Files
STM32F4-Base/docs/架构设计/硬件规格与能力边界.md
T
wandering1 aed842e1f2 Merge branch 'v2-on-ui' into task/archsplit-sw-hw
# Conflicts:
#	docs/架构设计/软件架构与运行时规格.md
2026-10-30 13:32:52 +08:00

7.2 KiB
Raw Blame History

STM32F4-Base 硬件规格与能力边界(V0.1)

文档定位:全仓硬件规格(V0.1)与硬件能力边界的权威表档。 来源链:docs/产品需求/产品需求设计文档.md v1.9 原 §3/§4 → 《系统架构与硬件规格》 →(2026-10-30 按"软件 / 硬件不混排"拆分)本档 = 硬件侧;软件运行时架构与工具链 / 工程约束见 软件架构与运行时规格.md。 与 docs/架构设计/项目架构总览.md 的分工:总览是叙述性全景, 本档是完整口径表——引脚分配表与硬件能力边界表(H1~H5)以本档为准, 两处冲突以本档为准并回改总览。 硬件口径:V0.1(docs/硬件平台/V0.1_网表详细分析报告.md + Inc/main.h)。 版本:v1.0 日期:2026-10-30

1. 主控与内存

项 值 说明
MCU STM32F407ZGTx Cortex-M4(FPU),LQFP144
主频 168 MHz HSE 8 MHz → PLL M=4 / N=168 / P=2
Flash 1 MB(0x08000000) 片内
SRAM 192 KB(128 KB 主 SRAM1+SRAM2 + 64 KB CCM) 链接器映射 128 KB 主 SRAM;CCM 用于 FreeRTOS 堆(任务栈)

RTOS / 工具链 / CubeMX 版本属软件侧事实,见 软件架构与运行时规格.md §6.1。

2. 外设与引脚分配

权威来源:V0.1 网表分析报告 + Inc/main.h(代码已迁移至 V0.1)。下表为 V0.1 硬件的引脚。

外设 接口 引脚 说明
CH395F 以太网 SPI2 PB12 CS / PB13 SCK / PB14 SDO / PB15 SDI 10/100M 以太网控制器;PHY 强制 100M 全双工;SPI 分频系数必须为 8(PCB 设计约束)
GD5F2GQ5UE NAND SPI1 PE0 CS / PB3 SCK / PB4 MISO / PB5 MOSI / PB8 WP / PE1 HOLD 256 MB SPI NAND(2 Gbit)
TPAFE5160 ADC 并行 16 位 PG0~PG15 数据 / PC6 FRSTDATA / PC7 BUSY(EXTI) / PC8 RD / PC9 CONVST / PA8 OS2 / PA11 OS1 / PA12 OS0 高精度多通道 ADC
SD2506 RTC I2C1 PB6 SCL / PB7 SDA 提供墙钟基准与日志时间戳
USART1(U5 直连 TTL) UART PA9 TX / PA10 RX 700000 8N1 → 屏板链路(TTL 直连、无 DE,../产品需求/产品需求设计文档.md §5.16.2);PA10 双向均已接线;日志已迁 UART5
UART4(RS-485) UART PC10 TX / PC11 RX / PA15 DE 半双工通信(V0.1 轮换后 RS485#4 = UART4,../硬件平台/V0.1_网表详细分析报告.md §4.2)
USART2(RS-232 #3) UART PD5 TX / PD6 RX 经 U10 隔离 → U13 TPT3232E → CN1;固件目前未占用(日志实际走 UART5/RS232#1)
UART5(RS-232 #1) UART PC12 TX / PD2 RX 经 U9 隔离 → U13 → CN1;日志口(115200,/serial-boot-test 采集通道;台架端子 ../子系统设计/屏板链路设计说明.md §3.2)
状态 LED ×6 GPIO PC5 / PB0 / PB1 / PB2 / PF11 / PF12 低电平点亮
SWD — PA13 SWDIO / PA14 SWCLK V0.1 已修复 V0.0 的 SWCLK 引脚缺陷
调试口 — CN2(XH-3A,1=SWDIO/2=SWCLK/3=GND) V0.1 由 H2 排针改为 XH 端子

