P05 · Air 平台评估 —— nRF54L 存储档位与 Matter over Thread 的存储需求
- Level-1 规格：P05-air.md
- 设计附录：P05-air-design.md
- 依据：Nordic 产品页与 nRF54L15 / L10 / L05 数据手册 v1.0；nRF Connect SDK 3.0.0 的 Matter 硬件与内存需求页（sdk-nrf
doc/nrf/protocols/matter/getting_started/hw_requirements.rst）；MCUboot 镜像压缩说明。数据日期 2026-09-25
本文是评估，不是选型决定；不改变任何规格数值。规格只在待决项 AIR-O-03 引用本文，作为存储档位与双镜像条件的依据。
1. 评估目的与边界
章节标题：“1. 评估目的与边界”2026-09-22 起 Air 首版推荐为 nRF54L15（TI 评估、设计附录 §2）。本文回答三个后续问题：
- nRF54L15、nRF54L10、nRF54L05 有何区别，Air 该用哪一档。
- Matter 能否由 YBO 自己基于 Zephyr 实现，代价是什么。
- Matter 版固件要多大 ROM，1.5 MB 片内存储能否容纳双镜像 OTA。
- 除 A/B 双槽之外还有哪些升级机制，"不可变一级 + 可更新应用"该如何落在单芯片上。
边界：规格 §1 明确首版不含 Matter；本文只给出保留或放弃 Matter 路径时的存储与工程后果，不改变首版边界。BLE 版固件体量为工程经验估算，须由 linker map 替代。
2. 候选与来源
章节标题：“2. 候选与来源”| 器件 | RRAM / RAM | 内核、射频、功耗、外设、封装 | 协议（产品页） | 来源 |
|---|---|---|---|---|
| nRF54L15 | 1.5 MB / 256 KB | 三档相同：Cortex-M33 128 MHz + RISC-V 协处理器；RX 3.2 mA、TX 0 dBm 5.0 mA、System OFF 0.6 µA；完整外设含 NFC-A、PDM、I2S、PWM、QDEC；QFN48 与 WLCSP，三档引脚兼容 | BLE 5.4 / 6.0 含信道探测、Thread、Zigbee、Matter、Sidewalk | 产品页、数据手册 v1.0 |
| nRF54L10 | 1 MB / 192 KB | 同上 | 同上 | 产品页 |
| nRF54L05 | 0.5 MB / 96 KB | 同上 | 产品页同样列出 802.15.4 与 Matter，但见 §3.3 的存储限制 | 产品页 |
| nRF54LC10A（对照） | 1 MB / 192 KB | 精简外设，无 NFC | BLE、802.15.4 | Nordic 博客；因无 NFC 入网路径，不适合 Air |
3. 对比
章节标题：“3. 对比”3.1 三档的差别只在存储
章节标题：“3.1 三档的差别只在存储”功耗、NFC 认证入网、CR2450 直供这三项 Air 选 nRF54L 的理由在三档上完全相同；差别只有非易失存储与 RAM。因此 PCB 可以按 nRF54L15 设计，在 AIR-O-03 拿到真实固件体积后再决定贴哪一档，不改板。
3.2 BLE 版 Air（现行范围）的存储需求
章节标题：“3.2 BLE 版 Air（现行范围）的存储需求”现行固件范围：BLE 外设 + LE Secure Connections + 认证入网 + 签名 OTA 双镜像 + 配置持久化。工程经验量级（非实测）：应用 150–250 KB；MCUboot 约 52 KB；双镜像加设置区合计约 400–550 KB；RAM 数十 KB。
| 档位 | BLE 版双镜像 | 判断 |
|---|---|---|
| nRF54L15 | 放得下，余量约 1 MB | 只有保留 Matter 路径时才值得多付 |
| nRF54L10 | 放得下，余量约 0.5 MB | 合理的量产档 |
| nRF54L05 | 每槽 200 KB 出头，需镜像压缩或单槽恢复方案 | 须由 linker map 证明后才可选；规格 SEC-05 "分区与双镜像不凭 NVM 容量承诺"即指此情形 |
3.3 Matter 版的存储需求（Nordic 实测表）
章节标题：“3.3 Matter 版的存储需求（Nordic 实测表）”nRF Connect SDK 3.0.0 在 nRF54L15 DK 上的 Matter over Thread 示例，单位 KB：
| 示例 | MCUboot | 应用 ROM | 出厂数据 | 设置区 | ROM 合计 | RAM（含静态堆） |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Light Switch，Release（LTO） | 52 | 610 | 4 | 40 | 706 | 169 |
| Light Switch，Debug | 52 | 778 | 4 | 40 | 874 | 175 |
