17 µA Iq — TI)	SOM(3.35 V 下运行 0.24–0.53 A,DPD 校准期间 Wi-Fi 峰值 ≈ 1 A,最小推荐供电 2 A — VAR-SOM-MX93 数据手册 Rev 2.5),DP83867(457 mW,`P03-hub.md` §7),MCP2518FD,THVD1450,MAX-M10S(25 mW),插件最大 0.5 A (t),LED	1.4 A / 0.15 A / 0	插件与 Wi-Fi 校准同时发生时峰值 2.3 A
5V_SYS 3 A	TPS62130 #2	USB-A 经 TPS2553(2.5–6.5 V,限流 75 mA–1.7 A 可调,设为 1 A (t) — TI),ISO1042 侧 1,隔离 1 W 5 V 模块(器件类别)供 ISO1042 侧 2	最大 1.3 A / 0.05 A / 0	USB 故障线接 SOM GPIO
3V8_LTE 3 A (t)	LM5143-Q1 CH2,EN 来自监控器	LTE 模块(VBAT 3.3–4.3 V,3.8 V 典型,供电 ≥ 2 A — Quectel EG25-G 硬件设计)	平均 0.5 A / 0.05 A / 0	TX 突发至 2 A,由 ≥ 100 µF (t) 低 ESR 大容量电容提供;Hub(非 4G)上 DNP

各模式输入端(12 V)总计:活动 Hub ≈ 4.2 W(0.35 A),对应 P03-hub.md §5 ≈ 3–4 W (t);活动 Hub 4G,LTE TX + NPU 平均 ≈ 6.5 W,峰值 ≤ 8 W(§5 ≤ 8 W);低功耗(A55 挂起,M33 CAN 监听,Wi-Fi/LTE 占空循环,以太网关闭)≈ 0.8 W (t),对应 §5 ≤ 1.5 W;休眠见下。

休眠电流核算(SOM、VBUS_10、LTC3350、LTE 全部关闭;监控器与 CAN 唤醒接收器开启):

 input side:  LM74700-Q1 80 uA + TVS/monitor leakage 20 uA (t) + LMR38020 Iq 40 uA            = 140 uA
 5V_AON load: TJA1463 x2 standby 2 x 26 uA (max) + LDO 5 uA (t) + S32K116 stop 60 uA (t)
              + PCF85263A 0.3 uA + MAX-M10S backup 15 uA (t) + TPS62130 x2 off 2 x 2 uA         = 136 uA at 5 V
 reflected to 12 V at 50 % light-load efficiency                                                  =  57 uA
 total sleep current  ~ 0.20 mA at 12 V (0.15 mA at 24 V)   <=  5 mA family rule (margin 25x)

保持时间容量计算(P03-hub.md FR-18:≥ 5 s (t),干净卸载,RTC 时间戳):监控器在 DC 丢失时切断 3V8_LTE,因此冲刷负载为 SOM + PHY + CAN ≈ 4 W (t)。所需储能 E = P × t / η_boost = 4 W × 5 s / 0.85 = 23.5 J;计入寿命末期容量 -30 % 与低温降额 -10 %,寿命初期目标为 23.5 / (0.7 × 0.9) ≈ 37 J。电容堆:4 节串联,充至 2.5 V/节(V1 = 10 V;板温高于 65 °C 时通过 LTC3350 VCAP DAC 降至 2.3 V/节),以升压模式放电至 V2 = 3 V (t)(数据手册最大功率限制给出 VCAP(MIN) = sqrt(4 × n × R_SC × P / η) = sqrt(4 × 4 × 0.045 Ω × 4 W / 0.9) ≈ 1.8 V;3 V 保留占空比与峰值电流裕量)。可用能量 E = ½ × C_stack × (V1² − V2²) = 45.5 × C_stack,故 C_stack ≥ 0.81 F,单节 ≥ 3.3 F。选定:4 × 10 F,2.7 V EDLC (t) → C_stack 2.5 F,BOL 114 J(3× 裕量,同时覆盖 LTE 仍在发射时的 8 W 冲刷);若 DVT 确认冲刷 ≤ 3 W,则 5 F 单体为降本方案。以 0.5 A (t) 充电 → 充满约 50 s;仅在 cap_ok(VCAP ≥ 9 V (t))之后才保证保持时间,以 DIAG 发布。容量/ESR 由 LTC3350 测量并作为 cap_health 上报(P03-hub.md FR-21)。浪涌:LM5143 软启动 5 ms (t) 加上限流的超级电容充电,满足 §5 ≤ 3 A / 10 ms 指标。

