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            Java在嵌入式系統(tǒng)中的解決方案

            作者: 時(shí)間:2011-08-08 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            一、引言

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/150399.htm

              的設(shè)計(jì)者企圖建立一個(gè)簡單的、面向?qū)ο蟮?、智慧的、已?jīng)解譯的、強(qiáng)大的、安全的、架構(gòu)合理的、可移植的、高性能的、多線程的、動態(tài)的語言。為使對開發(fā)者有吸引力,Sun公司融合了類似于C語言的語法和結(jié)構(gòu)。然而Sun最終沒有達(dá)到這個(gè)目標(biāo),還是被證明不適合小型的電子設(shè)備,這很大程度是因?yàn)樗蠖宜俣嚷?。?yīng)用Java程序所需要的處理能力和內(nèi)存量,對這類設(shè)備來說太昂貴了。

              然而,Sun公司設(shè)計(jì)Java時(shí)最重要的是平臺無關(guān)及網(wǎng)絡(luò)集成。一個(gè)無須更改能夠在幾種不同硬件和軟件平臺運(yùn)行的程序,對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境來說是一個(gè)理想的程序。對想建立通過網(wǎng)絡(luò)來通訊并利用網(wǎng)上資源的分布式程序的開發(fā)者來說,一種在任何平臺上都有內(nèi)置的和標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)支持的語言是一個(gè)大實(shí)惠。

              1、Java語言與

              對于選用編程語言,一般說,越是高級的語言,其編譯和運(yùn)行庫施加的開銷越大,你的應(yīng)用程序也越大,越慢。已經(jīng)公認(rèn)用匯編語言能寫出最小最快的程序,其次是用C或Forth,接下來較大的是C++或Basic,然后才是Java。因此一般來說,編程人員都會首選匯編和C,而然后才會考慮C++或Java。

              但是開發(fā)者為何要來關(guān)注Java呢?筆者以為,隨著不斷增長的市場需求,很多嵌入設(shè)備必須適應(yīng)網(wǎng)上交流的需要,為了迎合此要求,考慮這種到開發(fā)Internet應(yīng)用程序的便利,眾多開發(fā)者都發(fā)現(xiàn)使用這種語言是有意義的。另一個(gè)原因是隨著內(nèi)存條及32位處理器價(jià)格的下降,最初在嵌入使用Java太昂貴的問題不再有了。隨著使用Java的成本代價(jià)減少,它的很多優(yōu)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)被考慮作為嵌入平臺。

              2、Java對于嵌入式的優(yōu)點(diǎn)分析

              Java語言的優(yōu)點(diǎn)在于:它當(dāng)初就是由理解和信奉網(wǎng)絡(luò)計(jì)算夢想的一個(gè)小巧而專注的開發(fā)組設(shè)計(jì)的,雖然該語言最初的實(shí)施方案有點(diǎn)缺陷,有許多后來已被解決了,但為了這個(gè)夢想,他們很少在技術(shù)上妥協(xié),結(jié)果誕生了一種專為以相互通訊為主要目的的設(shè)備而設(shè)計(jì)的語言。

              有許多技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)都可能會引導(dǎo)嵌入開發(fā)者選擇Java,以下就是這些優(yōu)點(diǎn)(其中有幾個(gè)也適用于通用編程)

              A)與處理器無關(guān)

              Java的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是與處理器無關(guān),這個(gè)優(yōu)點(diǎn)似乎與嵌入式沒什么相干。傳統(tǒng)上,嵌入程序就是針對特定的微處理器設(shè)計(jì)并在其上運(yùn)行的,而C語言程序的可移植性則可通過編譯或交叉編譯來保障。

              但是在Sun公司的模型中,一個(gè)程序可能是存儲在一個(gè)系統(tǒng)上,而被下載并運(yùn)行在另一個(gè)完全不同的系統(tǒng)上;設(shè)備可能從不同地方下載一些程序來在一個(gè)處理器上運(yùn)行,或者不同的處理器運(yùn)行一個(gè)程序,通過網(wǎng)絡(luò)在相互間傳遞數(shù)據(jù)。使用Java,一個(gè)嵌入式系統(tǒng)就可能成為一個(gè)通用的通信設(shè)備,能下載并運(yùn)行能完成特定任務(wù)的程序。

