嵌入式实时虚拟机ZVM + 智能感知域（Ubuntu）+ 人机决策域（openEuler Embedded）+ 运动控制域（Zephyr RTOS）+ VisualZVM可视化（PC）
由ZVM技术团队研发的两轮自平衡小车ZBalancer，采用基于ZVM的“一芯多OS”架构，在同一芯片上协同运行智能感知域（Ubuntu）、人机决策域（openEuler Embedded）和运动控制域（Zephyr RTOS），实现感知、决策与执行一体化。
智能感知域负责摄像头信息采集、分析与显示，人机决策域负责融合感知信息与遥控APP指令生成控制决策，运动控制域负责执行控制指令并实现小车自平衡。作为三域协同运行的关键底座，嵌入式实时虚拟机ZVM支撑系统形成完整闭环，并通过PC端VisualZVM 实现运行状态的实时监控。
图1：“一芯多OS”两轮自平衡小车ZBalancer外观图：采用基于ZVM的“一芯多OS”架构，可有效减少传统多板卡、多设备分散部署带来的硬件成本、功耗负担和系统复杂度，提升系统集成度、协同效率与场景适应能力。
一、整体架构（硬件层、ZVM层、客户OS层）
图2：ZBalancer采用三层架构设计，从下至上依次为：硬件层、ZVM层、客户OS层
（1）硬件层: 采用瑞芯微RK3588主控平台，具备多核CPU、GPU、丰富外设接口及较强边缘智能处理能力，可为视觉感知、人机交互、实时控制等多类任务提供统一硬件支撑。平台集成USB、HDMI、UART、I2C、GPIO、PWM等关键接口，可满足摄像头采集、显示输出、姿态传感、轮速检测、电机驱动及远程监控等功能需求，为“一芯多OS”混合部署提供硬件基础。
（2）ZVM层：ZVM-RK3588发行版部署于主控平台，提供“一芯多OS”混合关键部署能力：自研Zshm实现低延迟共享内存通信；支持CPU、内存、定时器等基础硬件隔离及GIC、CRU、SYSCON等关键设备虚拟化与隔离；支持UART、I2C、GPIO等外设完全虚拟化，支持VirtIO半虚拟化框架及设备直通框架。
（3）客户OS1：智能感知域（Ubuntu）：USB摄像头基于GStreamer多媒体框架采集800×480@30fps分辨率、MJPEG格式的视频流，数据经GPU通道做硬件加速，由Paddle Lite完成AI推理；推理结果通过HDMI通道实时渲染输出至显示屏。
（4）客户OS2：人机决策域（openEuler Embedded）：并行接收智能感知域AI推理结果与遥控APP下发的蓝牙控制指令，综合解析后生成最终决策信号，并通过Zshm共享内存通信机制，将决策信号低延迟转发至运动控制域，确保小车能及时响应控制指令。
（5）客户OS3：运动控制域（Zephyr RTOS）：运行Zephyr RTOS，负责姿态感知、状态估计与闭环控制，系统通过GPIO、I2C、PWM实时采集MPU6050姿态与霍尔编码器轮速，经滤波融合与姿态解算后获取车身倾角，由PID平衡算法结合倾角、速度与决策信号生成控制信号，并通过PWM与GPIO实时作用于电机。
（6）PC端：VisualZVM可视化：VisualZVM运行于PC端，在ZVM端通过UART传输数据至WiFi模块，再由WiFi模块发送至VisualZVM，由VisualZVM完成数据解析、处理并实时展示，实现对ZVM运行状态的远程监控。
二、材料明细（主控板、外设、辅材）
图3：ZBalancer采用RK3588作为主控，展示自带外设与外接外设连接关系图
表1：ZBalancer所需要的零部件配置明细（主控板、外设、辅材）
表2：ZBalancer各功能域所分配的外设明细
表3：ZBalancer的各外设虚拟化方式明细
三、运行效果
图4：ZBalancer运行效果：分四个区域展示系统核心功能运行效果，各区域分别对应智能感知、人机决策、运动控制及可视化，体现各域独立运行与协同交互过程
智能感知域（左上角）：小车前端的USB摄像头实时采集道路画面，经过图像处理后，在顶端显示屏上输出带有处理标注的视频流，画面清晰且延迟低；
人机决策域（右上角）：用户通过手机蓝牙APP先完成与小车蓝牙模块的配对，连接成功后，点击左下角五向操作环（上、下、左、右、停）或右下角的左旋/右旋按钮，小车即刻响应相应运动指令；
运动控制域（左下角）：发出指令时，小车根据APP指令执行前进、后退、转向等动作；无指令时，通过PID算法动态调整电机转速，使车身始终维持在直立平衡状态；
可视化界面（右下角）：VisualZVM界面实时展示各OS域的运行状态，动态刷新CPU使用率、内存使用率及已启用外设列表等硬件信息。
上述功能域的划分与协同，支撑自平衡小车实现感知、决策、控制的完整闭环，同时借助PC端VisualZVM对ZVM运行状态的实时监控，彰显了“一芯多OS”架构在智能机器人/装备等领域的可行优势。
