# 面向AI的实时控制基础系统实验设计

## 1. 实验目标

框架2的实验目标不是单纯比较“RTOS 比 Linux 快多少”，而是比较在人工智能目标负载进入实时控制系统后，不同基础系统结构能否同时维持：

1. **人工智能目标负载的时效性与功能有效性**
2. **关键保障负载的时间边界**
3. **系统协同层的资源秩序、恢复能力与解释性**

## 2. 研究问题

| 编号 | 研究问题 | 核心观察量 |
|---|---|---|
| `RQ1` | RTOS 直接控制域在 AI 目标负载进入后还能维持多强的关键保障边界 | `deadline miss ratio`、`P99/P99.9 jitter`、外部接口响应 |
| `RQ2` | 推理运行域的模型、量化、框架和内存组织如何改变整体系统边界 | `TTFT/TPOT`、峰值内存、长稳退化 |
| `RQ3` | Linux / RTOS / Hypervisor 混合结构能否比单一系统结构提供更稳定的整体边界 | 三层指标同时达标情况、恢复与隔离效果 |
| `RQ4` | MCU 路线与 SoC 路线的边界分别是什么 | 静态编排能力、统一内存竞争、功耗与体积约束下的成立区间 |

## 3. 对照结构

框架2的主对照组如下：

| 编号 | 配置 | 作用 |
|---|---|---|
| `O0` | 普通 Linux | 通用系统基线 |
| `O1` | PREEMPT_RT Linux | 实时增强 Linux 的边界 |
| `O2` | RTOS 原生配置 | RTOS 直接控制域能力 |
| `O3` | 混合基础系统配置 | Linux + RTOS + Hypervisor 或等价协同结构 |

必要时可继续细分：

- `O3a` 无 Hypervisor 的双系统结构
- `O3b` 带 Hypervisor 的隔离结构
- `O3c` 加入规则兜底与异常切换的完整结构

## 4. 场景编号

| 编号 | 场景 | 目的 |
|---|---|---|
| `L0` | 仅关键保障负载 | 观察关键保障负载下界 |
| `L1` | 仅人工智能目标负载 | 观察 AI 目标负载独立行为 |
| `L2` | 关键保障负载 + AI 目标负载 | 核心双目标场景 |
| `L3` | `L2` + CPU / 中断竞争 | 观察 RTOS 直接控制域边界 |
| `L4` | `L2` + 内存 / DMA / 总线竞争 | 观察系统协同域边界 |
| `L5` | `L2` + 网络 / 存储 / 模型加载 | 观察运行时与后台服务影响 |
| `L6` | `L2` + 规则兜底 / 降级切换 | 观察闭环安全边界 |
| `L7` | `L2` + 突发 / 过载 / 恢复 | 观察长稳、异常与恢复能力 |

## 5. 实验单元

| 编号 | 实验单元 | 主要覆盖问题 |
|---|---|---|
| `E0` | 设备、驱动与基础软件准入 | 全部 |
| `E1` | RTOS 直接控制域微基准 | `RQ1` |
| `E2` | 推理运行域基线 | `RQ2` |
| `E3` | 双目标共存对照 | `RQ1/RQ2` |
| `E4` | 混合结构协同对照 | `RQ3` |
| `E5` | MCU 路线静态编排实验 | `RQ4` |
| `E6` | SoC 路线统一内存与总线竞争实验 | `RQ3/RQ4` |
| `E7` | 规则兜底与异常切换实验 | `RQ3` |
| `E8` | 长稳、热状态与恢复实验 | `RQ2/RQ3/RQ4` |

## 6. 分路线实验重点

### 6.1 MCU 路线

MCU 路线优先组织：

- 小模型 / 小算子与控制任务静态编排；
- 固定内存池与固定执行窗口；
- 开发套件、代码生成与部署检查能力；
- 极低功耗与极小内存条件下的成立区间。

### 6.2 SoC 路线

SoC 路线优先组织：

- Linux / RTOS 的分工；
- Hypervisor 资源切分；
- 统一内存、DMA、总线和 NPU/GPU 竞争；
- 设备级受限散热、受限功耗与长稳边界。

## 7. 指标结构

### 7.1 人工智能目标负载层

- `TTFT`
- `TPOT`
- 端到端响应时间
- 功能有效性
- 长时间稳定性

### 7.2 关键保障负载层

- `deadline miss ratio`
- `P99/P99.9 jitter`
- 观测最大响应时间
- 外部接口响应时间

### 7.3 系统协同层

- 有效吞吐
- 资源隔离效果
- `E/token`
- 温度与热漂移
- 异常切换与恢复时间

## 8. 解释边界

框架2特别强调三条解释边界：

1. **GPU/NPU 内部执行行为不直接等价于 RTOS 收益**
2. **混合结构的收益必须拆分为 RTOS 收益、协同结构收益和运行时收益**
3. **MCU 路线与 SoC 路线的结论不得直接互相替代**

## 9. 当前结论

> **框架2的实验设计，不再围绕“单系统性能竞赛”组织，而是围绕“人工智能进入实时控制系统后的整体边界是否成立”来组织。**