              對嵌入式系統(tǒng),這是一個(gè)新的模型,已經(jīng)有一些開發(fā)者正在向它靠攏。例如,電視機(jī)機(jī)頂盒的供應(yīng)商已宣布并入JVM,以使用戶能通過Java applets在他們觀看電視的同時(shí)接收到的支持該電視節(jié)目的一些內(nèi)容。這樣你在觀看足球比賽時(shí),看到的支持內(nèi)容就可以是對球員的技術(shù)統(tǒng)計(jì);若你在看電影,看到的支持內(nèi)容就可以是演員的背景資料。JVM還被并入到移動電話中,這樣用戶可接收股票報(bào)價(jià)信息、比賽分?jǐn)?shù)及其他即時(shí)信息。

              筆者以為,這是一個(gè)恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和實(shí)施模型。其一是你在選擇開發(fā)平臺時(shí)更加靈活了。你無需在與目標(biāo)相同的平臺上開發(fā),也不用去關(guān)心交叉編譯,因?yàn)镴ava字節(jié)碼能在任何有JVM的操作系統(tǒng)中運(yùn)行;另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是:幾乎所有的檢測和調(diào)試可以獨(dú)立于目標(biāo)設(shè)備來進(jìn)行。但是,一些數(shù)據(jù)輸入和硬件交互要求在目標(biāo)(或是很好的仿真系統(tǒng))上測試。由于個(gè)別JVM有時(shí)有兼容性的問題,你應(yīng)該在所有將用到該程序的平臺上測試它。但一般來說,你并不要高級而昂貴的、配備有邏輯探針、ICE以及其它調(diào)試工具的、針對目標(biāo)平臺的開發(fā)環(huán)境。

              B)面向?qū)ο蟮木幊?/p>

              Java是一種純粹面向?qū)ο蟮恼Z言。所有代碼和數(shù)據(jù)都是某個(gè)類的一部分,沒有全局變量或是獨(dú)立于類存在的代碼,一個(gè)對象是一個(gè)類的實(shí)例,對象是通過調(diào)用操作方法,或者說函數(shù)來操作的,而這些方法或函數(shù)也是類的一部分,對象的方法就對象的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。Java類被組織成一個(gè)等級層次,在層次結(jié)構(gòu)中,一個(gè)子類能夠繼承其超類的行為,并可用子類所具備的一些特有功能來擴(kuò)展其超類的功能。對象模型是你能定義對應(yīng)真實(shí)事物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),使得程序的任務(wù)和任務(wù)如何實(shí)現(xiàn)者二者之間的轉(zhuǎn)換變得基本上透明。

              面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)和編程的優(yōu)點(diǎn)在于其開發(fā)速度和代碼的可維護(hù)性,許多面向?qū)ο蟮拈_發(fā)都能通過利用和更改現(xiàn)存類庫來完成,而不是創(chuàng)造一個(gè)新的結(jié)構(gòu),這就使開發(fā)加快了,例如,一個(gè)硬件開關(guān)能在軟件中使用一個(gè)開關(guān)對象來實(shí)現(xiàn),該對象包含用于控制和操作開關(guān)的所有必需的數(shù)據(jù)和代碼。面向?qū)ο蟮姆椒ㄟ€盡量使用自然的結(jié)構(gòu),使其有很高的可讀性,且可輕易更改和加強(qiáng)。

              C)安全和安全操作

              由于有了JVM,一個(gè)Java應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)或硬件完全隔絕,因此計(jì)算機(jī)病毒或其它作祟的的代碼就很難獲得對設(shè)備的控制。虛擬機(jī)是主機(jī)設(shè)備和那些可能難以確定其質(zhì)量和可靠性的軟件之間的一個(gè)保護(hù)層。

              另外,Java設(shè)計(jì)者從該語言中去掉了指針變量的概念。Java不能任意訪問其內(nèi)存位置,它們只能讀寫有Java內(nèi)存分配管理系統(tǒng)創(chuàng)建的對象。由于Java編譯器所強(qiáng)制的嚴(yán)格的分類機(jī)制,從理論上來說,訪問那些未分配給程序的內(nèi)存區(qū)域是不可能的。這個(gè)限制使得要寫惡意代碼的程序變得非常困難了。

