XiBox · Tech Architecture
XiBox 技术架构设计 v1.0
五层架构 · 旁路信号链 · 电源 · 通信 · OTA · 云联动
不动原车功放 · 让每一条旁路都纯净可靠
5
架构分层
旁路
接入方式
OTA
升级能力
XiBox 技术架构设计 v1.0
摘要
本文档是 XiBox 系列后装算法盒的技术架构详设,与 spec.md 互补:spec 给出电气 / 机械 / 性能契约,本文定义系统分层 / 旁路信号链 / 电源拓扑 / MCU 通信 / OTA 机制 / 云联动(AI 版)。
目标读者:硬件架构师、改装店技师(进阶)、Tier1 后装集成方、AI 版云端工程师、OTA 团队。
XiBox 架构红线
- 所有板载设计遵循
hw-dev-spec.md的 EVT / DVT / PVT 三阶段(后装标准 · 非 AEC-Q100) - 不含功率输出级——信号链终点为 RCA 低电平输出,负载能力 ≥ 10 kΩ
- 原车功放兼容性预设覆盖率 ≥ 100 款 Top 车型(见
user-manual.md) - AI 版本地降级模式必须实现——离线也能基础使用,不依赖云端
1. 架构原则
XiBox 架构五条原则
- 零侵入:旁路接入原车音频链路,不拆功放不破保修
- 短链路:输入 → ADC → XiDSP → DAC → 输出,无多余模拟级
- 低发热:无功放放大 · 纯信号处理,被动散热即可
- 可迁移:调音预设通过 XiStudio 跨车型复用(硬件层无差)
- 可降级(AI 版):云端不可用时自动回退到本地预设
2. 总体分层
2.1 五层架构
graph TB
L4[L4 · 后装集成层<br/>原车主机 · 原车功放 · 改装店流程]
L3[L3 · 系统服务层<br/>MCU · CAN 监听 · USB/Wi-Fi · OTA]
L2[L2 · 信号处理层<br/>XiDSP + XiAlgo 算法图]
L1[L1 · 模拟前后端<br/>ADC · DAC · 高电平调理 · 输出缓冲]
L0[L0 · 电源与物理层<br/>DC-DC · LDO · 散热 · 连接器]
L4 --> L3
L3 --> L2
L2 --> L1
L1 --> L0
class L4 xyL4
class L3 xyL3
class L2 xyL2
class L1 xyL1
class L0 xyL02.2 各层职责
| 层 | 职责 | 主要元件 / 模块 | 交付物 |
|---|---|---|---|
| L4 后装集成 | 原车主机取信号 / 送功放 / 改装店调音流程 | 线束适配器 / 连接器 | 车型适配预设库 |
| L3 系统服务 | MCU 唤醒 / CAN 监听 / USB 烧录 / OTA / 云联动 | 工业级 MCU + 外部 Flash | 固件签名包 |
| L2 信号处理 | DSP 算法图(EQ/DRC/分频/时延) | XiDSP-D1(Mini/Standard)/ D2(Pro/AI) | .xifw 固件 |
| L1 模拟前后端 | 高电平 → ADC / DAC → RCA 输出缓冲 | PCM3168A / CS4384 / NE5532 | 电气调试报告 |
| L0 电源物理 | 宽输入 DC-DC / LDO / 被动散热 / 防反接 | Buck + LDO + 铝壳 | 功耗 / 热仿真报告 |
2.3 与 XiAmp 架构的关键差异
| 维度 | XiAmp(前装量产功放) | XiBox(后装算法盒) |
|---|---|---|
| 功率输出层 | ✅ D 类功放(25-80W × N) | ❌ 无 · 只输出 RCA 低电平 |
| 车规要求 | AEC-Q100 G2(Pro+) | 后装工业级 |
| 散热 | 被动 + 大面积铝壳 + 热垫 | 被动 · 纯信号处理发热低 |
| EMC 等级 | ISO 11452-2 100 V/m | GB/T 18655 Class 3 |
| 主电源 | PVDD ≈ 14V · ≤ 10A | 仅 5V/3.3V 数字域 · ≤ 1A |
| 典型功耗 | 50-200W | 7-15W |
3. 旁路信号链详设
3.1 完整信号链(Mini 为例)
graph LR
OEMHead[原车主机<br/>高电平输出<br/>2-10 Vrms]
OEMHead --> HiLvl[高电平输入<br/>差分 + 衰减]
HiLvl --> ADC[ADC 4ch<br/>PCM3168A]
ADC --> I2S0[I²S 输入]
