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Java能扮演嵌入式應(yīng)用開發(fā)的主角嗎?

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作者: 時間:2007-08-23 來源:IT168 收藏
系統(tǒng)設(shè)計師來說,有許多優(yōu)點。作為一門開源的編程語言,允許面向?qū)ο缶幊?,又沒有C中存在的嚴(yán)重問題。運行時環(huán)境還提供了有用屬性。Java提供的內(nèi)存管理功能使得編程人員不必分配及釋放內(nèi)存。運行時環(huán)境甚至可以通過整合核心類庫來簡化程序分配。 但大多數(shù)應(yīng)用面臨Java沒有處理好的兩大約束:沒有足夠的空間和時間。

  那么,Java作為一種在C++基礎(chǔ)上改進(jìn)了的面向?qū)ο蟮拈_源語言,在應(yīng)用方面能挑大梁嗎?能否為它自己撐起一片蔚藍(lán)的天空呢?

  一、為什么會是Java?

  對于來說,Java技術(shù)比C語言和匯編語言具有很明顯的優(yōu)越性。最顯著的特點是減少了系統(tǒng)的和維護(hù),增強(qiáng)了代碼的重利用能力,提高了Java代碼與系統(tǒng)原有代碼的可整合性。

  1. 提高效率和可維護(hù)性

  在項目的整個生命周期中,Java環(huán)境大大的簡化了開發(fā)和維護(hù)。由于目標(biāo)環(huán)境是建立在一個虛擬機(jī)上,代碼可以很容易的編寫、調(diào)試、分析、更改、維護(hù)。加上將來要連接的外接設(shè)備,未來的系統(tǒng)可能比目前的復(fù)雜很多。升級手冊也許不會在整個項目的生命周期中都能起到作 用。取而代之的是,硬件設(shè)備的可連接性使得能夠遠(yuǎn)程管理模塊,這樣就保證了開發(fā)人員能在產(chǎn)品上增加新的性能,同時解決了在產(chǎn)品生產(chǎn)后軟件升級和維護(hù)的問題。

  2. 重復(fù)利用代碼

  由于嵌入式系統(tǒng)有特殊的需求,以及不同的專門硬件要協(xié)同工作,嵌入式軟件開發(fā)者通常使用非常原始的方法來開發(fā),有時每一個新的項目都要從頭再來一遍?,F(xiàn)在,隨著嵌入式技術(shù)的成熟以及系統(tǒng)本身變得更大更優(yōu)化,很多人開始對于把一個產(chǎn)品的模塊甚至是全部的應(yīng)用程序用到另一個產(chǎn)品感興趣。這種可重新利用性使得"一次開發(fā),多次利用"成為了可能。

  Java環(huán)境使得一個模塊可以只要做很少的工作就可以適應(yīng)多個項目和平臺。甚至包括有時客戶需要一個新的目標(biāo)板,或者采用新的硬件(CPU或外設(shè))和軟件,或者使用不同的Linux都可以進(jìn)行移植。

  3. 集成Java代碼和源代碼

  使用源代碼明顯是指應(yīng)用程序的多可用性以及代碼的重利用能力。在開源的Java語言的應(yīng)用中,一個設(shè)計很好的界面,或者虛擬機(jī),或者是底層的硬件都可以很好的兼容到嵌入式系統(tǒng)中。盡管無法移植,對于很多功能和硬件界面來說,在本地環(huán)境下開發(fā)的代碼也許仍然是最好的解決方案。在C、C++或者匯編語言中,加入標(biāo)準(zhǔn)的通信、接口模塊、用戶界面、安全特性會花費很多時間與金錢。與之相比較,Java的基本庫本身就提供了這些東西甚至還更多,這樣就可以加速開發(fā)。

  二、Java碎片真的會有影響嗎?

  在使用JavaME CLDC進(jìn)行移動電話開發(fā)時,人們經(jīng)常會碰到碎片這個詞。Java強(qiáng)調(diào)“一次開發(fā),多次利用”,但碎片出現(xiàn),卻打破了這種傳奇。于是,這就導(dǎo)致應(yīng)用開發(fā)人員不得不在許多不同的設(shè)備進(jìn)行應(yīng)用程序的測試,甚至于不得不在應(yīng)用程序中對某些特殊的設(shè)備進(jìn)行一步客戶化的工作。

  對程序開發(fā)人員來說,碎片真是個惡夢,因為碎片平白無故的增添了代碼量和測試工作量。當(dāng)然,對移動電話持有者來說也不是什么好事,因為碎片消耗了設(shè)備的空間。不管怎么說,碎片對每個人來說都是件很討厭的事情。

  但對于嵌入開發(fā)者而,碎片又意味著什么呢?