| Template，Release | 52 | 579 | 4 | 40 | 675 | 168 |
| Light Bulb，Release | 52 | 650 | 4 | 40 | 746 | 183 |
| Lock，Release | 52 | 611 | 4 | 40 | 707 | 173 |
Light Switch 就是 Air 对应的设备类型；加上自有手势、指示灯与诊断，Matter 版 Air 的应用体量按 650–700 KB 预留。
Nordic 的 nRF54L15 Matter 内存图：片内 1 524 KB 全部给一个主槽（MCUboot 52 KB + 主槽 1 428 KB + 出厂数据 4 KB + 设置区 40 KB），DFU 副槽放在外部 8 MB SPI flash；文档原话是 nRF54L15 需要至少 1.5 MB 外部 flash 做 DFU，nRF54L10 与 nRF52840 需要至少 1 MB。同页注明 nRF54L15 支持带镜像压缩的 DFU，"可能免去外部 flash"。
镜像压缩（LZMA2 + thumb 过滤）下，副槽可缩到主槽的约 70 %。按 700 KB 应用估算：主槽 ≥700 KB + 副槽约 500 KB + 引导 52 KB + 出厂数据与设置 44 KB ≈ 1.3 MB，能落进 1.5 MB 片内，余量不到 200 KB。
| 档位 | Matter over Thread 双镜像 |
|---|---|
| nRF54L15 | 二选一：外接 SPI flash（Nordic 参考内存图）或押注镜像压缩挤进片内 |
| nRF54L10 | 放不下；Nordic 明示需外接 ≥1 MB flash |
| nRF54L05 | 排除 |
RAM：Matter 版约 170 KB，L15 的 256 KB 够，L10 的 192 KB 紧。
3.4 Matter 由 YBO 自己基于 Zephyr 实现
章节标题：“3.4 Matter 由 YBO 自己基于 Zephyr 实现”可行，且这就是主流做法：Matter 不是自写协议栈，而是把 CSA 开源 Matter SDK（connectedhomeip）与 OpenThread 集成进 Zephyr 应用；nRF Connect SDK 本身就是 Zephyr 加这套集成，Telink 的 Matter 认证也走 Zephyr。要做的事与代价：
- 平台：nRF54L15 + nRF Connect SDK 的 light switch / generic switch 示例，OpenThread 做 Thread 1.3 睡眠终端，BLE 只用于入网，MCUboot 做签名 OTA。Thread 与 BLE 认证可从 Nordic 的认证组件继承。
- 电池终端：Matter 1.2 起的 ICD（间歇连接设备）模式使纽扣电池可行，但 Thread 睡眠终端轮询与 Matter 订阅保活会在"按键后建连 + 断续联络"之上增加基础电流，400 mAh 预算须重算。
- 拓扑：Air 不再对 Air Hub 说自有 GATT，而是对 Thread 边界路由器说 Matter；Air Hub 的 ESP32-C6 可兼做边界路由器 + Matter 控制器；Core 回读须经 Matter 桥暴露，否则规格
SYS-02的"只有真实 Core 回读才显示成功"落不到 Air 指示灯上。 - 入网：Matter 的 PASE / CASE 是认证型配对，满足
SEC-01不得 Just Works 的要求（ESP32-H2 评估 §5 路径二）；代价是 NFC OOB 不再是主路径，改为 QR / 配对码。 - 认证与费用（量级，待核）：CSA Adopter 会员约 7 000 美元/年才能取得 Vendor ID 并提交认证，每产品认证费数千美元加授权实验室测试；设备证明证书 DAC 须从 PAA 购买并按台注入（落在
AIR-O-08）；Bluetooth 产品需自己的 Declaration ID（约 9 600 美元一次）；Thread 认证可继承但需 Thread Group 会员。RED / FCC 整机测试不因 Matter 减少。 - 工作量：集成、裁剪、OTA、ICD 调参与量产证书注入，量级是数人月。
3.5 升级机制比较
章节标题：“3.5 升级机制比较”以 MCUboot 在 nRF54L 上提供的模式为准，按对 Air（纽扣电池、无有线维护口、SEC-05 要求签名、受控恢复与断电安全）的适用性排：
| 方式 | 原理 | 存储 | 回滚 | 断电安全 | 对 Air 的判断 |
|---|---|---|---|---|---|
| A/B swap（swap-move） | 新镜像下载到副槽，引导程序交换两槽，失败自动换回 | 2× 镜像 | 有 | 有 | L10 / L15 的默认方案 |
| Direct-XIP | 两槽各自可直接执行，引导程序选新的有效镜像，不拷贝 | 2× 镜像 | 有 | 有 | 少一次整镜像写入，对 RRAM 寿命与升级时长有利；每个版本要编两份并按目标槽下发 |
