rtos_llm_opt/项目框架3-MCU与资源受限SoC的AI实时性与低功耗研究/10-研究框架/00-整体研究框架.md

整体研究框架

1. 系统模型

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│ 安全与关键控制任务                          │
│ 周期控制、联锁、关键采集、现场总线          │
├─────────────────────────────────────────────┤
│ AI 目标任务                                  │
│ 检测、估计、识别、诊断、轻量智能决策        │
├─────────────────────────────────────────────┤
│ 伴生任务                                     │
│ 日志、通信、更新、存储和非关键后台服务       │
├─────────────────────────────────────────────┤
│ RTOS/嵌入式系统治理                          │
│ 优先级、预算、准入、预分配、中断与降级       │
├─────────────────────────────────────────────┤
│ MCU/SoC：CPU、NPU、RAM、缓存、总线、DMA、热  │
└─────────────────────────────────────────────┘

2. 优先级原则

1. 安全与关键控制任务优先满足 deadline；
2. AI 任务在剩余时间和资源预算内执行；
3. AI 结果超过有效期后不再进入控制路径；
4. 伴生任务不得挤占控制和已准入 AI 的预算；
5. 过载时优先降低 AI 频率、模型复杂度或输入质量。

3. 四维预算

预算	控制手段	典型风险
时间预算	固定优先级、时间服务器、分块执行	长算子和不可抢占段
内存预算	静态分配、内存池、峰值准入	OOM、碎片、共享缓冲区
带宽预算	DMA 编排、访问节流、采样降频	控制数据被 AI 挤占
功耗预算	DVFS、模型切换、占空比控制	热降频反向破坏实时性

4. 运行状态

S0 控制优先、AI 正常运行
S1 AI 降频或跳帧
S2 切换轻量模型或低精度模式
S3 暂停 AI，保留传统控制
S4 故障安全状态

状态切换依据控制裕量、队列长度、内存水位、温度、功耗和 AI 结果质量。切换过程本身必须有界，并避免关键路径动态加载大型模型。

5. 研究主线

• AI WCET/执行时间分布与可抢占结构分析；
• 控制任务响应时间和共享资源干扰分析；
• AI 多维预算与准入控制；
• 精度、执行频率和功耗联合降级；
• 长时间热稳态和异常恢复；
• 跨设备可迁移机制与芯片特定机制区分。