嵌入式實時Java處理器及API系統(tǒng)的實現.pdf

1、近年來嵌入式系統(tǒng)發(fā)展極其迅速,正逐步滲透于人類生活的各個方面,這對嵌入式系統(tǒng)的性能及開發(fā)效率也提出了更高的要求。和桌面系統(tǒng)的軟件開發(fā)相比,嵌入式軟件開發(fā)普遍還使用比較傳統(tǒng)的C/C++甚至匯編語言進行,難以適應嵌入式系統(tǒng)的迅猛發(fā)展,因此需要新的開發(fā)方法和開發(fā)手段來解決。Java語言的面向對象、跨平臺、語言級并發(fā)支持、安全等特性不僅使它在互聯網領域得到廣泛應用,也引起了嵌入式領域研究人員的高度重視,他們希望能將Java語言改造成嵌入式及實時

2、系統(tǒng)開發(fā)的主流語言來提高開發(fā)效率及增加系統(tǒng)安全性。由于嵌入式系統(tǒng)多數為實時系統(tǒng),傳統(tǒng)Java技術應用于嵌入式系統(tǒng)的主要不足之處表現為:由于Java虛擬機是在運行中對引用到的類進行動態(tài)裝載、解析和連接,影響了系統(tǒng)的實時性;垃圾收集器(GC)的自動運行導致了任務執(zhí)行時間的不可預測性。針對傳統(tǒng)Java技術在實時方面的不足,Sun公司聯合IBM、Microware等公司制定了實時Java規(guī)范(RTSJ),為實時Java平臺的實現提供了參考。隨著

3、實時Java規(guī)范的推出,如何實現適用于嵌入式系統(tǒng)的高效實時Java平臺就成為了研究熱點。目前,常見的實時Java平臺實現方式有解釋方式(在實時操作系統(tǒng)RTOS之上用軟件方式來解釋執(zhí)行Java字節(jié)碼);提前編譯(字節(jié)碼被提前編譯生成機器碼或中間代碼,如C);硬件加速(用硬件方式執(zhí)行一部分常用字節(jié)碼來提高整體性能);硬件翻譯(用硬件單元把字節(jié)碼實時翻譯成機器碼)以及Java處理器方式(字節(jié)碼直接作為機器代碼在處理器硬件上執(zhí)行)。同其它實現方

4、式相比,Java處理器免除了把Java字節(jié)碼轉換為機器代碼的工作同時還可以針對Java虛擬機特點提供特殊的硬件支持。因此具有能夠直接硬件執(zhí)行Java字節(jié)碼、執(zhí)行效率高、內存占用少、功耗低等特點,所以更適合用于資源受限的嵌入式設備。目前國外已有一些針對嵌入式實時Java處理器的研究,如JOP、aJ-80、aJ-100及FemtoJava等。國內研究機構也有過一些針對Java處理器及Java芯片的研究,如JE-Java、JC104,但其重點

5、是提高系統(tǒng)整體性能而不是實時性,一個原因也是因為當時實時Java規(guī)范尚未推出。
　　根據對國家自然科學基金項目—高可靠實時系統(tǒng)的計算平臺(SoPC)研究(基金號:60703106)[1]的研究,本文設計了一種能在低成本FPGA芯片中實現的實時嵌入式Java處理器PRTEJ(Pipelined Real-Time Embedded Java Processor),目標是實現具有實時特性的嵌入式Java處理器并對實時Java規(guī)范提供有