4. 接口与引脚预算

SOM 资源(VAR-SOM-MX93 J1 200 针 SOM-DIMM:CAN ×2、UART ×7、SPI ×7、I2C ×7、ADC ×4、USB 2.0 ×2、ENET1 上一颗板载 MxL86110 PHY 加 ENET_QOS 作为 RGMII、Wi-Fi/BT 走 SDIO + UART — Variscite 页面与数据手册见 §3 引用;i.MX93:8× LPUART、8× LPSPI、8× LPI2C、2× FlexCAN、3× uSDHC、2× USB 2.0、12 位 4 通道 ADC — NXP IMX93IEC 数据手册)。

外设	使用者	需要	SOM 可用	裕量
CAN FD	YBO-CAN(FlexCAN1)、N2K(FlexCAN0)	2	2	0 — 第三路总线由 MCP2518FD(SPI)提供
UART	RS-485、GNSS、LTE 辅助、插件、监控器链路、维护控制台	6(+1 路 BT 在 SOM 上)	7	1
SPI	MCP2518FD、插件	2	7	5
I2C	RTC + 温度 + V/I 监测总线、备用	2	7	5
ADC	插件 ID 电阻梯	1	4	3(供电遥测在监控器 ADC 上)
USB 2.0	USB-A 主机、LTE	2	2	0(`P03-hub.md` §15 第 1 项)
以太网	LAN(ENET1 板载 PHY)、WAN(ENET_QOS RGMII → DP83867IR)	2	2	0
SDIO	Wi-Fi(在 SOM 上;芯片直贴载板用 uSDHC3)	1	1	0
GPIO	LED 5、按键 2、终端电阻检测 2、MCP2518FD INT、PHY INT/RESET 2、LTE PWRKEY/RESET/STATUS/W_DISABLE 4、GNSS PPS/RESET 2、插件 IRQ/RESET/EN 3、WDI、SOM_HEALTHY、USB FAULT、RS-485 DE、SYS 备用 4	≈ 30	≥ 40 (t)(200 针连接器;确切数量未核实)	≥ 10

连接器引脚定义(连接器类型仍未确定的已标注;引脚功能使用共享名称):

连接器	引脚	功能	额定	备注
DC IN,2 针 5.08 mm (t)	1 / 2	`V+` / `GND`	8–32 V,持续 1 A,5 A 保险丝 (t)	按安装指南配外部保险丝(`P03-hub.md` §6)
YBO-CAN(类型待定,§6 第 3 项)	1–5(+6)	`V+`、`GND`、`CAN_H`、`CAN_L`、`SHIELD`、可选 `WAKE`	CANH/CANL -36…+40 V(TJA1463 数据手册);v1 中 Hub 不输出 V+ (t)	120 Ω 终端电阻 DIP,位置由 GPIO 读取;`WAKE` 经分压接 TJA1463 WAKE 引脚
N2K Micro-C M12 公头	1 / 2 / 3 / 4 / 5	SHIELD / NET-S / NET-C / NET-H / NET-L	NET-S 不连接(不从总线取电)	NET-C 与 Hub GND 连接(非隔离,`P03-hub.md` §5);Hub 上无终端电阻
J1939(类型待定,§6 第 2 项)	1–4	`CAN_H`、`CAN_L`、`GND_ISO`、`SHIELD`	±70 V 总线故障,5 kVrms(ISO1042)	隔离侧 120 Ω 终端电阻 DIP
RS-485,3 针 3.5 mm (t)	1 / 2 / 3	A / B / GND	±18 V 总线故障,±18 kV ESD(THVD1450)	仅当选择 `P03-hub.md` §7 隔离替代方案时 GND 才隔离;120 Ω DIP
LAN / WAN RJ45 ×2	1–8	1000BASE-T 线对	8 kV IEC ESD(PHY),1.5 kV 变压器	LAN = ENET1,WAN = ENET_QOS;插座内置链路/活动 LED
USB-A	1 / 2 / 3 / 4	VBUS 5 V / D− / D+ / GND	1 A 限流 (t),15 kV ESD(TPS2553)	SSD 或维护 U 盘
SMA ×1 / ×3 / ×4	—	Wi-Fi/BLE;LTE 主天线;GNSS(3.3 V 偏置,50 mA 限流 (t));插件 (t)	50 Ω	LTE RX 分集天线为内部 PCB 走线 (t)(§11)
插件排针,2×6 2.0 mm (t)	1 / 2	3V3_PLG(受控,最大 0.5 A (t))/ GND	3.3 V ±5 %	负载开关带故障上报
	3 / 4 / 5 / 6	SPI_SCK / SPI_MOSI / SPI_MISO / SPI_CS_N	3.3 V 逻辑,≤ 10 MHz (t)	SOM LPSPI
	7 / 8	UART_TX(主机 → 模块)/ UART_RX	3.3 V 逻辑,≤ 1 Mbit/s (t)	SOM LPUART
	9 / 10	IRQ_N(模块 → 主机)/ RESET_N	开漏,载板上 10 kΩ 上拉	SOM GPIO
	11 / 12	ID(电阻梯 → SOM ADC)/ GND	8 个配置编码 (t)	u.FL 射频直通及排针旁 2× M2 铜柱
维护(内部)	4 针	3.3 V、TX、RX、GND 控制台;SOM JTAG;micro-SD 恢复 (t)	—	盖板关闭时不可触及

