嵌入式系統中Java AWT的實現

齊慧平

（臨汾職業技術學院， 山西 臨汾041000）

嵌入式系統中Java AWT的實現

齊慧平

（臨汾職業技術學院， 山西 臨汾041000）

隨著信息技術的飛速發展，21世紀成為了信息時代.各種數字化產品不斷涌現，成為了當前信息處理的主要工具。微處理器作為數字化產品的核心，在手機、個人電腦、電視機等等產品中有著廣泛的應用，使得大部分產品都可以與網絡相連接.通過網絡連接起來的設備之間的硬件體系和操作系統是不相同的，Java可以通過創建與平臺無關的程序來解決設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虛擬機實現的.本文將詳細剖析Java虛擬機內部實現機制，并著重分析如何在嵌入式系統中實現Java AWT技術.

嵌入式；Java虛擬機；Java AWT技術

1 Java虛擬機

Java虛擬機作為Java體系結構的核心部分，是一種抽象意義上的計算機，這是因為Java虛擬機所必須實現的每一特點都是由Java虛擬機規范所定義的.Java虛擬機在體系中的主要任務在于裝載class文件，并且執行其中的字節碼.Java通過本地連接的方法能夠與底層操作系統和函數庫進行交互，同時還能為上層的Java應用程序提供符合規定的應用程序接口.

Java虛擬機為Java應用程序提供了需要的基礎類庫和抽象圖形工具包,二者結合形成了Java API的集合.Java虛擬機的內部封裝了與平臺有關的操作，而Java的應用程序不直接操作底層的函數庫，因此Java程序與平臺無關.

2 嵌入式系統中Java ATW的實現

要想在嵌入式系統中實現Java ATW，需要逐步實現以下幾個步驟：

2.1 Java虛擬機欲運行的軟件和硬件平臺

要想在嵌入式系統中實現Java虛擬機，需要全面考慮以下幾個方面的影響.首先是Java虛擬機運行平臺的CPU類型和操作系統以及運行時所占用的資源，比如Java虛擬機運行時內存的使用情況、Java類庫的大小以及可執行映像的大小等等.其次要考慮到Java虛擬機是否提供API圖形，如果提供的話，虛擬機又需要用什么圖形庫來支持.最后，要考慮到Java虛擬機所提供的應用程序接口與Java規范是否相符，如果相符，又該如何選擇規范標準.除了這些因素之外，還應考慮Java虛擬機運行平臺提出的要求，下面以Wonka運行目標平臺為例，講述Java虛擬機運行的軟件和硬件平臺.

2.1.1 Java虛擬機運行的軟件平臺

由于Java虛擬機是直接與底層的操作系統和函數庫打交道，因此Java虛擬機的軟件平臺就是由操作系統和函數庫構成.除此之外，Java虛擬機運行的嵌入式系統的軟件平臺還應該具有以下特征：首先操作系統的源代碼具有開放性，從而使虛擬機能夠充分操作系統中的各種功能.其次目標平臺上需要提供專門面向嵌入式系統的圖形庫，從而使得AWT的實現更加便利，比如QT/Embedded.最后可以通過設備文件來訪問設備驅動程序，從而使得AWT可以直接通過操作FrameBuffer來實現.

2.1.2 Java虛擬機運行的硬件平臺

為了使Java虛擬機的功能變得更加強大，需要一個強大的硬件平臺來支撐.Java虛擬機運行的硬件平臺應該包括以下幾點重要特征:

①內存64M；②32M快閃存儲器；③能夠通過網卡和網絡連接；④CPU選用PXA250芯片，從而能夠與ARM架構V5TE兼容，頻率可達到200-400HZ.這些特點決定了Java虛擬機的功能的豐富性，比一般嵌入式系統要優越得多.