I2S0 --> DSP[XiDSP-D1<br/>300 MIPS]
DSP --> I2S1[I²S 输出]
I2S1 --> DAC[DAC 4ch<br/>CS4384]
DAC --> Buff[输出缓冲<br/>NE5532 等]
Buff --> RCA[RCA 输出<br/>0-4 Vrms]
RCA --> OEMAmp[原车功放<br/>低电平输入]
OEMAmp --> SPK[扬声器]
class OEMHead,OEMAmp xyL4
class HiLvl,Buff,RCA xyL1
class ADC,DAC xyL2
class I2S0,I2S1 xyL3
class DSP xyL0
class SPK xySuccess3.2 关键节点参数
| 节点 | 指标 | Mini 目标 | Pro 目标 |
|---|---|---|---|
| 高电平输入 THD+N | — | ≤ 0.005% @ 5Vrms | ≤ 0.003% @ 5Vrms |
| ADC 性能 | SNR A-wt | ≥ 108 dB | ≥ 115 dB |
| DSP 内部路径 | 定点 | 24-bit 有效位 | 32-bit 浮点 |
| DAC 性能 | SNR A-wt | ≥ 108 dB | ≥ 115 dB |
| 输出缓冲 | THD | ≤ 0.002% @ 2Vrms | ≤ 0.001% |
| 端到端延时 | — | ≤ 5 ms | ≤ 3 ms |
| 端到端 THD+N | 整链路 | ≤ 0.01% | ≤ 0.005% |
3.3 多型号 I/O 拓扑
| 型号 | 输入通道 | 输出通道 | ADC | DAC | DSP |
|---|---|---|---|---|---|
| Mini | 4 高电平 | 4 RCA | PCM3168A × 1 | CS4384 × 1 | D1 |
| Standard | 6 高 + BT + SPDIF | 8 RCA | PCM3168A + Codec | CS4385 × 2 | D1 |
| Pro | 8 高 + Eth + HDMI | 12 RCA | PCM4222 × 2 | CS4398 × 3 | D2 |
| AI | 8 高 + Eth + 4G | 12 RCA | PCM4222 × 2 | CS4398 × 3 | D2 |
3.4 输入阻抗匹配(关键兼容点)
原车功放输出电平差异极大(2-10 Vrms),为兼容各车型:
- Mini 做法:固定衰减比 × 3 + DSP 自适应数字增益
- Pro 做法:4 档可编程衰减(0 / −6 / −12 / −20 dB),MCU 控制
- 特殊车型(> 10 Vrms,如豪华车自带功放):需配套「超高电平衰减线」(独立配件)
4. 电源拓扑
4.1 Mini 电源树
graph TB
Batt[12V 汽车电源<br/>9-16V · 瞬态 40V]
Batt --> Prot[反接 + TVS + ESD]
Prot --> Buck5V[5V Buck<br/>1.5A]
Buck5V --> LDO33D[3.3V LDO<br/>数字域]
Buck5V --> LDO33A[3.3V LDO<br/>模拟域]
Buck5V --> LDO18[1.8V LDO<br/>DSP 内核]
Buck5V --> VWiFi[3.3V Wi-Fi 模组<br/>可选]
LDO33A --> ADCVDD[ADC Analog]
LDO33A --> DACVDD[DAC Analog]
LDO33A --> OPVDD[OPAMP 供电]
class Batt xyL0
class Prot xyWarn
class Buck5V xyL3
class LDO33D,LDO33A,LDO18,VWiFi xyL2
class ADCVDD,DACVDD,OPVDD xyL14.2 电源规格(Mini)
| 轨 | 输出 | 电流 | 纹波 | 用途 |
|---|---|---|---|---|
| 5V | 5.0V ±3% | ≤ 1.5A | < 20 mV | 数字主轨 |
| 3.3V 数字 | 3.3V ±2% | ≤ 800 mA | < 10 mV | MCU / DSP IO / USB |
| 3.3V 模拟 | 3.3V ±1% | ≤ 400 mA | < 5 mV | ADC / DAC / OPAMP |
