嵌入式實(shí)時(shí)Java處理器及API系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn).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(gè)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(jìn)行,難以適應(yīng)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?qū)ο?、跨平臺、語言級并發(fā)支持、安全等特性不僅使它在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,也引起了嵌入式領(lǐng)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(shí)時(shí)

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(shù)為實(shí)時(shí)系統(tǒng),傳統(tǒng)Java技術(shù)應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的主要不足之處表現(xiàn)為:由于Java虛擬機(jī)是在運(yùn)行中對引用到的類進(jìn)行動(dòng)態(tài)裝載、解析和連接,影響了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性;垃圾收集器(GC)的自動(dòng)運(yùn)行導(dǎo)致了任務(wù)執(zhí)行時(shí)間的不可預(yù)測性。針對傳統(tǒng)Java技術(shù)在實(shí)時(shí)方面的不足,Sun公司聯(lián)合IBM、Microware等公司制定了實(shí)時(shí)Java規(guī)范(RTSJ),為實(shí)時(shí)Java平臺的實(shí)現(xiàn)提供了參考。隨著

3、實(shí)時(shí)Java規(guī)范的推出,如何實(shí)現(xiàn)適用于嵌入式系統(tǒng)的高效實(shí)時(shí)Java平臺就成為了研究熱點(diǎn)。目前,常見的實(shí)時(shí)Java平臺實(shí)現(xiàn)方式有解釋方式(在實(shí)時(shí)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(jī)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(shí)時(shí)翻譯成機(jī)器碼)以及Java處理器方式(字節(jié)碼直接作為機(jī)器代碼在處理器硬件上執(zhí)行)。同其它實(shí)現(xiàn)方

4、式相比,Java處理器免除了把Java字節(jié)碼轉(zhuǎn)換為機(jī)器代碼的工作同時(shí)還可以針對Java虛擬機(jī)特點(diǎn)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(nèi)存占用少、功耗低等特點(diǎn),所以更適合用于資源受限的嵌入式設(shè)備。目前國外已有一些針對嵌入式實(shí)時(shí)Java處理器的研究,如JOP、aJ-80、aJ-100及FemtoJava等。國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)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(diǎn)

5、是提高系統(tǒng)整體性能而不是實(shí)時(shí)性,一個(gè)原因也是因?yàn)楫?dāng)時(shí)實(shí)時(shí)Java規(guī)范尚未推出。
　　根據(jù)對國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目—高可靠實(shí)時(shí)系統(tǒng)的計(jì)算平臺(SoPC)研究(基金號:60703106)[1]的研究,本文設(shè)計(jì)了一種能在低成本FPGA芯片中實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)嵌入式Java處理器PRTEJ(Pipelined Real-Time Embedded Java Processor),目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)具有實(shí)時(shí)特性的嵌入式Java處理器并對實(shí)時(shí)Java規(guī)范提供有