基于嵌入式Linux的Java中間件研究與實現(xiàn)

1、基于嵌入式Linux的Java中間件研究與實現(xiàn)碩士論文答辯：南開大學(xué)嵌入式系統(tǒng)與信息安全實驗室答辯人：曹涌本文研究背景嵌入式Java中間件實現(xiàn)與實例總結(jié)與展望Java語言起源lJava：A simple, object-oriented, distributed, interpreted, robust, secure, architecture-neutral, portable, high performance, multi-thread and dynamic language.Java體系概述Java語言特點Java運行環(huán)境Java計算模式Java平臺版本Personal Java平

2、臺應(yīng)用于有聯(lián)網(wǎng)要求的消費式電子產(chǎn)品對硬件的最低配置要求較低其API是標(biāo)準API的子集，對AWT修改和刪減采用普通的Java虛擬機運行Java三種平臺版本目前，Sun根據(jù)不同層次的Java應(yīng)用特點定制了新的Java平臺版本分別為J2EE、J2SE、J2ME作為平臺標(biāo)準，它們具有寬范疇性、良好擴展性以及前瞻性J2EE平臺HTML表單表單（瀏覽器）（瀏覽器）Java Applet（瀏覽器）（瀏覽器）任何能夠表示任何能夠表示數(shù)據(jù)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)應(yīng)用程序組件應(yīng)用程序組件接口接口應(yīng)用程序組件應(yīng)用程序組件接口接口應(yīng)用程序組件應(yīng)用程序組件接口接口數(shù)據(jù)庫中間件數(shù)據(jù)庫中間件遠程系統(tǒng)遠程系統(tǒng)XML文檔文檔DBDBJ

3、2SE平臺是面向Desktop PC級的Java應(yīng)用版本它是實際開發(fā)中大部分J2EE、J2ME應(yīng)用的前期開發(fā)平臺J2ME平臺為Java嵌入式系統(tǒng)開發(fā)提供了明確的規(guī)范靈活和可定制JVM層、配置層、框架層KVM是核心特征，可移植性高，只有幾十K目前J2ME主要應(yīng)用于手機軟件開發(fā)Java虛擬機廣義的虛擬機中的一種Java虛擬機定義執(zhí)行經(jīng)過編譯的Java目標(biāo)代碼（字節(jié)碼，Byte Code）的計算機實現(xiàn)。Java虛擬機規(guī)范pcoptopframevars操作數(shù)棧操作數(shù)棧執(zhí)行環(huán)境執(zhí)行環(huán)境局部變量局部變量棧棧幀幀對象對象1對象對象2方法方法A寄存器組寄存器組棧棧無用單元收集堆無用單元收集堆方法區(qū)方法區(qū)JV

4、MJava程序執(zhí)行過程Java編譯環(huán)境編譯環(huán)境Java源文件源文件（.java）Java編譯器編譯器Java字節(jié)碼字節(jié)碼（.class）Java字節(jié)碼通字節(jié)碼通過網(wǎng)絡(luò)傳送過網(wǎng)絡(luò)傳送類裝載器類裝載器字節(jié)碼檢測字節(jié)碼檢測Java類庫類庫Java解釋器解釋器JIT編譯器編譯器運行時系統(tǒng)運行時系統(tǒng)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)硬件硬件Java虛擬機虛擬機Java虛擬機分析Java虛擬機是Java技術(shù)體系的基石Java虛擬機存在不完善之處l虛擬機自身實現(xiàn)方式不規(guī)范l工作方式遠沒有達到最佳嵌入式Linux幾種流行的嵌入式操作系統(tǒng)比較 Palm OSWinCELinuxEPOC軟件豐富強強強弱多媒體弱強強弱網(wǎng)絡(luò)通信弱一般

5、強最強處理器要求低最高一般最低顯示能力一般強強弱StrongARM SA-1110開發(fā)平臺Assabet板：lStrongARM SA-1110處理器l32M SDRAM與32M FlashNeponset板：lStrongARM SA-1111處理器l網(wǎng)卡、聲卡、PCMCIA、鍵盤鼠標(biāo)接口等3.9英寸的LCD顯示屏和觸摸屏Wolf Linux特點Wolf Linux為手持電子閱讀設(shè)備電子書而開發(fā)具有如下特點l低功耗l平臺安全性高l支持多種文件系統(tǒng)l設(shè)備成本低Wolf Linux系統(tǒng)組成引導(dǎo)程序引導(dǎo)程序(Boot Loader) 硬件抽象層硬件抽象層驅(qū)動程序驅(qū)動程序文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)進程調(diào)度進程