前面板:LED PWR、YBO-CAN、N2K、NET(按链路类别显示颜色)、SYS(RAUC/健康);按键 RESET(内凹,长按 10 s = 恢复到最近已知良好配置的出厂重置,保留审计日志 — P03-hub.md FR-20)和 PAIR(BLE 配网窗口 120 s (t))。

5. 分模块电路设计

输入保护:5 A (t) SMD 保险丝 → SMC 封装 33 V 截止电压 TVS(器件类别)→ LM74700-Q1 驱动 60 V、≤ 10 mΩ N-FET(器件类别)→ 100 µF (t) 电解 + 10 µF 陶瓷。ISO 7637-2 脉冲 1/2a/3a/3b 及 ISO 16750-2 抛负载被钳位于 LM5143-Q1 与 LM74700-Q1 的 65 V 限值和 LMR38020 的 80 V 限值以下;LTC3350(最大 35 V)位于 LM5143-Q1 CH1 之后,永不承受该瞬变。DC 输入设共模扼流圈以抑制传导发射(P03-hub.md §11 EMC)。
常供电级:LMR38020 输出 5 V,400 kHz (t),10 µH;LDO 至 3V3_AON。S32K116 监控器:UART 链路至 SOM,GPIO SYS_EN、LTE_EN、SOM_RST、WDI 输入、SOM_HEALTHY 输入、DI ×2(0–32 V 耐受分压 + 串联电阻 + 钳位,P03-hub.md §5),I2C 至 LTC3350,ADC 接 VBAT_PROT 分压(0.1 V 级)和输入分流放大器(10 mA 级)。其 FlexCAN TXD 与 SOM FlexCAN1 TXD 在 TJA1463 #1 之前做 AND(隐性 = 高);RXD 扇出至两者。SOM 关闭时,两颗 TJA1463 的 INH/RXD 也能唤醒监控器。
中间轨与 SOM 轨:LM5143-Q1 双路同步控制器,CH1 = VBUS_10(10 V,4 A,4.7 µH (t)),CH2 = 3V8_LTE(3.8 V,3 A,3.3 µH (t)),交错工作,400 kHz (t) 带扩频;EN1/EN2 来自监控器。TPS62130 ×2 输出 3.3 V 和 5 V,2.5 MHz,1 µH,布置于距 SOM 电源引脚 20 mm 以内;3V3_SOM 大容量电容 ≥ 220 µF (t) 以应对 Wi-Fi 校准峰值。
超级电容级:LTC3350 配 4 节串联 EDLC 10 F / 2.7 V (t),设定点 2.5 V/节,内部均衡器,0.5 A 充电 (t),OUTFB 设为 7 V (t) 备份稳压,PFI 输入失效比较器阈值 7.5 V (t) → CAP_PGOOD/PFO 至监控器;板温高于 65 °C 时设定点降至 2.3 V/节。22 µH (t) 电感按 25 W 升压选型。
CAN 级(YBO-CAN、N2K):TJA1463(符合 ISO 11898-2:2024 的 SIC,P03-hub.md §7),VIO = 3.3 V,100 Ω/100 Ω 分裂终端配 4.7 nF 接屏蔽,仅在 DIP 闭合时生效;总线侧 24 V TVS 对(器件类别)与 2.2 nF/2 kV Y 电容;每端口 51 µH (t) 共模扼流圈。YBO-CAN 默认速率按 X01(500 kbit/s / 2 Mbit/s (t));N2K 固定 250 kbit/s 经典 CAN,TJA1463 SIC 兼容经典 CAN。
隔离 J1939:MCP2518FD(SPI ≤ 20 MHz,CAN FD 至 8 Mbit/s,31 个 FIFO,2.7–5.5 V,-40…+150 °C,SOIC14/VDFN14 — Microchip)挂在 3V3_SOM 上,配 40 MHz 晶体,Linux mcp251xfd 驱动;ISO1042 侧 1 接 5V_SYS,侧 2 接隔离 1 W 5 V 模块(器件类别,≥ 3 kVrms (t));隔离带爬电距离 ≥ 8 mm (t) 并开槽;GND_ISO 经 1 MΩ ‖ 4.7 nF/2 kV 接 SHIELD。替代 P03-hub.md §3 中绘制的 TXD/RXD 多路复用器,使 YBO-CAN、N2K 与 J1939 可并发运行(FR-14 在 N2K 上重新发布发动机数据);多路复用器保留为后备方案(§11)。
RS-485:THVD1450,DE/RE 由 GPIO 控制并在固件中提供自动方向选项,120 Ω DIP,10 kΩ 失效安全偏置,总线侧 ±15 V TVS 阵列。
以太网:LAN 由 SOM 板载 PHY 经带 75 Ω Bob-Smith 端接的变压器引出;WAN 经 DP83867IR(RGMII,1.1 V 内核及 2.5 V/1.8 V 模拟电源由 3V3_SOM 派生的 LDO 提供,器件类别),25 MHz 晶体,RGMII-ID 配置电阻;两个插座均集成变压器并具备 1.5 kV 隔离。
USB:USB1 → TPS2553(限流 1 A (t))→ 带 ESD 阵列的 USB-A;USB2 → LTE 模块 LGA 焊盘(EG915Q/EG91 Cat-1 或 EG25-G/EC25 Cat-4 占位按 P03-hub.md §7 二选一;占位决定见 §11);PWRKEY、RESET、STATUS、W_DISABLE 接 GPIO;SIM 卡座 + eSIM 占位(两者并存,只贴装其一 (t))。
GNSS:MAX-M10S 挂在 3V3_SOM 上,V_BCKP 来自 3V3_AON,UART + TIMEPULSE 接 LPUART/GPIO(PPS 送 chrony),有源天线 3.3 V 偏置经 27 nH + 限流开关,模块前置 SAW 滤波器。
Wi-Fi/BLE:EVT/DVT 阶段位于 SOM 上(Murata 2EL,P03-hub.md §7);芯片直贴载板预留 uSDHC3 + LPUART + WL_REG_ON/BT_REG_ON/HOST_WAKE 及模块占位,并以 50 Ω 接地共面走线连至 SMA。
插件排针:引脚表见 §4;3V3_PLG 经带故障标志的 0.5 A 负载开关;SPI/UART 线路串联 33 Ω;3V3_PLG 上加 TVS;射频路径为 u.FL 转 SMA 跳线,载板上无射频元件(供应商中立,PRODUCT-PLAN.md §6 第 9 项)。
辅助电路:PCF85263A 配 CR2032 电池座,时间戳寄存器锁存 DC 丢失时刻(FR-18);超级电容旁一个板载 NTC/数字温度传感器,SOM 旁另一个;VBUS_10 上的 V/I 监测用于 TELEM。

