異構(gòu)智能嵌入式系統(tǒng)AI模型推理與部署優(yōu)化——從模型輕量化到系統(tǒng)級(jí)加速的綜述與展望

隨著人工智能技術(shù)與嵌入式硬件的快速發(fā)展，嵌入式人工智能系統(tǒng)(如移動(dòng)機(jī)器人、自動(dòng)駕駛汽車和星載無人機(jī))在工業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸和航空航天等關(guān)鍵領(lǐng)域變得越來越重要。作為集成CPU、GPU、NPU等多種異構(gòu)處理器單元的智能實(shí)時(shí)系統(tǒng)，其核心任務(wù)是通過計(jì)算密集型的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(DNN)實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知、決策控制等復(fù)雜功能，同時(shí)面臨嚴(yán)格的時(shí)間約束與資源瓶頸。文章從網(wǎng)絡(luò)模型在嵌入式系統(tǒng)加速推理優(yōu)化的角度，將圍繞DNN模型輕量化、推理加速優(yōu)化與動(dòng)態(tài)任務(wù)調(diào)度三個(gè)方面，詳細(xì)分析嵌入式智能系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。

嵌入式系統(tǒng)中間件和軟總線綜述

嵌入式中間件與軟總線作為現(xiàn)代分布式系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)于降低系統(tǒng)開發(fā)復(fù)雜度、實(shí)現(xiàn)異構(gòu)環(huán)境互操作至關(guān)重要。文章系統(tǒng)梳理了應(yīng)用服務(wù)器、遠(yuǎn)程過程調(diào)用(RPC)、消息中間件、容器編排平臺(tái)等主流中間件以及新興軟總線技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)。通過從系統(tǒng)完整性、環(huán)境適配性、對(duì)分布式架構(gòu)與大模型等新興技術(shù)的支撐性三個(gè)維度進(jìn)行深入對(duì)比，揭示了國(guó)內(nèi)外技術(shù)方案的差異化格局。研究發(fā)現(xiàn)，國(guó)際中間件憑借成熟的生態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)在系統(tǒng)完整性上具備優(yōu)勢(shì)，而國(guó)內(nèi)中間件在國(guó)產(chǎn)化浪潮驅(qū)動(dòng)下，依托云原生架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，尤其在服務(wù)治理、本土軟硬件生態(tài)適配及新興場(chǎng)景應(yīng)用方面形成了獨(dú)特競(jìng)爭(zhēng)力。展望未來，嵌入式中間件與軟總線技術(shù)正朝著系統(tǒng)完整性更高、適配性更強(qiáng)，并與云原生、人工智能等前沿技術(shù)深度融合的方向演進(jìn)，將成為構(gòu)筑智能制造、智慧城市等未來應(yīng)用場(chǎng)景的泛在連接與智能協(xié)同的核心技術(shù)底座。

嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

嵌入式網(wǎng)絡(luò)正處于由“萬物互聯(lián)”向“萬物智聯(lián)”演進(jìn)的關(guān)鍵階段，對(duì)低時(shí)延、高可靠與異構(gòu)融合提出了更高要求。最近，國(guó)際研究聚焦于體系架構(gòu)創(chuàng)新與范式重塑，如太赫茲通信及時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)調(diào)度優(yōu)化；國(guó)內(nèi)研究則更強(qiáng)調(diào)工程可行性與系統(tǒng)集成，例如5G-A與TSN異構(gòu)融合、自主短距協(xié)議星閃、WiFi智能感知及RFID精確定位等方面取得進(jìn)展。未來，嵌入式網(wǎng)絡(luò)將沿著“通信–感知–計(jì)算–智能”一體化等方向演進(jìn)，為工業(yè)、車載與智慧城市等場(chǎng)景提供確定性與智能化的網(wǎng)絡(luò)支撐。

嵌入式軟件語言及開發(fā)新范式

嵌入式系統(tǒng)作為針對(duì)各類特定用途的計(jì)算平臺(tái)，已被廣泛應(yīng)用到航空航天、軌道交通、汽車電子以及智慧城市等領(lǐng)域。隨著嵌入式系統(tǒng)復(fù)雜度增加，傳統(tǒng)嵌入式軟件語言及開發(fā)面臨性能瓶頸、資源受限、安全要求嚴(yán)苛及開發(fā)效率低下等多重挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)嵌入式軟件語言內(nèi)存管理機(jī)制復(fù)雜不僅提高了學(xué)習(xí)門檻，也增加了維護(hù)難度。嵌入式軟件開發(fā)層次多、復(fù)雜性高、軟硬件耦合緊密導(dǎo)致上市時(shí)間長(zhǎng)難以快速迭代。近年來興起的新型嵌入式開發(fā)語言、低代碼平臺(tái)、智能開發(fā)輔助工具以及虛擬仿真平臺(tái)有效提升了嵌入式開發(fā)效率。文章將圍繞這些新興的嵌入式軟件語言和開發(fā)范式，綜述國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，為嵌入式軟件開發(fā)提供參考。

嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已由傳統(tǒng)的單一功能控制器演進(jìn)為支撐物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能汽車和消費(fèi)電子等領(lǐng)域的核心計(jì)算平臺(tái)。嵌入式操作系統(tǒng)(Embedded Operating System, EOS)作為嵌入式設(shè)備的基礎(chǔ)軟件，在資源調(diào)度、安全隔離和智能協(xié)同方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，其性能、可靠性與安全性直接影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、能效與可信度。文章系統(tǒng)梳理了嵌入式操作系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)。從安全架構(gòu)、漏洞防御、模糊測(cè)試、形式化驗(yàn)證等方面總結(jié)了國(guó)內(nèi)外在嵌入式系統(tǒng)安全技術(shù)方面的主要進(jìn)展；從調(diào)度優(yōu)化、能效管理、內(nèi)存與緩存協(xié)同設(shè)計(jì)等角度分析了性能優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)；在文件系統(tǒng)層面，歸納了面向資源受限設(shè)備的高效文件管理與閃存優(yōu)化方案；最后，從智能化、泛在化及基于Rust語言的安全可擴(kuò)展方向，探討了嵌入式操作系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢(shì)。研究表明，嵌入式操作系統(tǒng)正由傳統(tǒng)的“輕量與實(shí)時(shí)”逐步邁向“安全、智能與泛在”的新階段，成為萬物互聯(lián)時(shí)代的關(guān)鍵基礎(chǔ)軟件。

嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

嵌入式系統(tǒng)作為信息技術(shù)的神經(jīng)末梢，經(jīng)歷了從1971年微處理器出現(xiàn)到半個(gè)世紀(jì)的演進(jìn)，形成了硬件中心、RTOS支撐、SoC集成、AI邊緣等多階段發(fā)展。文章系統(tǒng)闡述了嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，回顧了國(guó)外從Apollo制導(dǎo)計(jì)算機(jī)到現(xiàn)代AI異構(gòu)平臺(tái)的演進(jìn)歷程，梳理了國(guó)內(nèi)自80年代引進(jìn)模仿到近年來鴻蒙微內(nèi)核、RISC?V和邊緣AI的自主創(chuàng)新路徑，對(duì)比了中外在技術(shù)起步、生態(tài)成熟度和創(chuàng)新模式上的差異，最后展望了異構(gòu)計(jì)算、微內(nèi)核模塊化、邊緣智能和分布式協(xié)同等未來發(fā)展方向，指出嵌入式架構(gòu)將向高性能、安全、可擴(kuò)展和智能協(xié)同演進(jìn)。

卷首語——嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)報(bào)告2025~2026總述

嵌入式(計(jì)算機(jī))系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)演化中形成的一個(gè)重要分支，是賦予“萬物”與環(huán)境進(jìn)行感知、交互、互聯(lián)與協(xié)同能力的技術(shù)基石。其技術(shù)體系高度綜合，不僅具有與通用計(jì)算技術(shù)同樣完整的技術(shù)體系和范式，還呈現(xiàn)出內(nèi)涵持續(xù)演化、軟硬件形態(tài)多元、技術(shù)路徑豐富、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛等諸多特征。從知識(shí)與技術(shù)體系看，嵌入式計(jì)算與系統(tǒng)覆蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程、軟件工程、自動(dòng)化與電氣工程等多個(gè)信息學(xué)科，同時(shí)又與航空航天、工業(yè)制造、交通運(yùn)輸、電力電網(wǎng)、智能家居、醫(yī)療電子等廣泛應(yīng)用領(lǐng)域緊密交叉融合。由此，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為融通信息與物理世界，構(gòu)建新型具身智能機(jī)器人等新型智能體與虛實(shí)融合空間的重要載體和底座，是新數(shù)智化時(shí)代全球科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)變革發(fā)展的強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)力。

任意排列多相機(jī)通用視覺里程計(jì)（中）

TVS二極管的瞬變干擾抑制器的工作原理

屬瞬變干擾抑制器的有氣體放電管、金屬氧化物壓敏電阻、硅瞬變吸收二極管和固體放電管等多種。其中金屬氧化物壓敏電阻和硅瞬變吸收二極管的工作有點(diǎn)象普通的穩(wěn)壓管，是箝位型的干擾吸收器件;

任意排列多相機(jī)通用視覺里程計(jì)（上）

跨拼接圖像智能檢測(cè)（下）

跨拼接圖像智能檢測(cè)（中）

深度AI多相機(jī)拼接系統(tǒng)構(gòu)建（下）

深度AI多相機(jī)拼接系統(tǒng)構(gòu)建（中）

深度AI多相機(jī)拼接系統(tǒng)構(gòu)建（上）