齊慧平

（臨汾職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 山西 臨汾041000）

嵌入式系統(tǒng)中Java AWT的實(shí)現(xiàn)

齊慧平

（臨汾職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 山西 臨汾041000）

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，21世紀(jì)成為了信息時(shí)代.各種數(shù)字化產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，成為了當(dāng)前信息處理的主要工具。微處理器作為數(shù)字化產(chǎn)品的核心，在手機(jī)、個(gè)人電腦、電視機(jī)等等產(chǎn)品中有著廣泛的應(yīng)用，使得大部分產(chǎn)品都可以與網(wǎng)絡(luò)相連接.通過網(wǎng)絡(luò)連接起來的設(shè)備之間的硬件體系和操作系統(tǒng)是不相同的，Java可以通過創(chuàng)建與平臺無關(guān)的程序來解決設(shè)備之間軟硬件體系的不兼容問題.Java的這種功能主要是由Java虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的.本文將詳細(xì)剖析Java虛擬機(jī)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)機(jī)制，并著重分析如何在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)Java AWT技術(shù).

嵌入式；Java虛擬機(jī)；Java AWT技術(shù)

1 Java虛擬機(jī)

Java虛擬機(jī)作為Java體系結(jié)構(gòu)的核心部分，是一種抽象意義上的計(jì)算機(jī)，這是因?yàn)镴ava虛擬機(jī)所必須實(shí)現(xiàn)的每一特點(diǎn)都是由Java虛擬機(jī)規(guī)范所定義的.Java虛擬機(jī)在體系中的主要任務(wù)在于裝載class文件，并且執(zhí)行其中的字節(jié)碼.Java通過本地連接的方法能夠與底層操作系統(tǒng)和函數(shù)庫進(jìn)行交互，同時(shí)還能為上層的Java應(yīng)用程序提供符合規(guī)定的應(yīng)用程序接口.

Java虛擬機(jī)為Java應(yīng)用程序提供了需要的基礎(chǔ)類庫和抽象圖形工具包,二者結(jié)合形成了Java API的集合.Java虛擬機(jī)的內(nèi)部封裝了與平臺有關(guān)的操作，而Java的應(yīng)用程序不直接操作底層的函數(shù)庫，因此Java程序與平臺無關(guān).

2 嵌入式系統(tǒng)中Java ATW的實(shí)現(xiàn)

要想在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)Java ATW，需要逐步實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)步驟：

2.1 Java虛擬機(jī)欲運(yùn)行的軟件和硬件平臺

要想在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)Java虛擬機(jī)，需要全面考慮以下幾個(gè)方面的影響.首先是Java虛擬機(jī)運(yùn)行平臺的CPU類型和操作系統(tǒng)以及運(yùn)行時(shí)所占用的資源，比如Java虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)內(nèi)存的使用情況、Java類庫的大小以及可執(zhí)行映像的大小等等.其次要考慮到Java虛擬機(jī)是否提供API圖形，如果提供的話，虛擬機(jī)又需要用什么圖形庫來支持.最后，要考慮到Java虛擬機(jī)所提供的應(yīng)用程序接口與Java規(guī)范是否相符，如果相符，又該如何選擇規(guī)范標(biāo)準(zhǔn).除了這些因素之外，還應(yīng)考慮Java虛擬機(jī)運(yùn)行平臺提出的要求，下面以Wonka運(yùn)行目標(biāo)平臺為例，講述Java虛擬機(jī)運(yùn)行的軟件和硬件平臺.

2.1.1 Java虛擬機(jī)運(yùn)行的軟件平臺

由于Java虛擬機(jī)是直接與底層的操作系統(tǒng)和函數(shù)庫打交道，因此Java虛擬機(jī)的軟件平臺就是由操作系統(tǒng)和函數(shù)庫構(gòu)成.除此之外，Java虛擬機(jī)運(yùn)行的嵌入式系統(tǒng)的軟件平臺還應(yīng)該具有以下特征：首先操作系統(tǒng)的源代碼具有開放性，從而使虛擬機(jī)能夠充分操作系統(tǒng)中的各種功能.其次目標(biāo)平臺上需要提供專門面向嵌入式系統(tǒng)的圖形庫，從而使得AWT的實(shí)現(xiàn)更加便利，比如QT/Embedded.最后可以通過設(shè)備文件來訪問設(shè)備驅(qū)動程序，從而使得AWT可以直接通過操作FrameBuffer來實(shí)現(xiàn).

