Java技术在嵌入式系统中的应用.docx

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1、Java技术在嵌入式系统中的应用mahaiyan导语：J2ME是Java2平台的一个版本，使用在各种各样的消费电子产品和嵌入式设备上摘要：J2ME是Java2平台的一个版本，使用在各种各样的消费电子产品和嵌入式设备上。JavaCard技术标准得Java应用能运行在智能卡和更小的嵌入式设备上。本文介绍J2ME和JavaCard的硬件平台和软件体系构造，以及怎样进展J2ME和JavaCard应用程序开发。Java在挪动通讯领域的应用已经引起广泛的关注，本文对此进展了具体的描绘。关键词：Java嵌入式系统Java卡J2ME挪动通讯1Java概述Java是在1991年由Sun公司JamesGoslin

2、gPatrickNaughton、ChisWarth、EdFrank以及MikeSherindan等组成的STAR7小组所设想出来的。于1995年5月正式推出。Java计算平台包括JVMJava虚拟机和JavaAPIJava应用编程接口。JVM是一种抽象化的计算机，运行在操纵系统之上，可以在它上面执行Java的字节线，使Java应用程序在现有的各种平台上都可以顺利执行。JavaAPI和Java的函数类库，分为根本核心类库和各种外加功能的扩展类库。1998年12月8日，Sun公司的最新一个版本的JDKJavaSoftwareDevelopmentKit正式发布，Sun的晋级版本，而且还是完善的J

3、ava平台。Java2定义组成Java企业平台的核心技术包括15个核心API。这15个核心API构成了整个Java2技术的灵魂，包括Applet、AWT、Beans、IO、Lang、Math、Net、Rmi、Security、SQL、Text、Util、Accessibility、Swing和CORBA。与以往的JDK比拟，Java2平台具有很多上风，如更灵敏的平安形式、更好的性能、与其他企业级系统的互用性、应用开发更轻易、全球化的进步以及更好的跨平台性等。Java2可以根据对软、硬件需求的不同分为4个版本。J2EEJava2Platform，EnterpriseEdition用于企业效劳器端

4、应用程序开发；J2SEJava2Platform，StandardEdition用于个人计算机上的应用程序开发；J2MEJava2Platform，MicroEdition用于信息家电等资源有限的设备上的应用程序开发；JavaCardPlatform用于智能卡上的应用程序开发。Java程序语言在其产生之初，本身就是为嵌入式设备机顶盒设备设计的。如今Java又凭借J2MEE和JavaCardPlatform回到嵌入式系统开发领域。2Java卡1Java卡简介Java卡是Java平台中最小的子集，也是一种特殊的智能卡。智能卡是一种嵌入计算机芯片的卡片，广泛应用于通讯、交通、金融、证券和保险等领域。

5、智能卡分为两大类：一类是存储器卡，另一类是微处理器卡。存储器卡仅仅被用于存储器数据。微处理器卡有数据处理的功能：它有自己的CPU、I/O端口、存储器和操纵系统，可以被看作是一台微型电脑；可以安装并运行小的应用程序，通过串行通讯接口与外部通讯。ISO国际标准组织制定了智能卡的国际标准ISO7816。影响智能卡推广的主要因素是其不够开放，不同的卡片制造商消费的卡片的应用程序开发没有统一的标准。为理解决这个问题，工业界提出了能运行Java程序的智能卡Java卡，并且制定了Java卡的技术标准，包括JavaCardVMJava卡虚拟机和API的具体信息。JavaCardVM位于智能卡的操纵系统之一，用

6、通用的编程语言和系统接口屏蔽了不同智能卡硬件和操纵系统的区别。Java卡的框架定义了供给用程序开发者使用的API。Java卡的应用程序称为Applet，每个Applet由唯一的AID应用程序标识符来识别。2Java卡对硬件的最低要求512BRAM：主要用于存储应用程序运行时的栈以及I/O缓冲区。24KBROM：主要用于存储程序代码和系统的运行时系统。8KBEEPROM：主要用于存储Java卡的Applet和堆。8位处理器：8位处理器是Java卡的最低要求。3Java卡软件体系构造最底层的CardOS操纵系统和NativeFunctions根本函数相不于个人计算机的操纵系统，负责低层的处理工作。

7、JavaCardVM位于CardOS和NativeFunctions之上，隐蔽了底层智能卡的不同技术，实现了卡接口的统一和编程语言的统一。JavaCardFrameworkJava卡框架为开发人员定义了一整套API，主要负责运行Java卡Applet以及为Applet运行提供所需要的环境。CardOS、JavaCardVM和JavaCardFramework共同组成了JCREJava卡运行时环境。IndustrySpecificExtensions是效劳方所提供的类，使企业与公司可以提供属于自己的效劳程序。例如，假如这张卡是GSM网络的SIM用户识别模块卡，那么这一层就是SIM卡所需的接口类。