              對Java applet施加的限制就更加嚴(yán)格了。由于Java applet被設(shè)計(jì)成從Internet上下載,因而被視為不可信任的代碼,除非它包括你已認(rèn)定為可信任的主機(jī)的數(shù)字指紋。JVM在內(nèi)存的一個(gè)稱之為sandbox的區(qū)域運(yùn)行諸如applet這種不可信任的代碼。它給每個(gè)applet分配資源和特權(quán),并將其限定在這些分配區(qū)域范圍中。

              D)內(nèi)存管理

              Java的內(nèi)存管理遠(yuǎn)比其他語言簡單,因?yàn)樗皇褂弥羔槨.?dāng)對象被實(shí)例化時(shí),內(nèi)存被動態(tài)分配。正如我們前面分析的,對個(gè)別內(nèi)存地址的訪問被Java的設(shè)計(jì)者視為一個(gè)對安全的潛在危險(xiǎn),因此,訪問也被禁止。而且,Sun的網(wǎng)絡(luò)模型已假定你也許不知道目標(biāo)處理器,而引用專用內(nèi)存地址變得沒有必要。去掉指針的結(jié)果不僅提高了安全性,還簡化了編程,錯(cuò)誤也減少了。

              在C語言中,可以用值或引用的方式來訪問數(shù)據(jù)。事實(shí)上,出于靈活性和控制考慮,非原始數(shù)據(jù)類型都由引用方式來存取,即通過指針訪問。因此,值和引用的不同變得非常清楚,特別是:因?yàn)槟悴坏貌皇褂貌煌姆?*和)來存取數(shù)據(jù)。要用這兩種不同的訪問方式,你必須清楚理解它們是什么以及你為什么應(yīng)該使用這一個(gè),而不使用那一個(gè)。

              在Java中,由值和引用來存儲是無縫的,尤其因?yàn)槠浞柖家粯?。兩者間唯一不同在于數(shù)據(jù)類型本身:所有原始數(shù)據(jù)類型始終由值的方式存取;所有對象,包括字串、數(shù)組以及文件流,始終由引用方式訪問。聲明為原始數(shù)據(jù)變量類型包含該變量的值,聲明為對象的變量則包含對該對象(即該對象的地址)的一個(gè)引用,而非對象自身的引用。僅僅聲明一個(gè)對象變量并不給對象分配內(nèi)存,你必須用“new”關(guān)鍵字來分配內(nèi)存和創(chuàng)建對象。

              這兩種方法最根本的不同在于:不可能象在C中那樣就Java內(nèi)存地址做指針?biāo)阈g(shù)或其他操作。Java中對象的地址是相對的(或虛擬的),它由虛擬機(jī)任意分配,因此你沒有理由還想要指針地址。

              E)垃圾收集

              垃圾收集自動收集內(nèi)存中未引用的內(nèi)存,并將其歸回空閑內(nèi)存鏈表中。JVM使用此功能將不在使用的內(nèi)存還給系統(tǒng)。

              當(dāng)Java程序說明并實(shí)例化一個(gè)對象或數(shù)組時(shí),它僅僅做一個(gè)JVM請求,訪問其下面的系統(tǒng)內(nèi)存(通常是通過主機(jī)操作系統(tǒng))并分配內(nèi)存,Java的垃圾收集系統(tǒng)通過內(nèi)存收集對象,然后檢查它們的引用鏈。Java的垃圾收集系統(tǒng)的工作方式一般是搜索內(nèi)存中的對象,然后檢查它們的引用表。它計(jì)算程序中有多少變量當(dāng)前正在引用每個(gè)對象。若對象的引用數(shù)目為零,它知道此對象不再在使用了,它的內(nèi)存可以收回。其結(jié)果就是,不必像你在C語言所作的那樣,要人工來釋放分配的內(nèi)存。在C中,釋放內(nèi)存是一個(gè)必要、耗時(shí)且易出錯(cuò)的細(xì)節(jié)。Java自動而精確的處理此過程,去除了C/C++程序中那種常見的錯(cuò)誤致因。

            linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解(linux不再難懂)

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