【摘要】： Java語言由于其獨(dú)特的“一次編譯,隨處運(yùn)行”的特點(diǎn)已經(jīng)成為目前因特網(wǎng)上非常流行的編程語言。平臺無關(guān)、面向?qū)ο蟆⒍嗑�程、可靠安全這些特性使得Java在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的同時,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。然而在現(xiàn)實(shí)中,Java語言卻很少應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng),這主要是由于Java如下兩方面的不足:⑴Java虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)需要大量的硬件資源;⑵Java語言的運(yùn)行時間不可預(yù)測。 由于嵌入式系統(tǒng)一般為實(shí)時系統(tǒng),而傳統(tǒng)的Java技術(shù)對實(shí)時問題關(guān)注不夠。針對傳統(tǒng)Java技術(shù)在實(shí)時性方面的不足,Sun公司聯(lián)合IBM、Microware等公司制定了實(shí)時Java規(guī)范(RTSJ),為實(shí)時Java平臺的實(shí)現(xiàn)提供了參考,實(shí)時Java規(guī)范在內(nèi)存管理、線程調(diào)度、異步事件處理、異步控制轉(zhuǎn)移等多個影響實(shí)時性的方面進(jìn)行了擴(kuò)展,使得Java能夠適用于實(shí)時系統(tǒng)。 隨著實(shí)時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Java平臺就成為了研究熱點(diǎn)。目前,常見的實(shí)時Java平臺實(shí)現(xiàn)方式有解釋方式、提前編譯、硬件加速、硬件翻譯以及Java處理器方式。同其它實(shí)現(xiàn)方式相比,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。 本論文設(shè)計了一種能在低成本FPGA芯片中實(shí)現(xiàn)的嵌入式實(shí)時Java處理器,并用軟件方式實(shí)現(xiàn)了RTSJ中的同步機(jī)制。論文的主要創(chuàng)新點(diǎn)如下: 1.使用基于堆棧的RISC模型處理器實(shí)現(xiàn)CISC模型的JVM 2.處理器微指令無任何相關(guān)性 3.提供了對防止優(yōu)先級逆轉(zhuǎn)的支持 4.處理器具備一定的可擴(kuò)展性,可以逐步添加字節(jié)碼 論文總體上分為五個部分,第一部分介紹了實(shí)時Java處理器的設(shè)計規(guī)范JVM和RTSJ,第二部分為Java處理器的總體設(shè)計,第三部分用軟件方式實(shí)現(xiàn)了免等待的同步機(jī)制,第四部分為Java處理器的FPGA實(shí)現(xiàn)和功能仿真,第五部分為總結(jié)和展望。
【圖文】：

讀入的字節(jié)碼，可以看成是以 Java 字節(jié)碼為指令集的軟件 CPU在實(shí)際的計算機(jī)上通過軟件模擬來實(shí)現(xiàn)，有自己想象中的硬件，等，還有自己相應(yīng)的指令系統(tǒng)。下面我們從 Java 虛擬機(jī)的體系結(jié)方面來對它進(jìn)行比較深入的研究。機(jī)的體系結(jié)構(gòu)機(jī)可以由不同的廠商來實(shí)現(xiàn)，由于廠商的不同必然導(dǎo)致 Java 虛，然而 Java 虛擬機(jī)還是可以實(shí)現(xiàn)跨平臺的特性，，這就要?dú)w功于結(jié)構(gòu)了。Java 虛擬機(jī)規(guī)范對虛擬機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)作出了規(guī)定規(guī)范的實(shí)現(xiàn)都 100%兼容。規(guī)范描述的 Java 虛擬機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的必棧區(qū)、字節(jié)碼指令集、內(nèi)存單元回收堆、寄存器、類文件格式和a 虛擬機(jī)都包括兩種機(jī)制，一個是裝載具有合適名稱的類（類或系統(tǒng)；另外的一個負(fù)責(zé)執(zhí)行包括在已裝載的類或接口中的指令，ava 虛擬機(jī)又包括方法區(qū)、堆、Java 棧、程序計數(shù)器和本地方法分和類裝載機(jī)制與執(zhí)行引擎機(jī)制一起組成的 Java 虛擬機(jī)體系結(jié)

每個實(shí)例都有一個它自己的方法域和一個堆，運(yùn)行于 這些區(qū)域。當(dāng)虛擬機(jī)裝載類文件的時候，它解析其中的把它們放到方法域中；當(dāng)程序運(yùn)行的時候，Java 虛擬機(jī)上；而每個線程創(chuàng)建的時候，都會擁有自己的程序計數(shù)的值指向下一條即將被執(zhí)行的指令，線程的 Java 棧則存；本地方法調(diào)用的狀態(tài)被存儲在本地方法棧，該方法棧擬機(jī)是 Java 程序運(yùn)行的心臟。Java 的許多優(yōu)異特性都。的實(shí)現(xiàn)方式般完成三方面的功能：執(zhí)行 Java 虛擬機(jī)指令、實(shí)現(xiàn)一部由宿主機(jī)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。圖 2-3 指出了在一般宿主機(jī)上的關(guān)系。
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TP332

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本文編號：2667833