| Overwrite-only | 副槽拷贝覆盖主槽，不保留旧镜像 | 2× 镜像 | 无 | 有 | 引导程序更小，但省不了槽又丢了回滚，不采用 |
| 压缩副槽 | 副槽存 LZMA2 压缩镜像，引导时解压到主槽 | 主槽 + 约 0.7× 镜像 | 有 | 有 | Nordic 给 nRF54L 的官方选项；L15 上 Matter 双镜像挤进片内靠它 |
| 外部 flash 副槽 | 副槽放外部 SPI NOR | 片内 1× 镜像 + 外部 | 有 | 有 | 多一颗芯片、一路漏电与 SPI 引脚；Nordic 的 Matter 参考内存图即此 |
| 固件加载器模式 | 片内一个主槽加一个很小的加载器应用，升级时引导进加载器，由它经 BLE 把新镜像写进主槽 | 1× 镜像 + 加载器（数十 KB） | 无 | 主槽写坏时加载器仍可启动并重下 | L05 的出路：不占第二槽且永远可恢复；升级中设备离线，写坏后重下整包。NCS 2.9 起对 nRF54L 提供，须按发布说明核实 |
| 差分升级 | 只传新旧镜像的差异，设备端合成 | 仍需暂存空间 | 取决于底层 | 取决于底层 | 省的是传输能量：整包经 BLE 接收的时长与电流是纽扣电池上的一次性大开销；MCUboot 无原生差分，需第三方或自研，可与 A/B 叠加 |
| 不可变一级引导 + 可更新 MCUboot | NSIB（B0）在 MCUboot 之前，MCUboot 自身双槽可更新 | 再多两个小槽 | 有 | 有 | 只有引导程序本身出漏洞才需要更新 MCUboot；首版不建议 |
| RAM 加载 | 镜像拷到 RAM 执行 | 1× 镜像 | — | — | RAM 须大于镜像且睡眠保持耗电，不适合 |
| 串口恢复 | MCUboot serial recovery，经 UART / USB 烧入 | 1× 镜像 | 无 | 靠有线 | Air 无维护口，只作产线与返修手段 |
3.6 "不可变一级 + 可更新应用"的落法
章节标题：“3.6 "不可变一级 + 可更新应用"的落法”目标性质：无论应用怎么坏，设备总能回到已知好的状态并重新接受升级。这一性质在 nRF54L 单芯片内即可取得，不需要第二颗 MCU：
- 不可变一级引导：NSIB（B0）或独立 MCUboot 放在 RRAMC 写保护区，出厂后不可改，只做签名校验与跳转。它就是"小的不可变 MCU"的等价物。
- 可更新层：应用，L10 / L15 用 A/B swap 或 Direct-XIP，L05 用固件加载器模式。
- 可选出厂金镜像：L15 有余量时留一个只读的出厂应用槽，一级引导在连续启动失败后回退到它。
不用第二颗 MCU 的理由：它没有射频，拿不到新固件，只能恢复自己 flash 里的旧镜像；要改写主 SoC 须走 SWD，而量产要锁调试口（SEC-05），两者矛盾；多一颗芯片的待机电流、电平转换与面积在 400 mAh 与 ≤12 mm 上都不便宜，还引入两颗芯片版本不一致的新失败模式。第二颗监督 MCU 适合跑 Linux、有外部存储和复杂启动链的 Air Hub / Mate，不适合 Air。
4. 风险与未核实项
章节标题：“4. 风险与未核实项”- BLE 版固件体量与分区是经验估算，须由真实 linker map 替代（
AIR-O-03）。 - Matter 数字来自 nRF Connect SDK 3.0.0 的示例表，产品固件会更大；镜像压缩后的实际副槽尺寸须按自有镜像实测。
- nRF54L10 上 Matter 的裁剪配置与 NCS 版本相关，须按发布说明复核。
- 认证费用为量级，须按 CSA、Bluetooth SIG、Thread Group 当年价目复核。
- Matter 版 Air 的电池预算与时延未估算，须在开启 Matter 路径前单独评估。
- 固件加载器模式在 nRF54L 上的可用版本与限制须按 nRF Connect SDK 发布说明核实；差分升级无 MCUboot 原生支持，方案与暂存空间待定。
5. 建议（供待决项引用）
章节标题：“5. 建议（供待决项引用）”AIR-O-03：PCB 按 nRF54L15 设计；BLE 版量产档在 nRF54L10 与 nRF54L15 之间按 linker map 决定，nRF54L05 只有在双镜像实证放得下时才可选。- 只要保留 Matter over Thread 路径，就必须选 nRF54L15，并在 D0 前决定外接 SPI flash 还是依赖镜像压缩，两者都写进
AIR-O-03的比选条件。 - 首版按规格 §1 不含 Matter；建议用 nRF54L15 DK 跑 NCS 的 Matter switch 示例，实测 ICD 模式下的平均电流与按键时延，作为
AIR-O-01的对照数据，不占 D0 主线。 - 是否开启 Matter 版 Air，等 Air Hub 的边界路由器角色定了再决定。
AIR-O-03的分区比选把"不可变一级引导（RRAM 写保护区）+ 可更新应用（L10 / L15 用 A/B swap 或 Direct-XIP，L05 用固件加载器模式）+ 可选出厂金镜像"写成要求；压缩或差分作为降低接收能量的加分项一并比选；第二颗监督 MCU 只留给 Air Hub / Mate。