淺談JNI技術在嵌入式軟件開發中的應用

淺談JNI技術在嵌入式軟件開發中的應用

淺談JNI技術在嵌入式軟件開發中的應用

引 言
嵌入式系統是以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式軟件的基本體系結構包括嵌入式實時操作系統RTOS(RealTime operating Systerrl)、嵌入式設備驅動程序、嵌入式應用程序編程接口(中間件)和嵌入式應用程序。
現階段，計算機應用的普及、互聯網技術的實用以及納米微電子技術的突破，正有力推動著21世紀的工業生產、商業活動、科學實驗和家庭生活等領域自動化和信息化進程。全過程自動化產品制造、大范圍電子商務活動、高度協同科學實驗以及現代化家居生活，為嵌入式產品造就了嶄新而巨大的商機。除了溝通信息高速公路的交換機、路由器和調制解調器，構建計算機集成制造系統(CIMS)所需的數據傳輸系統DCS(Data Communication System)和機器人以及規模較大的家用汽車電子系統，最有產量效益和時代特征的嵌入式產品應數因特網上的信息家電(information appliances），如網絡可視電話、網絡游戲機、電子商務、商務通(PDA)、移動電話以及多媒體產品(如電視機頂盒、DVD播放機、電子閱讀機)。
眾所周知，“一次編程，到處使用”的Java軟件概念原本就是針對網上嵌入式小設備提出的，幾經周折，目前SUN公司已推出了J2ME(Java 2 P1atform Micro Edition)針對信息家電的Java版本，其技術日趨成熟，開始投入使用。SUN公司Java虛擬機(JVM)技術的有序開放，使得Java軟件真正實現跨平臺運行，即Java應用小程序能夠在帶有JVM的任何硬軟件系統上執行。加上Java語言本身所具有的安全性、可靠性和可移植性等特點，對實現瘦身上網的信息家電等網絡設備十分有利，同時對嵌入式設備特別是上網設備軟件編程技術產生了很大的影響。

1 Java的性能問題及幾種解決方案
Java程序也有其本身的缺陷，那就是其效率問題。由于Java是一種介于解釋型和編譯型之間的語言，其對內存的管理是通過JVM虛擬機來實現的，同樣的程序，如果用編譯型語言C來實現，其運行速度一般要比Java快得多。因此，提高Java的性能就顯得十分重要。
迄今為止，人們為提高Java的運行速度而做出的許多努力，主要集中在程序設計的方法和模式選擇方面。但是由于算法和設計模式的優化是通用的，對Java 有效的優化算法和設計模式，對其他編譯語言也基本適用，因此不能從根本上改變Java程序與編譯型語言在執行效率方面的差異。
另外，JIT(Just In Time，及時編譯)技術也是一個比較好的思想。它的基本原理是，首先，通過Java編譯器把Java源代碼編譯成與平臺無關的二進制字節碼。然后，在 Java程序真正執行之前，系統通過JIT編譯器把Java的字節碼編譯為本地化機器碼。最后，系統執行本地化機器碼，不用對字節碼進行解釋。這樣做的優點是，大大提高了Java程序的性能，縮短了加載程序的時間；同時，由于編譯的結果并不在程序運行期間保存，因此也節約了存儲空間。缺點是，由于JIT編譯器對所有的代碼都想優化，因此同樣也占用了很多時間。
動態優化技術即提前編譯為機器碼的技術(dynamicopttmization，ahead of time technology)是提高Java性能的另一個嘗試。動態優化技術充分利用了Java源碼編譯、字節碼編譯、動態編譯和靜態編譯的技術。其輸入是 Java的源碼或字節碼。而輸出是經過高度優化的可執行代碼和動態庫(WindoW中是．dil文件，UNIX中是共享庫.a.so文件)。其優點是能大大提高程序的性能，缺點是破壞了Java的可移植性，也對Java的安全帶來了一定的隱患。

2 JNI技術
實際上，有一種通常被忽視的技術可以在很大程度上解決這個難題，那就是JNI(Java Native Interface，Java本地化方法)。圖l是JNI技術實現的一般步驟。

（1）編寫Java類代碼
其中，需要JNI實現的方法應當用native關鍵字聲明。在該類中，用System．1oadLibrary()方法加載需要的動態鏈接庫。關鍵代碼如下：
／／Compute.java
public class Compute{
public native double comp (double params);
static{
／／調用動態鏈接庫
System．loadLibrary(“mathlib”)；

}

(2)編譯成字節代碼
在這個過程中，由于采用了native關鍵字聲明，Java編譯器會忽視沒有代碼體的JNI方法部分。
(3)生成相關JNI方法的頭文件
這個過程的實現一般是通過利用jlavah-jni * class生成的，也可以手工生成該文件；但是由于Java虛擬機是根據一定的命名規范完成對JNI方法的調用，所以手工編寫頭文件需要特別小心。

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