Java虛擬機應用于數(shù)字電視機頂盒的研究與實現(xiàn)

1、java虛擬機應用于數(shù)字電視機頂盒的研究與實現(xiàn)隨著有線廣播電視網(wǎng)向數(shù)字化、網(wǎng)絡化、產(chǎn)業(yè)化方向進展，利用有線電視網(wǎng)絡作為傳輸平臺的除了能夠讓用戶在現(xiàn)有模擬電視機上觀察數(shù)字電視節(jié)目之外，廣播和交互式多媒體應用功能的要求也應運而生，互動電視成為數(shù)字電視進展的方向。眾多程序員認識的為網(wǎng)絡廣泛運用的java語言能很好地滿足機頂盒一些服務應用的要求，因此提出了包含java虛擬機的數(shù)字電視機頂盒中間件的系統(tǒng)架構，該虛擬機用來執(zhí)行java應用程序，并且中間件將應用程序和底層操作系統(tǒng)、硬件詳情隔離開，使上層的數(shù)字電視的服務應用不必考慮過多的底層詳情。本文主要介紹了j2me中主要用于數(shù)字電視領域的cdc的移植，其

2、中又著重介紹了本地辦法(native method)的實現(xiàn)過程。結構及工作原理java虛擬機工作原理圖1java虛擬機的工作過程java虛擬機處于機器和編譯程序之間，在任何平臺上都提供應編譯程序一個共同的接口。java源程序經(jīng)過編譯器編譯后變成字節(jié)碼，字節(jié)碼由虛擬機說明執(zhí)行，虛擬機將每一條要執(zhí)行的字節(jié)碼送給說明器，說明器將其翻譯成特定機器上的機器碼，然后在特定的機器上運行。java虛擬機的主要任務是裝載class文件并且執(zhí)行其中的字節(jié)碼。java虛擬機包含一個類裝載器，它可以從程序和api中裝載class文件。字節(jié)碼由執(zhí)行引擎來執(zhí)行，詳細過程1所示。java虛擬機結構類裝載器的體系結構是jav

3、a虛擬機在平安性和網(wǎng)絡移動性上發(fā)揮重要作用的一個方面，圖中所示的類裝載器可以包含多個類裝載器的子系統(tǒng)， java應用程序能夠在運行時打算需要安裝的類，并且將被不同的類裝載器裝載的類存放在不同的命名空間。執(zhí)行引擎處于java虛擬機的核心位置，它的行為由命令集所打算，其主要作用就是說明字節(jié)碼(即運行經(jīng)過編譯后的java程序的class文件) ，不同的執(zhí)行引擎實現(xiàn)可能十分不同。由軟件實現(xiàn)的虛擬機的執(zhí)行引擎分為一次性說明字節(jié)碼、即時編譯器和自適應優(yōu)化器，由硬件芯片構成的虛擬機用本地辦法執(zhí)行java字節(jié)碼，它的執(zhí)行引擎是內(nèi)嵌在芯片里。java虛擬機相當于一個堆棧計算機，它在命令間傳送信息時不用法任何物理

4、寄存器，而用法堆棧的幀來表示辦法的狀態(tài)、字節(jié)碼的操作對象、辦法的參數(shù)空間及局部變量的空間，它的“程序計數(shù)器”為一個偽寄存器，是當前所執(zhí)行命令的字節(jié)碼數(shù)組的一個指針。java實現(xiàn)辦法java有兩種實現(xiàn)辦法：java辦法和本地辦法。java辦法是由java 語言編寫，編譯成字節(jié)碼，存儲在class文件中。本地辦法是由其他語言(比如c，c+，或者匯編語言)編寫的，編譯成和處理器相關的機器代碼，保存在動態(tài)銜接庫中，格式是各個平臺專有的，它是聯(lián)系java程序和底層主機操作系統(tǒng)的銜接辦法。java辦法與平臺無關，但是本地辦法卻不是，運行中的java程序調(diào)用本地辦法時，虛擬機裝載包含這個本地辦法的動態(tài)庫，并

5、調(diào)用這個辦法。通過本地辦法， java程序可以挺直拜訪底層操作系統(tǒng)的資源，使程序和特定的平臺相關，一個本地辦法接口java本地接口(jni)使得本地辦法可以在特定的主機系統(tǒng)的任何一個java平臺上運行。j2me中的cdc移植的解決計劃我們選用的要移植的java虛擬機是sun公司提供的j2me對于數(shù)字電視領域cdc配置，該虛擬機是針對的軟件實現(xiàn)(用編寫的虛擬機，該虛擬機也稱為c virtual machine，簡稱cvm) 。java虛擬機規(guī)范并沒有強求java虛擬機必需支持任何特定的本地辦法接口，但是sun 公司提供了本地辦法接口(java native interface) ，是為移植所用。