⚠️ V0.0 / V0.1 差异:V0.1 相比 V0.0 做了接口裁剪(删 8080 LCD 与 8 键)+ U17 大面积引脚重排 + ADC 前端通道置换(17 路中 13 路变化)+ 调试口改型。固件 BSP 与 ADC 通道映射表必须按 V0.1 重映射; 详见 docs/硬件平台/V0.1_网表详细分析报告.md。

3. 存储器件

器件 容量 组织 软件栈
GD5F2GQ5UE 2 Gbit(256 MB) 2048 块 × 64 页 × 2048 B FatFS(FAT32)→ dhara FTL(磨损均衡 / 坏块管理 / GC)→ NAND 驱动
SD2506 — I2C1 RTC(时间/温度/电池诊断)

本档只留器件口径。软件栈细则——BBT 保留块池(顶部 4 块、不交给 dhara 管理)、 FatFs 严格 8.3 短名与两条 f_write 陷阱、单写者纪律(defaultTask 拥有存储、 netTask 只读 RAM 配置副本)——以 STM32F4-Base存储架构说明.md 与 软件架构与运行时规格.md §2 为准。

4. 硬件版本与兼容性

版本 状态 说明
V0.0 历史 含 8080 LCD、8 按键;存在 2 处设计缺陷(SWCLK 引脚错误致 SWD 不通、ADC17 落在非 ADC 引脚)
V0.1 当前 架构与 V0.0 一致;裁剪 LCD/按键、U17 引脚重排、修复上述 2 处缺陷;固件已迁移
V0.2 规划关注 新增关注项:VCAP 电容值未标注、PC13/14/15 子板 LED 3 mA 限流、SPI1 无法双落点

5. V0.1 硬件能力边界(对产品的硬约束)

下列五条是硬件事实,不是软件缺陷;需求档 §5 的功能范围与 需求档 §9 的"等条件"项均由它们推导:

# 约束 具体内容 产品影响 解除条件
H1 双转换器无共同采样触发 8 路电气量分属 TPAFE5160(16 位、8 通道同步、±5 V 双极性)与 STM32 ADC1(12 位、顺序扫描、0~3.3 V 单极性)两片;两片无共同触发,STM32 侧 9 通道一轮约 67 µs 跨转换器的相位 / 功率 / 功率因数 / 对称分量 / 三相同时刻判据一律不成立 → 方向元件、PT/CT 断线、三相过流、零序过流延后 V0.2 硬件:8 路电气量全部接 TPAFE(与备用路对调串联电阻,料号不变,走线级改动);固件只改映射表内容
H2 STM32 侧无中点偏置 单极性 0~3.3 V,交流量负半周削顶 UB/UC/IB/IC/IN 无有效值/相量,只能读码值监视;104 对应点恒置 IV V0.2 补偏置
H3 无出口继电器与开入回路 无跳闸/告警出口、无硬压板与开入遥信 保护动作只体现为遥信 + 日志 + SOE;104 遥控 YK1~4/13/14 否定确认 开入开出独立立项 + 硬件
H4 无本地屏与按键 160×160 单色屏仅存在于远端客户端 UI 以 TCP :7003 推流 + 远端按键回注(../产品需求/产品需求设计文档.md §8) 产品形态即如此,不解除
H5 无 SDIO SDIO 固定引脚组被 TPAFE/UART 占用 FatFs 卷只能落 SPI NAND(当前设计不受影响) 不解除

量纲口径(由 H1/H2 派生):在端子/子板变比确认与两点标定完成前,遥测与保护读数的单位是 ADC 引脚电压(eng=0),不是二次值;此时 ADC_CAL_F_VALID 未置位, 保护判据整体停走(../产品需求/产品需求设计文档.md §5.12)。这是刻意设计,不是"保护不动作"的缺陷。


编号换算(原《系统架构与硬件规格》合档 → 本档):旧档号记裸号、不带 § 以免与本档编号混淆—— 2.1(除 RTOS / 工具链 / CubeMX 三行)→§1、2.2→§2、2.3→§3、2.4→§4、2.5 的 SDIO 行→§5 H5、2.6→§5; 旧 2.5 其余五条工程约束(CubeMX 生成文件、生成区外定制、osKernelStart、BOM / 编码、新源文件)→ 软件架构与运行时规格.md §6.2。全仓旧号引用已按本表重定向; 换算只留此注,正文不再出现旧号。