2.2 Java虛擬機的選擇

實現AWT的基礎是選擇一個合適的Java虛擬機，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面向嵌入式系統的Java虛擬機.由于Wonka的源碼是公開的，因此符合嵌入式系統的需求.選擇Wonka，是因為其具有以下的優點：

①Wonka設計的最初目的就是面向嵌入式系統的. Wonka是起源于歐洲，其代碼不僅能夠支持Linux操作系統，還能支持ARM體系中的CPU.因此，可以根據目標平臺的特點，將Wonka移植到目標平臺上.②Wonka是一種符合GPL精神的自由軟件，因此可以對其源代碼進行開發利用.③Wonka運行時在嵌入式系統中所占用的內存大小不大，一般在1-2M之間，滿足了嵌入式系統的需求.④Wonka系統是一個能夠與Java2兼容的Java虛擬機，這樣不僅可以提供AWT圖形是，同時還能在AWT圖形庫的基礎上實現SWING圖形庫.當前網絡上的大部分Java資源與Java2能夠兼容.⑤Wonka的可移植性非常強，能夠支持不同類型的CPU體系結構，比如X86和ARM，同時能夠支持Linux系統.

由于當前關于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虛擬機要少很多，其應用還沒有得到廣泛的推廣.但是由于有學者在掌上電腦中成功實現了Wonka，因此有一部分人正在嘗試在嵌入式系統中使用Wonka.

2.3 Wonka Java虛擬機的內部執行流程

Wonka Java虛擬機的內部執行流程可以簡單地用圖1來表示.

圖1 Wonka內部執行流程

Wonka所實現的主要功能如下：

2.3.1 Main函數

最初主線程Main函數主要實現了以下功能：第一，可以為Java虛擬機的運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就會使用默認值.第二，可以對CPU和Java虛擬機內部的定時器中斷服務程序進行初始化.Wonka內部的線程可以切換，同時還提供了軟定時器.為了對軟定時器的時間進行判斷，需要在定時器中斷服務程序中進行線程的切換.如果軟定時器的時間到了，中斷服務程序就會向timer線程發送一條消息，timer線程就會對該程序進行相應的處理.第三，通過系統調用setitimer，就可以啟動Wonka內部的定時器.系統每隔一定的時間就會向當前的進程發送一個sigalrm信號，如果將中斷服務程序注冊為該信號的信號處理程序，就可以每隔一段時間執行一次中斷服務程序.

2.3.2 初始線程

Wonka內部創建的第一個線程就是初始線程.首先，初始線程創建了timer線程將其置為就緒狀態，timer線程能夠處理Java虛擬機內部以及用戶創建的軟定時器.其次，初始線程啟動了Java虛擬機.

2.3.3 加載基本類

Wonka執行用戶的應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用程序在運行期間都會用到的類.Java.lang.Object是所有類的祖先類，Java虛擬機會為每一個加載的類創建一個Java.lang.Class實例，因此首先必須加載這兩個類.

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相關的基本類.AWT應用程序的運行需要有基本AWT類來作為支持.在AWT應用程序運行之前，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虛擬機中.

2.4 實現AWT技術的總體構思

2.4.1 實現步驟

①實現Java虛擬機與底層圖形庫之間的接口.該接口能夠實現兩種類型數據的傳輸.首先Java虛擬機將所需要顯示的數據通過接口傳送底層圖形庫，底層圖形庫接收到數據之后就會顯示出來.其次底層圖形庫接收鍵盤以及觸摸筆事件之后，通過接口將這些數據反饋給Java虛擬機，Java虛擬機根據接收的信息作出相應的處理.

②構建符合J2ME（Java 2 Micro Edition，Java 2的微型版本）規范的AWT類庫.小的消費類電子的內存很小，用戶接口受到了限制.為了滿足小的消費類電子產品，J2ME應運而生.在J2ME規范中，將Java技術的實現分為了兩個部分，即配置層和框架層.框架層又可以細分為基礎框架層和特定框架層.嵌入式系統中AWT實現的規范在特定框架層給出.

2.4.2 事件查詢方案

當Wonka檢測到當前的運行程序中需要使用AWT時，就會創建一個新的線程.這個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.為了執行這個線程，需要專門編寫一個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Painter.java文件，并創建一個新的線程.

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”)”創建圖形圖像顯示線程.在Java虛擬機內部啟動上面的兩個線程之后，還要利用底層提供的圖形接口實現mouse-poll、keyboard-poll和screen-update三個函數，才能實現圖形圖像的顯示.

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〔3〕毛煒.面向領域的實時嵌入式中間技術研究[D].西北工業大學學位論文，2004.

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