docs: add alternative real-time research frameworks

2026-09-22 16:26:37 +08:00
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+# 实验设计
+
+## 1. 对照组
+
+| 编号 | 系统配置 | 作用 |
+|---|---|---|
+| A0 | 普通 Linux：控制与大脑负载同域 | 通用基线 |
+| A1 | PREEMPT_RT Linux：控制与大脑负载同域 | 实时 Linux 基线 |
+| A2 | RTOS 小脑 + Linux 大脑，基础分区 | 分域基线 |
+| A3 | A2 + CPU/IRQ/内存/IPC 治理 | 完整方案 |
+| A4 | A3 + 超时、降级和故障恢复 | 安全协同方案 |
+
+对照固定机器人控制任务、AI 模型、输入到达序列、硬件频率和功率策略。若推理后端不同，结果表述为系统方案比较，不单独归因于内核。
+
+## 2. 负载场景
+
+| 场景 | 内容 | 目的 |
+|---|---|---|
+| L0 | 仅小脑控制 | 实时性下界 |
+| L1 | 仅大脑推理 | 推理容量与功耗基线 |
+| L2 | 控制 + 感知/大模型 | 核心共存场景 |
+| L3 | L2 + CPU/内存压力 | 共享资源干扰 |
+| L4 | L2 + 摄像头/网络/存储 I/O | IRQ 与 DMA 干扰 |
+| L5 | L2 + 突发请求和过载 | 队列与准入边界 |
+| L6 | L2 长时间运行至热稳态 | 功耗和降频耦合 |
+| L7 | 进程、域、加速器和通信故障 | 隔离、降级与恢复 |
+
+## 3. 控制任务
+
+至少包含：
+
+- 高频周期控制任务；
+- 状态估计或轨迹跟踪任务；
+- 关键 I/O 或 GPIO 回环；
+- 安全监控与回退任务。
+
+无真实机器人时，先使用硬件在环、倒立摆、电机台架或确定性控制负载；不得仅用空循环替代全部控制语义。
+
+## 4. 大脑任务
+
+按平台能力选择视觉、VLM、VLA 或 LLM。大脑输出必须转换为结构化技能命令。分别扫描：
+
+- 请求率和突发强度；
+- 模型规模、输入长度和输出长度；
+- batch、队列长度与并发；
+- GPU/NPU 利用率；
+- 感知数据大小和通信频率。
+
+## 5. 故障注入
+
+依次实施：推理进程退出、请求永久阻塞、消息乱序或损坏、队列溢出、Linux 域重启、加速器错误。设备级故障只在具备可恢复路径时开展。
+
+记录故障发生、检测、回退、隔离、重启和首个恢复结果的完整时间线。
+
+## 6. 实施顺序
+
+1. 冻结控制 deadline、大脑结果期限和回退期限。
+2. 完成 A0/A1 的同域基线。
+3. 建立 A2 基础分域和最小 IPC。
+4. 扫描 CPU、内存、I/O 和热干扰。
+5. 加入 A3 治理机制并逐项消融。
+6. 加入 A4 故障状态机并开展故障注入。
+7. 进行长稳实验和独立确认批次。
+
+## 7. 最小闭环
+
+一台具备 RTOS/Linux 分域条件的边缘平台、一个可测量的控制任务和一个真实 AI 大脑负载，即可形成最小验证闭环，不要求扩展到工作站或集群。
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+# 指标与证据
+
+## 1. 小脑控制实时性
+
+- 周期任务释放、开始和完成时间；
+- 响应时间与完成抖动；
+- P50/P95/P99/P99.9 和观测最大值；
+- deadline miss ratio，报告分子与分母；
+- 外部输入到执行器输出的物理链路时延；
+- 过载、热稳态和故障期间的控制表现。
+
+## 2. 大脑结果可用性
+
+- 大小脑端到端决策时延；
+- deadline-hit ratio；
+- 结果新鲜度合格率；
+- 超时、过期、乱序、损坏和拒绝率；
+- 模型任务质量与置信度；
+- 大脑不可用时的回退发生率。
+
+## 3. 跨域与隔离代价
+
+- IPC 单向/往返延迟及尾部；
+- 拷贝次数、CPU 开销和队列占用；
+- 静态保留的 CPU、内存和设备资源；
+- 分域前后的推理有效吞吐和能效；
+- Linux 满载相对小脑空载的控制延迟增量；
+- LLC、DRAM、I/O 和热压力的敏感度。
+
+## 4. 故障与恢复
+
+- 故障检测时间；
+- 回退完成时间；
+- 域隔离和重启时间；
+- 故障窗口内控制违约数；
+- 恢复后首个有效大脑结果时间；
+- 是否出现不可恢复故障或错误动作。
+
+## 5. 联合判定
+
+系统配置只有同时满足下列条件才算有效：
+
+```text
+控制任务满足期限
+AND 大脑结果达到规定的按期率与质量
+AND 超时结果不会进入执行路径
+AND 故障时在期限内完成回退
+AND 资源和能耗代价可接受
+```
+
+平均推理时延降低但控制违约增加，不构成系统实时性改善；控制零违约但所有 AI 请求都被拒绝，也不构成有效协同。
+
+## 6. 推荐核心图表
+
+1. 大脑负载强度—控制违约率—结果按期率可行域；
+2. 单域与分域方案的控制尾延迟对比；
+3. CPU、内存、I/O 和热干扰消融图；
+4. 跨域时序分解图；
+5. 大脑故障期间控制时间序列；
+6. 静态资源预留与推理有效吞吐 Pareto 曲线。