| 1.8V | 1.8V ±2% | ≤ 300 mA | < 5 mV | XiDSP 内核 |
| Wi-Fi 3.3V | 3.3V ±3% | ≤ 500 mA 峰值 | < 20 mV | Wi-Fi 模组(可选) |
与 XiAmp 的关键对比
XiBox 不需要 PVDD 高压功率轨(XiAmp 需 14V/10A PVDD),因此整机功耗、电源面积、EMC 难度都显著低于 XiAmp。
4.3 软启动与时序
- 上电软启动:200 ms 模拟轨斜升,避免 Pop
- 启用顺序:数字 3.3V → 1.8V → 模拟 3.3V → DSP 时钟 → DAC Un-Mute → 输出
- 关机顺序:DAC Mute → 模拟关闭 → 数字关闭
- 关机时输出:< 10 mV 残留,无可闻 Pop
4.4 功耗管理
- 典型工作:7W(Mini · 4 通道无 Wi-Fi)
- 待机:0.5W(DSP clock-gated · MCU 慢主频)
- 关机:10 mW(仅保留 ACC 唤醒检测)
- AI 版额外功耗:4G 峰值 +2W · 联网空闲 +0.3W
5. 散热设计
5.1 热仿真目标
| 元件 | 最大结温 | 安全裕度 |
|---|---|---|
| XiDSP-D1(Mini) | 105°C | 环境 85°C ≤ 95°C |
| XiDSP-D2(Pro/AI) | 105°C | 环境 85°C ≤ 100°C |
| DC-DC MOSFET | 125°C | 环境 85°C ≤ 110°C |
| LDO | 125°C | 环境 85°C ≤ 105°C |
5.2 散热方案
- 外壳:铝合金挤压,作为主散热体(兼具 EMC 屏蔽)
- 热垫:DSP → 铝壳,导热系数 ≥ 3 W/(m·K)
- PCB:4 层板 + 散热过孔阵列
- 自然对流:无风扇(车载免维护)
- 温度监测:MCU NTC + DSP 内部 TSENSOR
5.3 过温保护
graph LR
NTC[NTC 温度采样] --> MCU[MCU 过温判定]
MCU --> S1{温度 T}
S1 -- "T > 85°C" --> Warn[告警上报]
S1 -- "T > 95°C" --> Dim[降采样率 + 告警]
S1 -- "T > 105°C" --> Mute[静音保护]
class NTC xyL0
class MCU xyL2
class S1 xyWarn
class Warn xyL3
class Dim xyWarn
class Mute xyError因 XiBox 发热远低于 XiAmp(无功放),实际触发降频的概率极低,保护主要作用是应对外部极端环境(夏季车内 80°C+)。
6. EMC 设计
6.1 目标标准
- 辐射发射:GB/T 18655 Class 3(后装要求)
- 辐射抗扰:ISO 11452-2 Level 3(后装 30 V/m · 非前装 100 V/m)
- 瞬态抗扰:ISO 7637-2 Pulse ½a/3a/3b
- ESD:IEC 61000-4-2 接触 ±8kV / 空气 ±15kV
6.2 EMC 设计手段
- 输入端 π 滤波器:L-C-L 结构,截止 ~1 MHz
- 电源输入:TVS + 共模扼流圈 + 大电容储能
- 地分割:数字地 / 模拟地 / 屏蔽地单点星接
- 屏蔽:金属外壳即屏蔽罩 · DSP 晶振加局部屏蔽
- Wi-Fi 天线:外置 PCB 天线 + 独立接地铜皮
6.3 EMC 整改预案
- DVT 第一次 EMC 测试失败 → 启动整改(加滤波 / 调布局)
- 整改完成后完整重测,不接受估算通过
- 超过 2 周未通过触发项目 escalation(后装时限压力大于前装)
7. MCU 与系统服务
7.1 MCU 选型
| 型号 | 等级 | 主频 | Flash | RAM | 用途 |
|---|---|---|---|---|---|
| Mini | 工业级 | 120 MHz | 512 KB | 128 KB | 唤醒 + USB + Wi-Fi 可选 |
| Standard | 工业级 | 160 MHz | 1 MB | 256 KB | + BT + SPDIF 控制 |
| Pro | 工业级 | 200 MHz | 2 MB | 512 KB | + Ethernet + HDMI ARC |
| AI | 工业级 | 240 MHz | 4 MB | 1 MB | + 4G 模组 + 云端协议栈 |
7.2 MCU 职责
graph LR
MCU[MCU 主循环]