6. 热预算

项目	耗散(最差)	依据
SOM(SoC + LPDDR4 + eMMC + Wi-Fi)	运行 1.8 W,带 NPU 2.5 W (t)	Variscite 运行 1.775 W 含 Wi-Fi iperf(§3 引用的数据手册)
LTE 模块 TX(Cat-4)	平均 2.0 W,脉冲 7.6 W	3.8 V × 2 A 峰值(Quectel,§3)
DP83867IR + SOM 板载 PHY	0.9 W	各 457 mW(`P03-hub.md` §7)
CAN/RS-485/隔离 DC/DC	0.6 W	3 × 42 mA 于 5 V 显性 + 1 W 模块 40 % 负载
稳压器(LM5143、LMR38020、TPS62130 ×2、LTC3350 充电)	1.0 W	加权效率 ≈ 88 % (t)
总计	≈ 8 W	与 `P03-hub.md` §8 热预算一致(+70 °C 时 8 W)

外壳作为散热器(P03-hub.md §8,160 × 120 × 45 mm (t)):表面积 ≈ 0.064 m²,自然对流 + 辐射 h ≈ 8 W/m²K (t) → ΔT ≈ 8 W / (8 × 0.064) ≈ 16 K → +70 °C 环境下壳壁 86 °C。SOM 至盖板导热垫 Rth ≈ 1.5 K/W (t),对应 SOM 的 2.5 W 份额 → 壳温 90 °C;i.MX93 工业级 Tj 最大 105 °C(IMX93IEC),为结到壳留出 ≈ 15 K,因此 +70 °C 下要达到全性能必须采用带导热垫的压铸方案;通风聚碳酸酯方案仅在降额下通过。EDLC 单体通常在 2.7 V 下额定 65 °C,因此板温高于 65 °C 时该级以 2.3 V/节运行(§3、§5),并布置于最凉的壳壁处,远离 LTE 模块。

板温	允许的运行状态
≤ 55 °C	全部功能,A55 1.7 GHz,NPU 连续运行,LTE Cat-4 上传
55–70 °C	NPU 占空循环(≤ 2 fps (t)),片段上传批处理,超级电容 2.5 V/节
70–80 °C	A55 限制在 1.4 GHz(数据手册设定点),LTE TX 功率等级降低,超级电容 2.3 V/节,DIAG `thermal_derate`
> 80 °C	LTE 关闭,A55 0.9 GHz,ALARM `hub_overtemp`;网关与 CAN 功能继续