2.1.2 Java虛擬機(jī)運(yùn)行的硬件平臺

為了使Java虛擬機(jī)的功能變得更加強(qiáng)大，需要一個(gè)強(qiáng)大的硬件平臺來支撐.Java虛擬機(jī)運(yùn)行的硬件平臺應(yīng)該包括以下幾點(diǎn)重要特征:

①內(nèi)存64M；②32M快閃存儲器；③能夠通過網(wǎng)卡和網(wǎng)絡(luò)連接；④CPU選用PXA250芯片，從而能夠與ARM架構(gòu)V5TE兼容，頻率可達(dá)到200-400HZ.這些特點(diǎn)決定了Java虛擬機(jī)的功能的豐富性，比一般嵌入式系統(tǒng)要優(yōu)越得多.

2.2 Java虛擬機(jī)的選擇

實(shí)現(xiàn)AWT的基礎(chǔ)是選擇一個(gè)合適的Java虛擬機(jī)，因此必須要慎重考慮.綜合考慮各方面的因素，我們可以選擇一種叫作Wonka面向嵌入式系統(tǒng)的Java虛擬機(jī).由于Wonka的源碼是公開的，因此符合嵌入式系統(tǒng)的需求.選擇Wonka，是因?yàn)槠渚哂幸韵碌膬?yōu)點(diǎn)：

①Wonka設(shè)計(jì)的最初目的就是面向嵌入式系統(tǒng)的. Wonka是起源于歐洲，其代碼不僅能夠支持Linux操作系統(tǒng)，還能支持ARM體系中的CPU.因此，可以根據(jù)目標(biāo)平臺的特點(diǎn)，將Wonka移植到目標(biāo)平臺上.②Wonka是一種符合GPL精神的自由軟件，因此可以對其源代碼進(jìn)行開發(fā)利用.③Wonka運(yùn)行時(shí)在嵌入式系統(tǒng)中所占用的內(nèi)存大小不大，一般在1-2M之間，滿足了嵌入式系統(tǒng)的需求.④Wonka系統(tǒng)是一個(gè)能夠與Java2兼容的Java虛擬機(jī)，這樣不僅可以提供AWT圖形是，同時(shí)還能在AWT圖形庫的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)SWING圖形庫.當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)上的大部分Java資源與Java2能夠兼容.⑤Wonka的可移植性非常強(qiáng)，能夠支持不同類型的CPU體系結(jié)構(gòu)，比如X86和ARM，同時(shí)能夠支持Linux系統(tǒng).

由于當(dāng)前關(guān)于Wonka軟件使用性能評估的資料很少，因此支持Wonka的用戶不多，比知名的KAFFEJava虛擬機(jī)要少很多，其應(yīng)用還沒有得到廣泛的推廣.但是由于有學(xué)者在掌上電腦中成功實(shí)現(xiàn)了Wonka，因此有一部分人正在嘗試在嵌入式系統(tǒng)中使用Wonka.

2.3 Wonka Java虛擬機(jī)的內(nèi)部執(zhí)行流程

Wonka Java虛擬機(jī)的內(nèi)部執(zhí)行流程可以簡單地用圖1來表示.

圖1 Wonka內(nèi)部執(zhí)行流程

Wonka所實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：

2.3.1 Main函數(shù)

最初主線程Main函數(shù)主要實(shí)現(xiàn)了以下功能：第一，可以為Java虛擬機(jī)的運(yùn)行分配所需要的空間，空間的大小由用戶的要求決定，如果沒有要求，Wonka就會使用默認(rèn)值.第二，可以對CPU和Java虛擬機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器中斷服務(wù)程序進(jìn)行初始化.Wonka內(nèi)部的線程可以切換，同時(shí)還提供了軟定時(shí)器.為了對軟定時(shí)器的時(shí)間進(jìn)行判斷，需要在定時(shí)器中斷服務(wù)程序中進(jìn)行線程的切換.如果軟定時(shí)器的時(shí)間到了，中斷服務(wù)程序就會向timer線程發(fā)送一條消息，timer線程就會對該程序進(jìn)行相應(yīng)的處理.第三，通過系統(tǒng)調(diào)用setitimer，就可以啟動Wonka內(nèi)部的定時(shí)器.系統(tǒng)每隔一定的時(shí)間就會向當(dāng)前的進(jìn)程發(fā)送一個(gè)sigalrm信號，如果將中斷服務(wù)程序注冊為該信號的信號處理程序，就可以每隔一段時(shí)間執(zhí)行一次中斷服務(wù)程序.

2.3.2 初始線程

Wonka內(nèi)部創(chuàng)建的第一個(gè)線程就是初始線程.首先，初始線程創(chuàng)建了timer線程將其置為就緒狀態(tài)，timer線程能夠處理Java虛擬機(jī)內(nèi)部以及用戶創(chuàng)建的軟定時(shí)器.其次，初始線程啟動了Java虛擬機(jī).