MCU --> Wake[唤醒检测<br/>ACC / REM / CAN]
MCU --> CAN[CAN 监听<br/>仅读车身信号]
MCU --> USB[USB Type-C<br/>烧录 + 调试]
MCU --> WiFi[Wi-Fi 协议栈<br/>标配 / 可选]
MCU --> OTA[OTA 控制器]
MCU --> DspCtrl[与 XiDSP IPC]
MCU --> Cloud[云联动<br/>AI 版专属]
class MCU xyL3
class Wake xyWarn
class CAN,USB,WiFi xyL2
class OTA xyL4
class DspCtrl xyL1
class Cloud xyL57.3 CAN 监听(只读不写)
XiBox 的 CAN 仅监听车身状态,不主动发帧(避免影响原车总线):
- 读取:车速 / 档位 / 车灯 / 车门状态(用于音量自适应 / 场景切换)
- 不写:绝不主动发送仲裁 ID
- 离线兼容:CAN 未接也能工作(退化为纯旁路模式)
7.4 MCU ↔ XiDSP IPC
- 物理层:SPI(主 MCU / 从 DSP)@ 10 MHz
- 协议层:XiIPC v1.0(帧结构 + CRC-16 + 序列号)
- 消息类型:参数下发 / 状态查询 / 日志回传 / 预设切换
- 延迟:MCU → DSP 命令响应 ≤ 10 ms
8. OTA 升级架构
8.1 OTA 路径
graph LR
Cloud[XiMind 云端<br/>OTA Server<br/>AI 版]
PC[XiStudio<br/>改装店 PC]
APP[车主 APP<br/>Standard+]
Cloud -.4G/Wi-Fi.-> GW[XiBox MCU]
PC -.USB Type-C.-> GW
APP -.Wi-Fi 局域.-> GW
GW --> Dual[双分区 Flash<br/>A / B]
Dual --> DSPLoad[DSP 加载新固件]
class Cloud xyL5
class PC xyL4
class APP xyL4
class GW xyL2
class Dual xyL1
class DSPLoad xyL08.2 升级流程
- MCU 接收 OTA 包(分片 + 签名)
- 写入备用分区(B)
- 分片校验 + 整包 RSA-2048 签名验证
- 重启 → Bootloader 切换到 B 分区
- 启动成功 → 标记 B 为 Active · 保留 A 回滚点
- 运行 24h 无异常 → 正式提交 · 擦除 A 旧版本
8.3 回滚保护
- 连续 3 次启动失败 → 自动回滚到上一版本
- OTP Version Counter → 禁止降级(Anti-Rollback)
- 用户可通过 XiStudio "固件回滚"按钮主动回退
8.4 车型预设库 OTA
- 独立于主固件的车型适配预设包(.xypreset)
- 单独 OTA 推送,不需要重启
- 初期覆盖 100+ 车型,每季度新增 20-30 款
9. AI 版云联动架构
9.1 云端联动整体图
graph TB
APP[车主 APP<br/>iOS/Android]
Voice[方向盘语音]
XiBoxAI[XiBox AI<br/>车端]
APP -->|场景请求| XiMind[XiMind 云端]
Voice -->|语音识别| XiMind
XiMind -->|AI 推理| XiAlgo[XiAlgo 参数库]
XiAlgo -->|参数下发| XiBoxAI
XiBoxAI -->|使用数据回传| XiMind
XiMind -->|学习优化| XiAlgo
class APP,Voice xyL4
class XiMind xyL5
class XiAlgo xyL3
class XiBoxAI xyL19.2 本地降级模式(关键)
必须实现的 Fallback
当云端不可达(4G 断开 / Wi-Fi 断开 / XiMind 故障)时,XiBox AI 必须:
- 保留最后一次下发的 XiAlgo 参数继续工作
- 5 个出厂预设(标准 / 动感 / 人声 / 古典 / 影院)随时可用
- APP 本地局域连接也可调音(仅丢失 AI 推理能力)
- 不得出现静音 / 崩溃 / 尖叫声
9.3 数据隐私
- 使用数据最小化:仅上报匿名化的音量 / 场景切换事件
- 用户选项:APP 内可关闭数据回传(但会失去"云端优化"能力)
- 加密:TLS 1.3 + XiMind OAuth 2.0