7. 固件架构

启动与更新链(Yocto,P03-hub.md §9):BootROM → AHAB(Advanced High Assurance Boot)依据量产时熔断的 OEM SRK 哈希验证签名的 flash.bin 容器(ELE 固件、SPL、TF-A BL31、U-Boot)— NXP uboot-imx AHAB 介绍 → U-Boot 验证启动 FIT(内核 + DTB + initramfs)→ dm-verity 根文件系统 (t) → RAUC A/B 槽位配 X.509 签名的 bundle,meta-rauc 层,U-Boot 中的启动计数回退 — RAUC。层:厂商 BSP(meta-variscite-bsp 或 meta-imx)、meta-rauc、meta-ybo-hub(镜像、服务、配置、为 P03-hub.md FR-22 生成 SBOM)。密钥:SRK 集(4 把密钥,离线 HSM,吊销熔丝),链接到 YBO 发布 CA 的 FIT/RAUC 签名证书,量产时在 EdgeLock Secure Enclave(ELE)内生成且永不导出的每设备 EC P-256 身份(mTLS MQTT,FR-10),由 ELE 封装的 Hub YBO-CAN 128 位设备密钥与加密数据分区密钥。面向节点的 CFG/OTA bundle 由 Studio/YBO 发布密钥签名并在节点上验证(X01 §7);Hub 仅做中继与上报。

服务	角色	X01 / X02 绑定	周期 / 限制
`ybo-cand`	SocketCAN `can1` 守护进程;节点表;命令生命周期跟踪;TELEM/ALARM/AUDIT 写入本地存储	TX:HB(1 s (t))、CMD、CFG、OTA、DIAG;RX:全部族;连续 3 次 HB 缺失判定节点丢失	CMD → ACK ≤ 100 ms → STATE ≤ 5 s
`n2kd`	`can0` N2K 协议栈:地址声明、产品信息、由 STATE 生成 PGN 127501/127502、由 TELEM 生成电力 PGN、127502 命令 → CMD	UI 与 MFD 仅渲染 STATE	不桥接任何私有内容(FR-01)
`j1939d`	`can2`(mcp251xfd)J1939 解码器 → MQTT + N2K 发动机 PGN	解码表来自 X02 `nodes` 能力	每端口配置 250/500 kbit/s
`modbusd`	RS-485 Modbus RTU 主站	X02 `modbus_target` 绑定、寄存器映射	轮询周期 < 5 s
`supd`	经 UART 的监控器桥接:模式请求、WDI 喂狗、DI 事件、VCAP/V/I 遥测、掉电冲刷	DIAG 来源	喂狗 ≤ 1 s,窗口 0.1–2 s (t)
`connmand`	连接管理器:Wi-Fi STA > WAN > LTE,AP + STA,故障切换 ≤ 30 s (t),故障回切	链路类别 → 告警负载降级(FR-05/06)	探测 5 s (t)
`cloudd`	经 mTLS 的 MQTT 连接 Mate;存储转发队列(eMMC 上 SQLite WAL,上限 2 GB (t),按序重放);命令过期 + 幂等键	远程 CMD → `ybo-cand`	无入站端口(FR-10)
`deployd`	Studio 部署端点:签名 → schema → 语义 → 合理性 → 将 CFG 暂存至节点 → 提交,或任一 NACK 即回滚	X02 manifest、每节点哈希、上一版本 id	原子性(FR-09)
`schedd`	在 Hub 上执行的计划、场景、自动化;Hub 丢失时不执行任何内容	X02 `scenes`、类型为 `scene` / `automation` 的 `bindings`、`alarm_rules`	FR-12
`hub-ui`	本地 Web UI + WebSocket,零互联网(FR-08);每个控件标注其写入目标	仅渲染 STATE	—
`eyed` / `npu-worker`	ONVIF 发现、RTSP 代理、片段录制至 eMMC/USB SSD;v1.5 在 Ethos-U65 上做人员检测(eIQ/Vela)	布防状态来自地理围栏(`gnssd`)	≤ 2 fps (t)
`gnssd`、`victrond`、`otad`、`auditd-ybo`	UBX/NMEA + PPS 送 `chrony`,锚泊/地理围栏;Victron GX 只读;RAUC + 模块 OTA 中继;仅追加的哈希链审计日志,保存 12 个月 (t)	OTA 族结果送 Mate;AUDIT 记录	FR-04、FR-11、FR-13、FR-17

电源模式状态机(监控器 S32K116;SOM 的 M33 仅负责低功耗 CAN 监听):

