支持RTSJ的Java处理器的研究与设计

发布时间：2020-05-17 03:13

【摘要】： Java语言由于其独特的“一次编译,随处运行”的特点已经成为目前因特网上非常流行的编程语言。平台无关、面向对象、多线程、可靠安全这些特性使得Java在互联网领域得到广泛应用的同时,也引起了嵌入式领域研究人员的高度重视,他们希望能将Java语言改造成嵌入式及实时系统开发的主流语言来提高开发效率及增加系统安全性。然而在现实中,Java语言却很少应用于嵌入式系统,这主要是由于Java如下两方面的不足:⑴Java虚拟机的实现需要大量的硬件资源;⑵Java语言的运行时间不可预测。 由于嵌入式系统一般为实时系统,而传统的Java技术对实时问题关注不够。针对传统Java技术在实时性方面的不足,Sun公司联合IBM、Microware等公司制定了实时Java规范(RTSJ),为实时Java平台的实现提供了参考,实时Java规范在内存管理、线程调度、异步事件处理、异步控制转移等多个影响实时性的方面进行了扩展,使得Java能够适用于实时系统。 随着实时Java规范的推出,如何实现适用于嵌入式系统的高效实时Java平台就成为了研究热点。目前,常见的实时Java平台实现方式有解释方式、提前编译、硬件加速、硬件翻译以及Java处理器方式。同其它实现方式相比,Java处理器免除了把Java字节码转换为机器代码的工作同时还可以针对Java虚拟机特点提供特殊的硬件支持。因此具有能够直接硬件执行Java字节码、执行效率高、内存占用少、功耗低等特点,所以更适合用于资源受限的嵌入式设备。 本论文设计了一种能在低成本FPGA芯片中实现的嵌入式实时Java处理器,并用软件方式实现了RTSJ中的同步机制。论文的主要创新点如下: 1.使用基于堆栈的RISC模型处理器实现CISC模型的JVM 2.处理器微指令无任何相关性 3.提供了对防止优先级逆转的支持 4.处理器具备一定的可扩展性,可以逐步添加字节码 论文总体上分为五个部分,第一部分介绍了实时Java处理器的设计规范JVM和RTSJ,第二部分为Java处理器的总体设计,第三部分用软件方式实现了免等待的同步机制,第四部分为Java处理器的FPGA实现和功能仿真,第五部分为总结和展望。
【图文】：

读入的字节码，可以看成是以 Java 字节码为指令集的软件 CPU在实际的计算机上通过软件模拟来实现，有自己想象中的硬件，等，还有自己相应的指令系统。下面我们从 Java 虚拟机的体系结方面来对它进行比较深入的研究。机的体系结构机可以由不同的厂商来实现，由于厂商的不同必然导致 Java 虚，然而 Java 虚拟机还是可以实现跨平台的特性，，这就要归功于结构了。Java 虚拟机规范对虚拟机的体系结构和实现作出了规定规范的实现都 100%兼容。规范描述的 Java 虚拟机系统结构的必栈区、字节码指令集、内存单元回收堆、寄存器、类文件格式和a 虚拟机都包括两种机制，一个是装载具有合适名称的类（类或系统；另外的一个负责执行包括在已装载的类或接口中的指令，ava 虚拟机又包括方法区、堆、Java 栈、程序计数器和本地方法分和类装载机制与执行引擎机制一起组成的 Java 虚拟机体系结

每个实例都有一个它自己的方法域和一个堆，运行于 这些区域。当虚拟机装载类文件的时候，它解析其中的把它们放到方法域中；当程序运行的时候，Java 虚拟机上；而每个线程创建的时候，都会拥有自己的程序计数的值指向下一条即将被执行的指令，线程的 Java 栈则存；本地方法调用的状态被存储在本地方法栈，该方法栈拟机是 Java 程序运行的心脏。Java 的许多优异特性都。的实现方式般完成三方面的功能：执行 Java 虚拟机指令、实现一部由宿主机操作系统实现。图 2-3 指出了在一般宿主机上的关系。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TP332

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本文编号：2667833