2.3.3 加載基本類

Wonka執(zhí)行用戶的應(yīng)用程序的前提條件是加載基本類.這里的基本類是指在所有應(yīng)用程序在運(yùn)行期間都會用到的類.Java.lang.Object是所有類的祖先類，Java虛擬機(jī)會為每一個(gè)加載的類創(chuàng)建一個(gè)Java.lang.Class實(shí)例，因此首先必須加載這兩個(gè)類.

2.3.4 加載AWT基本類

加載AWT基本類與加載基本類相類似，知識加載一些與AWT相關(guān)的基本類.AWT應(yīng)用程序的運(yùn)行需要有基本AWT類來作為支持.在AWT應(yīng)用程序運(yùn)行之前，需要將所有事件類的祖先java.awt.AWTEvent和所有圖形類的祖先java.awt.Image加載到Java虛擬機(jī)中.

2.4 實(shí)現(xiàn)AWT技術(shù)的總體構(gòu)思

2.4.1 實(shí)現(xiàn)步驟

①實(shí)現(xiàn)Java虛擬機(jī)與底層圖形庫之間的接口.該接口能夠?qū)崿F(xiàn)兩種類型數(shù)據(jù)的傳輸.首先Java虛擬機(jī)將所需要顯示的數(shù)據(jù)通過接口傳送底層圖形庫，底層圖形庫接收到數(shù)據(jù)之后就會顯示出來.其次底層圖形庫接收鍵盤以及觸摸筆事件之后，通過接口將這些數(shù)據(jù)反饋給Java虛擬機(jī)，Java虛擬機(jī)根據(jù)接收的信息作出相應(yīng)的處理.

②構(gòu)建符合J2ME（Java 2 Micro Edition，Java 2的微型版本）規(guī)范的AWT類庫.小的消費(fèi)類電子的內(nèi)存很小，用戶接口受到了限制.為了滿足小的消費(fèi)類電子產(chǎn)品，J2ME應(yīng)運(yùn)而生.在J2ME規(guī)范中，將Java技術(shù)的實(shí)現(xiàn)分為了兩個(gè)部分，即配置層和框架層.框架層又可以細(xì)分為基礎(chǔ)框架層和特定框架層.嵌入式系統(tǒng)中AWT實(shí)現(xiàn)的規(guī)范在特定框架層給出.

2.4.2 事件查詢方案

當(dāng)Wonka檢測到當(dāng)前的運(yùn)行程序中需要使用AWT時(shí)，就會創(chuàng)建一個(gè)新的線程.這個(gè)新的線程主要通過接收觸摸筆事件和按鍵事件來顯示圖形.為了執(zhí)行這個(gè)線程，需要專門編寫一個(gè)Dispatcher.java文件，具體程序如下：

public void start(){ if(!keepOnGoing){

keepOnGoing=true;

thread=new Thread(this“Rudolph”); thread.setPriority(priority); thread.setDacmon(false); thread.star();

}

}

2.4.3 圖形圖像顯示方案

為了能夠顯示圖形圖像，需要編寫一個(gè)Painter.java文件，并創(chuàng)建一個(gè)新的線程.

public void start(){ if(!keepOnGoing){

keepOnGoing=true;

thread=new Thread(this,“Display”); thread.setPriority(priority); thread.setDaemon(false); thread.start();

}

}

語句“thread=new Thread(this,“Display”)”創(chuàng)建圖形圖像顯示線程.在Java虛擬機(jī)內(nèi)部啟動上面的兩個(gè)線程之后，還要利用底層提供的圖形接口實(shí)現(xiàn)mouse-poll、keyboard-poll和screen-update三個(gè)函數(shù)，才能實(shí)現(xiàn)圖形圖像的顯示.

〔1〕鐘聲，趙容彩.JAVA語言中本地方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2000,1（1）.

〔2〕李亞東，等.基于JNI的跨平臺軟件設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程，2000,9（26）.

〔3〕毛煒.面向領(lǐng)域的實(shí)時(shí)嵌入式中間技術(shù)研究[D].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)位論文，2004.

〔4〕馬鐳.面向領(lǐng)域的實(shí)時(shí)嵌入式中間技術(shù)研究[D].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)位論文，2004.

〔5〕楊燦群，等.Java語言環(huán)境事實(shí)技術(shù)探討[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2001,2(23).

〔6〕高百明，等.Java ATW的結(jié)構(gòu)概覽與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程，1999,4（25）.

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