- 合规:符合工信部数据安全评估(AI 版 SOP 前过)
10. 可靠性与安全
10.1 故障模式清单(FMEA 摘要)
| 故障 | 检测 | 响应 | 严重度 |
|---|---|---|---|
| DC 偏置输出 > 200mV | MCU 采样 | 输出 Mute + 告警 | 高 |
| ADC/DAC 通信失败 | I²S 错误帧 | 输出 Mute + 重启 | 中 |
| 过温(> 95°C) | NTC | 降采样率 + 告警 | 中 |
| 电源失压(< 9V) | LVP | 告警 + 安全关机 | 高 |
| Wi-Fi/4G 断开(AI) | 协议栈超时 | Fallback 本地模式 | 低 |
| DSP 崩溃 | MCU WDT | 重启 DSP + 日志 | 中 |
| OTA 中断 | 签名失败 | 保留 A 分区 + 重试 | 低 |
10.2 安全启动
- Secure Boot:MCU Bootloader 校验 DSP 固件签名(RSA-2048)
- 加密存储:AES-128 加密敏感参数(订阅 Token / 云端账户)
- OTP 锁定:量产后 OTP 锁定,防逆向
11. 物理实现
11.1 PCB 分层(Mini · 4 层板)
| 层 | 用途 |
|---|---|
| L1 顶层 | 信号 + 元件 |
| L2 地平面 | 完整地(分割数字/模拟) |
| L3 电源平面 | 5V / 3.3V / 1.8V |
| L4 底层 | 信号 + 散热铺铜 |
Pro / AI 升级 6 层板(增加独立时钟层 + 差分优化)。
11.2 关键 Layout 规则
- 模拟 / 数字分区:ADC-DAC 靠近 DSP,远离 DC-DC 开关节点
- 输入连接器:ESD 保护二极管紧邻连接器
- Wi-Fi/4G 天线:PCB 边缘 · 净空区域 ≥ 5 mm
- USB Type-C:TVS + 共模扼流圈
- 时钟线:远离模拟路径 ≥ 5 mm
12. 演进路线
12.1 3 年产品路线
| 时间 | 里程碑 |
|---|---|
| 2026 Q4 | Mini EVT 样机(共用 XiAmp Lite-4 DSP 平台) |
| 2027 Q1 | Mini DVT + Standard EVT |
| 2027 Q2 | Mini 量产 SOP · Standard DVT |
| 2027 Q3 | Standard 量产 SOP · Pro EVT |
| 2027 Q4 | Pro DVT |
| 2028 Q1 | Pro 量产 SOP · AI EVT |
| 2028 Q3 | AI 版首发(XiMind 云端联动) |
| 2029 | 支持 XiDSP-D3 · 产品线旗舰升级 |
12.2 技术债
已识别的技术债(Mini 阶段接受)
- 无车规认证 — XiBox 定位后装,不追 AEC-Q100
- Mini 无 BT/Eth — Standard+ 补齐
- Mini 仅 48 kHz — Pro/AI 支持 96 kHz
- AI 版 4G 依赖 — 需工信部数据合规,SOP 前完成评估
13. 附录
13.1 与其他文档的引用
| 关联文档 | 引用点 |
|---|---|
| XiBox 产品概述 | 产品定位 / 目标客户 |
| XiBox PRD | 功能需求 / 验收标准 |
| XiBox 产品规格书 | 电气 / 机械契约(本文数字源) |
| XiBox API | USB / Wi-Fi / 云端协议 |
| XiDSP 技术架构 | DSP 核心规格 |
| XiAlgo 技术架构 | 算法图框架 |
| XiMind 产品概述 | 云端 AI 联动 |
| 硬件开发规范 | EVT/DVT/PVT |
13.2 外部标准参考
- GB/T 18655(车用 EMC)
- ISO 11898-2(CAN)
- ISO 7637-2 / ISO 16750(车载电气抗扰)
- IEEE 802.11(Wi-Fi)
- USB UAC 2.0 规范
- IEC 61000-4-2(ESD)
13.3 版本历史
| 版本 | 日期 | 要点 |
|---|---|---|
| v1.0 | 2026-05-05 | 首版 · 五层架构 + 旁路信号链 + 电源 + OTA + AI 云联动 |
tech-arch.md · D2-P4-TECH-001 · v1.0 · 2026-05-05 · Xisound 研发中心 · 硬件团队