6、java程序通過調(diào)用本地辦法和主機交互。java虛擬機圖2java虛擬機的位置虛擬機處于操作系統(tǒng)os20 上，因此sun公司提供的java虛擬機中與底層操作系統(tǒng)相關的操作都應當替換為os20的內(nèi)核函數(shù)。因此將sun公司提供的cdc移植到os20需要完成一些工作，比如： c語言中關于基本數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)位的修改，關于線程的創(chuàng)建機制(os20為任務) ，關于線程之間的同步、互斥，關于動態(tài)銜接的實現(xiàn)，關于本地辦法的實現(xiàn)等，本節(jié)主要介紹關于本地辦法的實現(xiàn)過程。本地辦法說明器處理字節(jié)碼時，與給定字節(jié)碼有關的動作的語義、執(zhí)行字節(jié)碼的相關動作大多是從堆棧中獲得其操作數(shù)，并將其結果送回堆棧中。典型的狀況下字節(jié)碼

7、是帶有參數(shù)的，這些參數(shù)在字節(jié)碼流中緊跟在字節(jié)碼自身之后。在虛擬機說明字節(jié)碼過程中，執(zhí)行引擎會時常碰到哀求本地辦法調(diào)用的命令，虛擬機負責試著發(fā)起這個本地辦法的調(diào)用。本地辦法是java虛擬機命令集的一種可編程擴展，運行這個本地辦法就是java虛擬機對這條命令的執(zhí)行。本地辦法函數(shù)調(diào)用為了增強虛擬機的性能，加快其速度，說明器在處理一些字節(jié)碼時調(diào)用的本地辦法函數(shù)用匯編實現(xiàn)了將java棧轉(zhuǎn)換為c棧，然后在c堆棧上實現(xiàn)函數(shù)的調(diào)用。linux下是用自立的匯編語言程序invokenative_i386。 s實現(xiàn)函數(shù)cvmjniinvokenative () ，我們采納在c里面嵌入?yún)R編的形式來實現(xiàn)該函數(shù)。該函數(shù)的

8、形參有7個，完成的主要功能是將由實參傳遞來的部分數(shù)據(jù)通過挺直或者運算后得到本地辦法的參數(shù)，然后壓入本地棧，通過匯編來實現(xiàn)本地的c函數(shù)調(diào)用。實參傳遞過來的7個數(shù)據(jù)包含jn i環(huán)境指針(env) 、本地辦法的函數(shù)指針(native code) 、java棧指針(args) 、本地辦法的描述符(terse sig) ， java棧的參數(shù)總數(shù)(args size)表示靜態(tài)或非靜態(tài)辦法的類對象標記(class object)及用于存儲返回值的一個指針變量(return value) ，其中env要作為第一個本地辦法的參數(shù)傳遞，并且native code也要傳遞到本地辦法來實現(xiàn)本地辦法的正確調(diào)用。j2me

9、中的cdc移植因為linux有多個通用寄存器，在實現(xiàn)該函數(shù)的代碼中充分運用了如esp、ebp、esi等寄存器，但是os20提供的可操作的寄存器惟獨3個通用寄存器areg、breg、creg和1個工作指針寄存器wptr (相當于堆棧指針) ，在實現(xiàn)過程中，我們用在c函數(shù)中設立局部變量來代替linux的通用寄存器，通過手動調(diào)節(jié)工作棧指針來實現(xiàn)本地辦法的調(diào)用，詳細實現(xiàn)過程3所示。當進入?yún)R編函數(shù)時，工作區(qū)指針為wptr，實參、狀態(tài)寄存器和命令指針寄存器的值所有自動入棧，然后是我們定義的代替linux寄存器的局部變量自動入棧，此時的wptr自動移到wptr，利用os20的匯編命令，手動將實參傳遞過來的參

10、數(shù)通過計算得到本地辦法參數(shù)的個數(shù)，然后將本地辦法所需的參數(shù)依次壓棧，最后再手動調(diào)整工作區(qū)指針實現(xiàn)本地辦法的勝利調(diào)用。這里我們先將本地辦法函數(shù)指針和1個標記位flag(0x10101010)入棧，緣由有兩個：當隨后我們手動調(diào)整工作指針wptr到wptr"時，工作棧已由從前的嵌套匯編的函數(shù)進入到了要調(diào)用的本地辦法的c函數(shù)，因此從前的函數(shù)的局部變量在此時無效，也就是說此時假如用以前實參傳遞過來的本地函數(shù)指針調(diào)用本地的函數(shù)絕對不會勝利，因此要把這個函數(shù)指針先手動保存起來。flag的設置的緣由是：本地辦法的參數(shù)的個數(shù)不是固定的，而os20 所提供的用匯編調(diào)用函數(shù)在回到函數(shù)入口點時只彈出wptr"指向的4 個單元的內(nèi)容，因此多余的參數(shù)出棧操作也必需通過調(diào)整wptr手動完成，通過向下移動wptr查找flag標記，再調(diào)整wp tr到wtpr+2即可正確地回到匯編函數(shù)。當本地辦法的參數(shù)徹低手動入棧后就可以手動調(diào)整工作區(qū)指針wptr而進入到調(diào)用的本地函數(shù)，函數(shù)返回后的第一件事是保存在寄存器中的函數(shù)的返回值到return value，復原工作區(qū)指針wptr，并將本地辦法的返回值類型作為嵌入