  首先來看看碎片產(chǎn)生的根源。移動電話行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)本來給不同的產(chǎn)品預(yù)留了一定的自由空間,這初衷是好的。但事實上,這種預(yù)留的空間,卻導(dǎo)致了不同產(chǎn)品之間的沖突,不能進(jìn)行很好的兼容。這就是碎片產(chǎn)生的最根本原因。于是這種不兼容性進(jìn)而升級到了Java實現(xiàn)的程序里。這正是Java想花大力氣創(chuàng)建一個統(tǒng)一Java實現(xiàn)的原因所在,如JSR248,MSA(Mobile Service Architecture)的建立。

  從嵌入式開發(fā)人員的角度來看,也許并沒有這么糟糕。其實碎片并不會影響到嵌入式開發(fā)人員,因為已經(jīng)可以確定設(shè)備之間的硬件是完全兼容的。如果使用的是原始語言像C/C++的話,嵌入式開發(fā)人員可以在任何地方來編寫代碼,并在不同的設(shè)備上進(jìn)行代碼的重用。

  三、 Java平臺的測試

  如果采用Java來實現(xiàn)嵌入式設(shè)備開發(fā),會不會碰到C/C++經(jīng)常碰到的測試成本太高的難題呢?

  當(dāng)然,采用Java來開發(fā)的話,可以對軟件進(jìn)行多次的重復(fù)測試,盡管這不一定是必需的。而完全需要進(jìn)行重復(fù)測試的只是那些新加的Java實現(xiàn)。如果是Java平臺的合法用戶的話,還可以使用Sun提供的TCK來進(jìn)行程序兼容性的檢測。如果付費的話,還有很多壓力測試可供選擇。只要能保證Java平臺的正常運行并按Java的測試通過了的話,那么所開發(fā)的程序其可移植性是完全可以保證的。

  當(dāng)然,在此有必須有提醒一下只測試Java實現(xiàn)端口的開發(fā)人員。因為有一些端口的實現(xiàn)有可能是采用C/C++來編寫的,這些必須測試。可以使用全新設(shè)備來對整個程序進(jìn)行測試以達(dá)到這一目的。

   1. 測試工具包

  通過采用Java來進(jìn)行編程,可以確保平臺的APIs是否正確的工作。如果采用C/C++或直接對操作系統(tǒng)編程,則使用全新的設(shè)備時,無法保證APIs的正常性。由于這些問題取決于所采用的測試包的全面性和可靠性,因此,在開發(fā)階段有可能發(fā)現(xiàn)不了它們,而在部署的階段發(fā)現(xiàn)了它們時,問題已經(jīng)擴(kuò)散得超出控制范圍了。而對于Java平臺的測試,一般比較全面。所以,C/C++或直接對操作系統(tǒng)編程的問題能比較早的被發(fā)現(xiàn)并解決。

  因此,采用Java平臺時,其測試時間有可能跟使用C/C++來開發(fā)整個程序的時間差不多。但結(jié)果大大不同,使用Java平臺時,其最差的測試效果往往可以與C/C++環(huán)境下最好的測試效果媲美。就測試的選擇而言,采用Java平臺時,可以使用Sun的TCK來確保程序?qū)π略O(shè)備的適用性,同時,還可以得到Java的其它測試包,不過是收費的。然而使用C/C++時,則只能依靠開發(fā)人員自己來保證程序?qū)π略O(shè)備的適應(yīng)性了。

  2. 端口兼容性

  那么如何知道設(shè)備所依賴的操作系統(tǒng)端口是兼容的 呢?沒法知道,因為操作系統(tǒng)供應(yīng)商通過沒有測試它。除非所使用的設(shè)備是標(biāo)準(zhǔn)的硬件,沒有進(jìn)行任何的客戶化工作,或是可以讓操作系統(tǒng)提供商對這特殊的端口進(jìn)行單獨的測試。相樣,采用Java平臺時,這又是怎么的結(jié)果呢?可喜的是,由于Java平臺的TCK已經(jīng)做了這樣的工作,因此,這可以更好的提高其兼容性。

  總之,采用Java平臺所需的測試,最差的情況也就跟采用原始語言(C/C++)一樣,但大部分情況下,都優(yōu)于后者。而且,更具有兼容性的保證。

  四、Java很占內(nèi)存嗎?