状态	事件	下一状态	动作
off	DC 存在,VBAT_PROT > 7 V	boot	SYS_EN 开,LTE_EN 开(4G),释放 SOM_RST,60 s (t) 后启用 WDI 窗口
boot	SOM_HEALTHY 置位	active	监控器将 YBO-CAN TXD 移交 SOM;HB 携带 `mode=active`
boot	连续 3 次启动无 SOM_HEALTHY	fault	暂停 60 s,经 GPIO 标记 RAUC 另一槽位,重试;DIAG `boot_fault`
active	WDI 连续 3 个窗口缺失	boot	SOM_RST 脉冲;绝不发出任何 CAN 控制帧(`P03-hub.md` §10)
active	`supd` 请求低功耗	low-power	A55 挂起,M33 监听,以太网 PHY 断电,无线占空循环
low-power	发往 HUB 的 CAN ALARM/CMD、RTC 闹钟、DI 边沿	active	M33 恢复 A55
active / low-power	`supd` 请求休眠(配置或远程)	sleep	SOM 干净关机,SYS_EN + LTE_EN 关;TJA1463 进入待机;监控器在 YBO-CAN 上以 10 s (t) 周期维持 HB `mode=sleep`
sleep	任一端口的 TJA1463 唤醒图样(ISO 11898-2:2024 WUP)、RTC 闹钟、DI 边沿、`WAKE` 引脚	boot	唤醒延迟 = Linux 启动 ≈ 10–20 s (t)(`P03-hub.md` §15 第 6 项)
任一通电状态	LTC3350 PFO(VBUS_10 < 7.5 V (t))	flush	LTE_EN 关,通知 SOM 冲刷(事件日志、审计、卸载)≤ 5 s,RTC 时间戳,然后 SYS_EN 关;DC 恢复后回到 boot

命令中继(所有 UI/Mate/MFD/计划命令,X01 §5):issued → acked(ACK ≤ 100 ms,否则 rejected)→ pending(UI 置灰)→ 5 s 内 STATE 回读则 confirmed,否则 timeout(UI 回退,提示重试);脉冲通道:重试前先读取,再次驱动间隔 ≥ 12 s,N = 3 (t) 次不匹配 → ALARM;每次状态转换都是一条 AUDIT 记录(谁/做什么/何时/结果)。部署(deployd):received → validated → staged(CFG 下发至 manifest 中的每个节点)→ 全部 ACK 且哈希匹配则 committed,否则 rolled_back 到上一版本 id;manifest.previous 支持一键回滚。OTA:downloaded → verified → installed(非活动槽位)→ rebooting → healthy(所有服务运行,CAN 守护进程在线)标记槽位良好,否则引导程序在启动计数达上限后回退。

故障	检测	响应
DC 丢失 / 欠压低于 7 V	LTC3350 PFO、监控器 ADC	冲刷序列(上表);任何位置不改变通道状态(FR-12)
SOM 内核或服务挂起	监控器窗口 WDI;每服务 systemd 看门狗	SOM 复位;3 次失败 → 另一槽位;DIAG `boot_fault`;N2K/YBO 节点保持最近确认状态
YBO-CAN bus-off / 错误被动	SocketCAN 状态、TJA1463 ERR_N	100 ms (t) 自动重启,DIAG `bus_err_ybo`,10 s (t) 后 ALARM
N2K 或 J1939 bus-off	can0/can2 上同上	按端口独立重启;到其他总线的桥接不受影响
存储满或 eMMC 磨损 > 80 %	eMMC 健康(CMD8 EXT_CSD)、配额	先裁剪片段保留,再降采样 TELEM;审计日志 12 个月内绝不裁剪;DIAG `storage_health`
全部链路断开	`connmand` 探测	存储转发;YBO-CAN/键盘上的告警继续;文本告警排队等待首个链路
LTE 模块挂起	AT 看门狗、USB 枚举丢失	PWRKEY 循环,再 3V8_LTE 断电重启(每小时最多 3 次 (t))
任一节点 Config NACK	CFG ACK 超时 / 拒绝	原子回滚,部署标记为失败并附节点 id,AUDIT
时钟丢失(RTC 电池耗尽)	PCF85263A 振荡器停止标志	写入审计前先从 GNSS/NTP 获取时间;DIAG `rtc_invalid`
过温	SoC 与板载传感器	§6 降额表;ALARM `hub_overtemp`
超级电容劣化(容量 < 60 % 或 ESR > 2× (t))	LTC3350 测量	DIAG `cap_health`,Mate 服务工单;UI 中撤销保持时间保证
篡改 / 外壳打开	DI(防拆开关)	AUDIT + ALARM(可在 `alarm_rules` 中配置)