6、調(diào)度內(nèi)存管理內(nèi)存管理進程間通信進程間通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)置系統(tǒng)設(shè)置書架書架網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用(www, Email)硬件設(shè)備（硬件設(shè)備（StrongArm SA-1110平臺）平臺）系統(tǒng)抽象層系統(tǒng)抽象層Wolf Linux GUIAPIAPI Nano-X APIMicrowindows APIengineengine調(diào)色例程調(diào)色例程blittingblitting例程例程區(qū)域例程區(qū)域例程ClippingClipping繪圖例程繪圖例程Driver顯示驅(qū)動顯示驅(qū)動鍵盤驅(qū)動鍵盤驅(qū)動鼠標(biāo)鼠標(biāo)/ /觸摸屏驅(qū)動觸摸屏驅(qū)動小結(jié)Java技術(shù)體系的概述Java的平臺版本概念Java虛擬機的分析Wolf Linu

7、x的基本特點和GUI分布式計算技術(shù) 指一種應(yīng)用程序設(shè)計方案，在這種方案中程序、程序處理的數(shù)據(jù)以及實際計算任務(wù)都分布在網(wǎng)絡(luò)上，這樣可以調(diào)節(jié)多臺計算機的處理能力，也可以適合應(yīng)用程序由不同模塊組成的特性按照實現(xiàn)技術(shù)分類l遠程調(diào)用類l基于消息的中間件l分布式對象技術(shù)Java分布式計算Java在分布式計算中具有獨特的優(yōu)勢Java提供網(wǎng)絡(luò)編程支持、遠程方法調(diào)用RMI、數(shù)據(jù)庫訪問的JDBC技術(shù)、服務(wù)器端編程的Servlet技術(shù)，并提供了Java接口定義語言IDL。利用Java可以方便、高效、安全的進行分布式計算應(yīng)用中間件技術(shù)概述中間件是一種獨立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序，分布式應(yīng)用軟件借助這種軟件在不同的技術(shù)之間

8、共享資源，它位于客戶機/服務(wù)器系統(tǒng)之上，管理計算機資源和網(wǎng)絡(luò)通信。IDC對中間件的表述中間件基本結(jié)構(gòu)客戶程序服務(wù)程序操作系統(tǒng)中間件中間件數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)操作系統(tǒng)客戶節(jié)點1客戶節(jié)點2計算機網(wǎng)絡(luò)中間件分類中間件是一類軟件，按照所起作用分三類l數(shù)據(jù)類：用于數(shù)據(jù)的存取、利用、增值l處理類：把分布在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上的應(yīng)用或處理連接起來l分布式構(gòu)建類：支持構(gòu)建式應(yīng)用，是未來的發(fā)展方向IDC對中間件軟件的分類v終端仿真/屏幕轉(zhuǎn)換中間件v數(shù)據(jù)訪問中間件v遠程過程調(diào)用中間件v消息中間件v交易中間件v對象中間件Wolf Linux Java應(yīng)用分析Java應(yīng)用可以給Wolf Linux更強生命力lJava程序的平臺無關(guān)性，使

9、其適合嵌入式系統(tǒng)計算l第三方軟件容易移植，豐富Wolf Linux的應(yīng)用軟件lJava可以為Wolf Linux提供豐富網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用Wolf Linux Java應(yīng)用存在瓶頸l運行速度l資源占用Java運行效率分析傳統(tǒng)Java執(zhí)行方法為解釋執(zhí)行JIT技術(shù)提高了運行速度，但占內(nèi)存多采用自適應(yīng)動態(tài)編譯技術(shù)應(yīng)用嵌入式Java中間件嵌入式中間件：解決嵌入式系統(tǒng)的異構(gòu)計算，整合嵌入式系統(tǒng)資源和網(wǎng)絡(luò)的中間件引入嵌入式中間件技術(shù)，可以使分布式計算技術(shù)應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)Wolf Linux的Java中間件Wolf Linux的特點適合應(yīng)用嵌入式中間件技術(shù)基于Wolf Linux的Java中間件l使得Wolf Lin