  使用Java平臺進(jìn)行嵌入式設(shè)備開發(fā)時,其對內(nèi)在的使用量,會不會比使用原始語言如C/C++更大些呢?這取決于軟件的復(fù)雜性。Java由于虛擬機(jī)和內(nèi)庫的原因,有可能會導(dǎo)致內(nèi)存開銷的增大。下面比較一下Java平臺內(nèi)存的占用情況(基于Sun的實現(xiàn)):

  CLDC(Connected Limited Device Configuration,運算功能有限、電力有限的嵌入式裝置,如PDA 、手機(jī)等):可工作于100K(RAM),JIT(Just In Time,即時編譯技術(shù))需要最大些。典型的部署要求500K-16M(RAM)。

  CDC(Connected Device Configuration,運算能力相對較佳、并請在電力供應(yīng)上相對比較充足的嵌入式裝置,如冷氣機(jī)、電冰箱等):VM約為250K,JIT小于300K,VM+JIT+基礎(chǔ)類庫約占2-2.5M。典型的部署要求:4M-32M。

  當(dāng)然,內(nèi)存的占用量還取決于應(yīng)用的大小及內(nèi)在的使用情況。可以看出,其實Java平臺不會占用太大的內(nèi)存。但是,這只是問題的一半。另一半是,Java代碼最后部署時是以類文件來部署的,它主要是包括字節(jié)碼和元數(shù)據(jù)。通過對CVM數(shù)據(jù)的分析,可以看出,字節(jié)碼占據(jù)著大概30%的數(shù)據(jù)量。而采用JIT編譯的代碼相對于字節(jié)碼而言,可以發(fā)現(xiàn),內(nèi)存的占有量增加了,并有一個7-8倍的ARM指令集。由于,可以估計:

  Java類轉(zhuǎn)成字節(jié)碼的速度≈1/30%≈3.3x;

  原始語言轉(zhuǎn)成字節(jié)碼的速度≈7x。

  這意味著,Java代碼的內(nèi)存使用量約為原始語言代碼的一半。當(dāng)然這只是非常粗略的估算,但卻是合理的估算。

  使用Java的JIT后,只有那些使用頻率高的代碼才會被編譯。而在系統(tǒng)中只是偶然被執(zhí)行的代碼則采用解釋來編譯。同時,JIT盡量使被編譯的代碼其內(nèi)存占有量保持在一較小的范圍內(nèi)。對CVM(CDC所使用虛擬機(jī)),默認(rèn)值為512K。而在一些較優(yōu)秀的程序中,可以發(fā)現(xiàn),其值為100K-300K。

  這也就是說,使用Java編寫的程序,只有使用頻率比較高的代碼才導(dǎo)致內(nèi)存占用的增加。相反,使用C/C++編寫的程序,整個代碼都需要進(jìn)行編譯。因此,不能說使用Java語言編寫的程序占用的內(nèi)存就會比使用C/C++編寫的程序大。這決定于軟件相對于平臺代碼的復(fù)雜度及大小。如果軟件規(guī)模比較大,Java平臺所消耗的內(nèi)存遠(yuǎn)小于Java類文件簡潔性節(jié)約的內(nèi)存,這種情況下,使用Java平臺將有利于節(jié)約內(nèi)存。如果軟件的規(guī)模比較小,則Java平臺消耗的內(nèi)存就比較明顯了,可以考慮使用C/C++來開發(fā),以節(jié)約內(nèi)存。

  五、  結(jié)論

  Java語言最初的設(shè)計企圖是想用于控制消費性電子產(chǎn)品,本為嵌入式設(shè)備而設(shè)計,但隨著因特網(wǎng)的興起,Java在臺式機(jī)和服務(wù)器端的應(yīng)用開發(fā)中取得了巨大的成功。Java在應(yīng)用中充分展示其通用性與完全性等優(yōu)勢,而這在嵌入式設(shè)備的應(yīng)用開發(fā)中是至關(guān)重要的,這使得Java重返嵌入式應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域成為必然。STK Java卡和的成功應(yīng)用昭示著Java在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)中的美好前景。

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