8. 诊断与遥测点

名称	单位	速率	来源
`hub_supply_v`、`hub_current`	V、A	TELEM 1 s	监控器 ADC / 输入分流
`vcap_v`、`cap_ok`、`cap_health`(容量、ESR)	V、bool、F / mΩ	TELEM 10 s;变化时 DIAG	LTC3350 经监控器 I2C
`board_temp`、`soc_temp`、`thermal_derate`	°C、level	TELEM 10 s	传感器、SoC 热区
`mode`(active / low-power / sleep / flush)、`uptime`、`boot_slot`、`boot_fault`	enum、s、A/B、count	HB 1 s (t)(休眠:10 s)	监控器 / `supd`
`link_state`(wifi_sta / wan / lte / ap_clients)、`lte_rssi`、`sf_queue_depth`	enum、dBm、count	TELEM 10 s	`connmand`、`cloudd`
`gnss_fix`、`gnss_sats`、`anchor_state`	enum、count、enum	TELEM 5 s(Hub 4G)	`gnssd`
`bus_load_ybo`、`bus_err_ybo`、`bus_err_n2k`、`bus_err_j1939`、`term_state` ×3	%、counts、bool	TELEM 10 s	SocketCAN 统计、GPIO
`node_count`、`nodes_lost`	count	变化时 DIAG	`ybo-cand` 节点表
`storage_health`、`storage_free`、`rtc_invalid`	%、GB、bool	TELEM 60 s	eMMC EXT_CSD、RTC 标志
`config_version`、`config_hash`、`ota_state`、`sbom_id`	id、hash、enum、id	变化时 DIAG	`deployd`、`otad`

9. 产线测试与校准

步骤	方法	限值
ICT / AOI	载板测试点飞针;SOM 由厂商测试	开路/短路为零;EDLC、电解电容极性
上电序列	台式电源 12 V,治具测量 5V_AON、3V3_AON、VBUS_10、3V3_SOM、5V_SYS、3V8_LTE	各 ±3 %;12 V 下休眠电流 ≤ 1 mA (t)(规则 ≤ 5 mA)
输入包络	8 V 与 32 V 扫描,反接 -32 V 60 s	8 V 下不复位;反接无损坏
超级电容	充至 10 V,治具在 4 W 负载下切断 DC	保持时间 ≥ 5 s (t);LTC3350 测得容量每节等效 ≥ 8 F (t)
监控器与看门狗	治具阻断 WDI	3 个窗口内 SOM 复位;复位期间无 CAN 帧发出(总线监视)
CAN 端口	YBO-CAN 以 500 kbit/s / 2 Mbit/s (t) 回环,N2K 250 kbit/s,J1939 250/500 kbit/s;终端电阻 DIP 两个位置;休眠中由治具发出唤醒图样	60 s 零错误;终端检测匹配;唤醒至启动 ≤ 25 s (t)
CAN 拓扑测试	治具以 40 m (t) 电缆模型模拟 YBO-CAN 上 3 个节点	HB/ACK/STATE 生命周期通过;SIC 振铃裕量按 X01 一致性清单
隔离	J1939 侧对 Hub GND 2.5 kVrms 60 s (t)(低于 5 kVrms 额定值)	漏电流 < 1 mA
以太网、USB、RS-485	iperf 两端口 ≥ 900 Mbit/s (t);U 盘枚举 + 1 A 限流跳脱;Modbus 回环	通过
无线	SMA 上 Wi-Fi/BLE 传导功率与 EVM;LTE(4G)各频段传导功率,测试网络上 SIM/eSIM 注册;模拟器 GNSS 冷启动 ≤ 60 s (t)	在模块规格内;EMC 预扫挂钩:DVT 阶段屏蔽室辐射预扫 TP,传导 CAN/RS-485 抗扰按 `P03-hub.md` §14
配置写入	熔断 SRK 哈希,启用 AHAB 封闭模式,在 ELE 内生成设备身份,签发证书,写入 Hub UID 与 128 位设备密钥,记录到工厂数据库	被拒绝的(未签名)镜像的签名验证证明封闭状态
校准	供电 V/I 监测偏移/增益对照治具基准;RTC 微调;板温偏移	V ±0.1 V,I ±10 mA(`P03-hub.md` §5)
最终	完整镜像,配置 `manifest` 工厂版本,标签(无线变体、目的地允许列表),记录 SBOM id	标签与 SKU 及无线配置一致