10、ux與異構(gòu)計算機協(xié)同計算l為Wolf Linux Java應(yīng)用提供協(xié)議與接口l屏蔽各種嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)差別嵌入式/商用數(shù)據(jù)庫中間件設(shè)計系統(tǒng)主要解決嵌入式系統(tǒng)對分布式數(shù)據(jù)庫的訪問系統(tǒng)基本特征：l采用客戶機/服務(wù)器方式為基礎(chǔ)分的布式體系l以中央數(shù)據(jù)庫為中心，提供嵌入式設(shè)備對數(shù)據(jù)庫的透明訪問l為嵌入式應(yīng)用程序提供完備的API，方便開發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用框架客戶端（手持設(shè)備）服務(wù)器中間件API網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作系統(tǒng)Wolf Linux應(yīng)用程序服務(wù)器中間件系統(tǒng)（Java Servlet）操作系統(tǒng)Windows /Unix/Linux大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)Oracle/DB2終端應(yīng)用程序系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)安全認證子系統(tǒng)

11、嵌入式終端任務(wù)處理子系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)置子系統(tǒng)通訊控制子系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步控制子系統(tǒng)用戶業(yè)務(wù)處理子系統(tǒng)終端控制子系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)系統(tǒng)模塊設(shè)計參數(shù)設(shè)置模塊終端設(shè)置模塊數(shù)據(jù)集設(shè)置模塊可見模塊用戶任務(wù)管理模塊管理員模塊安全認證模塊通信控制模塊服務(wù)程序任務(wù)處理模塊小結(jié)研究了分布式計算技術(shù)及Java在分布式計算中的優(yōu)勢分析Wolf Linux上的Java應(yīng)用提出了嵌入式Java中間件的概念設(shè)計了嵌入式/商用數(shù)據(jù)庫中間件系統(tǒng)Java虛擬機的實現(xiàn)幾種常見的嵌入式Java虛擬機比較是否支持ARM處理器源代碼是否免費開放整體尺寸JRE是否1.5MJ9vm否否3MJeode是否2MWaba否是1.5MKaffe是是3MKaf

12、fe虛擬機在GNU Public License規(guī)則下發(fā)布方便地向ARM體系結(jié)構(gòu)移植大小適中，適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)提供了自適應(yīng)動態(tài)編譯技術(shù)的支持Kaffe虛擬機的移植工作的第一步是Kaffe虛擬機交叉編譯交叉編譯：在開發(fā)平臺（host）上用交叉編譯工具，對所要編譯的源文件進行編譯，得到在目標(biāo)平臺（target）上能夠運行的目標(biāo)代碼。交叉編譯過程交叉編譯工具：arm-linux-gcc-2.95.4-i386使用Linux的autoconfig和automake工具Kaffe源代碼在交叉編譯后得到Wolf Linux Java虛擬機Java虛擬機GUI實現(xiàn)主要工作點是Kaffe的 GUI實現(xiàn)Wo

13、lf Linux采用Microwindows窗口系統(tǒng)利用Nano-X API實現(xiàn)Kaffe的libawt.a本地方法庫嵌入式Java中間件實例三層體系結(jié)構(gòu)設(shè)計客戶端采用Personal Java API編寫數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端采用純Java支持技術(shù)中間件服務(wù)器Java Servlet與JDBC相結(jié)合中間件服務(wù)器運行在PC計算機上發(fā)布平臺：WebSphere Application Server開發(fā)調(diào)試工具：Borland JBuilder虛擬機：Sun Microsystems JDK1.4中的JRE中間件服務(wù)器界面主數(shù)據(jù)集列表：數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫URL中文描述中文描述主數(shù)據(jù)集名稱主數(shù)據(jù)集名稱增加修改刪除JDBC DRIVER設(shè)定數(shù)據(jù)表返回狀態(tài)條，成功信息藍色，錯誤提示等紅色中間件服務(wù)器界面狀態(tài)條增加系統(tǒng)終端列表：修改刪除返回序號用戶名稱注冊名通訊方法加密機制備注1234客戶端界面增加修改刪除查看下載上傳退出作者書名出版社ISBN保存取消作者書名出版社編號出版社間價格小結(jié)首先實現(xiàn)了Wolf Linux的Java虛擬機根據(jù)前面提出的嵌入式/商用數(shù)據(jù)庫中間件設(shè)計方案給出了一個實現(xiàn)的實例本文對Java技術(shù)體系