10. BOM 骨架

模块	主要条目(器件类别)	数量	成本等级	采购风险
SOM	VAR-SOM-MX93(或 Compulab UCM-iMX93),工业级,1–2 GB / 8–16 GB	1	A	中 — 两家供应商,供货至 2038(`P03-hub.md` §7)
输入保护	保险丝、TVS、LM74700-Q1 + N-FET、共模扼流圈、大容量电容	1 套	B	低
常供电	LMR38020、LDO、S32K116、PCF85263A + 电池座、传感器	1 套	B	低
主电源	LM5143-Q1 + 4 颗 FET + 2 颗电感、TPS62130 ×2、P-FET 开关	1 套	A	低
超级电容级	LTC3350、4 × 10 F EDLC、电感、采样电阻	1 套	A	中 — EDLC 温度等级
CAN	TJA1463 ×2、MCP2518FD、ISO1042、隔离 1 W 模块、TVS、扼流圈、DIP 开关	1 套	A	低
RS-485	THVD1450、TVS、DIP	1 套	C	低
以太网	DP83867IR、2 × 带变压器 RJ45、LDO	1 套	B	低
USB / LTE / GNSS	TPS2553、USB-A、LTE 模块(4G)、SIM/eSIM、MAX-M10S、SAW、偏置器	1 套	A(4G)/ C(Hub)	中 — 区域 LTE 变体
RF	SMA ×1/×3/×4、u.FL 跳线、内部分集走线	1 套	B	低
插件	12 针排针、负载开关、铜柱	1 套	C	低
机械	压铸外壳 + 导热垫或 PC 外壳、密封垫、密封连接器、纽扣电池	1 套	A	中 — 模具

11. 可桌面决定的事项

决策	建议	理由	冻结门槛
SOM 供应商	Variscite VAR-SOM-MX93(工业级)	2 路 GbE 且其一为板载 PHY,已认证 Wi-Fi 6/BLE 5.4,单 3.3 V 供电,功耗数据有文档;Compulab 保留为第二货源	M3(`P03-hub.md` §15 第 13 项)
PVT:SOM 还是芯片直贴	PVT 阶段继续用 SOM;仅在年产量超过 3 k 台 (t) 时转芯片直贴	SOM 价格 $34–59 对比芯片直贴无线的 NRE 与 RED 重新取证	M8
WAN PHY	DP83867IR	8 kV ESD,-40…+85 °C,1588;若价格占优则用 KSZ9131 替代	M8
第三路 CAN 控制器	SPI 上的 MCP2518FD(后备:`P03-hub.md` §3 多路复用器,届时 N2K 与 J1939 互斥)	FR-14 需要 YBO-CAN + N2K + J1939 并发;i.MX93 只有 2 路 FlexCAN	M3;Level-1 框图经 PMA 更新
监控器	3V3_AON 上的 S32K116(替代方案:无 MCU — TJA1463 INH 驱动 LM5143 EN,TPS3430 窗口看门狗 1.6–6.5 V,10 µA — TI)	休眠期间维持 HB、唤醒过滤、冲刷时序、脱离 SOM 的 LTC3350 遥测;代价是增加一份 MCU 固件	M3
中间轨	10 V (t)(而非 5 V)	4 节电容堆充电、冷启动直通、TPS62130 最大 17 V	EVT
超级电容堆	4 × 10 F / 2.7 V,2.5 V/节,高温 2.3 V/节	EOL 时 3× 能量裕量;若冲刷 ≤ 3 W 则 5 F 降本	DVT
外壳	带 SOM 导热垫的压铸外壳	+70 °C 下热裕量 ≈ 15 K(§6);PC 仅在降额下可用	M3 / DVT 热测试(`P03-hub.md` §15 第 7 项)
插件排针	2×6 2.0 mm,引脚映射见 §4,ID 电阻梯,u.FL 直通	供应商中立,载板无射频	M8(§6 第 9 项)
LTE 占位	EG25-G / EC25 Cat-4 LGA 占位,若模块供应商确认兼容则在同一外形族中提供 Cat-1 替代(未核实)	一块载板覆盖 §6 第 7 项的两种结果	M3
LTE 分集天线	内部 PCB 走线 (t)	Level-1 规定最多 3 个 SMA	DVT RF 预扫
YBO-CAN 端口 V+	v1 中 Hub 不输出	总线供电方案归 X01/P01;定制载板上可增加带保险丝的高边电源	X01 冻结
N2K NET-C 接地	与 Hub GND 连接,安装指南注明	Level-1 非隔离端口;地环路风险已记录	DVT
CAN 终端电阻	带 GPIO 检测的 DIP 开关	安装人员可见,无软件失效模式	EVT
USB-A 限流	1 A (t)	SSD 浪涌 vs `P03-hub.md` §5 1 A	EVT

12. 变更记录

日期	变更	参考
2026-08-28	初始 Level-2 设计附录:SOM 载板架构、含休眠与保持时间核算的电源树、引脚预算与引脚定义、电路模块、热降额、软件与安全架构、状态机、诊断、EOL 测试、BOM 骨架、决策	PLAN-029

P03 · YBO Hub — 设计附录(Level 2) ​

1. 范围 ​

2. 框图 ​

3. 电源树与预算 ​

4. 接口与引脚预算 ​

5. 分模块电路设计 ​

6. 热预算 ​

7. 固件架构 ​

8. 诊断与遥测点 ​

9. 产线测试与校准 ​

10. BOM 骨架 ​

11. 可桌面决定的事项 ​

12. 变更记录 ​