8、4JavaCardAPIJavaCard的2.1版包括四个包：Javacard.langpackage、Javacard.frameworkpackage、Javacard.securitypackage和Javacardx.cryptopackage。Javacard.langpackage提供Java程序语言中重要的类，例如所有Java类的根类Object类。Javacard.frameworkpackage是JavaCardAPI的核心包，提供了实现JavaCardApplet根本类和工具。其中ISO7816抽象接口提供了ISO7816所使用的常数值。PIN个人识别名码抽象接口使其子类可

9、以验证PIN是否正当。Shareable抽象接口使得不同的Applet可以相互通讯。AID类使得JCRE可以通过一个AID表来识别Applet。APDU类通过治理一个缓冲区来接收与传送终端的指令以及回传Applet运行结果与状态。Applet类是所有JavaCardApplet的根类，治理JavaCardApplet的生命周期。JCSystem类治理Applet与JavaCard的系统资源，如AID与事务。OwnerPIN类治理卡片持有者的PIN，并提供相关验证与更新等方法。Util类提供了开发中的常用工具。Javacard.securitypackage负责提供平安机制，包括Key抽象接口、

10、KeyBuilde类和MessageDisest类。Javacardx.cryptopackage包含了关于加密与平安的抽象接口和类。5Java卡应用的开发Java卡的生命周期从操纵系统、JVM、API库和可选的Applet被写入Java卡的ROM开场。在正式使用之前，Java卡要经过初始化在卡上写入制造商和发行商名称等通用信息和个人化在卡上写入密钥等个人信息。然后用户就可以购置并使用Java卡了，当然还要与读卡器相配合。Applet的生命周期从被安装并注册到Java卡系统开场，在被从系统注册表中删除时完毕，在被选择时激活。Java卡的应用程序可以用一般的Java编译器来编译。但是由于智能卡只

11、有有限的存储器资源和计算功能，Java卡上的应用开发与普通的Java程序开发有很大的不同，很多Java语言的特性在Java卡应用的开发中都不能使用。Java卡的应用开发在Windows系统下经过如下：安装JDK和JavaCard2.1.1DevelopmentKit；设置有关环境变量；编辑Java源代码，可以使用任何Java代码编辑工具；编译Java源代码，用Java编译器编译Java源代码，生成class文件；生成Cap文件，在Java卡上不能直接运行class文件，必须用Java卡转换器converter、把class文件转换为Cap文件；安装Applet,用PC机和与之相连的读卡器把Ca

12、p文件安装到Java卡上。6Java卡在挪动通讯领域的应用SIM用户识别模块作为一张内含大规模集成电路的智能卡，目前主要用于GSM手机。最初SIM卡主要用来存储一些个人身份认证和识别信息，例如IMSI、鉴权密钥等。SIM卡不能向手机发出命令。1998年ETSI欧洲电信标准化委员会制定了STK卡SIM应用工具箱技术的技术标准，大大增强了SIM卡的才能。STK卡上可以安装运行应用程序，可以向手机发出命令，例如在手机上建立新的菜单。SIM卡还可以收发短消息甚至提议呼唤。这样就可以在SIM卡上运行客户端的软件，通过短消息与效劳器交互，同时通过菜单为用户提供友好的界面。尽管STK对SIM卡的使用方法进展

13、了标准化，但是各个制造商仍然使用自己的开发工具为自选的芯片掩膜，因此引入开放的SIM卡开放平台成为必要。ETSI已在其协议中增加了有关JavaCard的内容。GSMSIM卡采用JavaCardAPI在保证平安的同时提供开放的SIM开发，使得STK应用在不同制造商的SIM卡上运行。在开发经过中，软件开发商可采用开放的开发工具，开发出与Java兼容的SIM卡应用程序。ETSI的协议GSM03.19是STKJava卡的技术标准，规定了STKJava卡的体系构造。最底层是JCRE和GSM文件系统。之上是GSM框架，提供了一些供Applet接入GSM文件系统的API。在GSM框架之上是SIMToolki

14、t框架，负责Applet的触发、注册、安装和卸载，主动式命令的处理，Applet的平安性治理。3J2ME1J2ME简介J2ME是Sun公司为资源有限的设备上使用Java编程语言而设计的，使用在各种各样的消费电子产品上，例如智能卡、手机、PDA、电视机顶盒等。J2ME平台是建立在Java编程语言上的，可为资源有限的设备提供最大的功能。J2ME目前有两种配置层。一种是面向连接的设备配置CDCConnectedDeviceConfiguration，它采用典型的Java虚拟机技术。这种全功能的虚拟机包含了基于台式机系统上的虚拟机的所有功能，适用于拥有至少几兆字节内存的设备。它的目的是高档的消费类电子

15、产品和嵌入式设备，例如智能通讯器、高级智能寻呼机、智能个人数字助理PDA以及交互式数字电视机顶盒。对于无线设备和其它内存缺乏的设备，J2ME采用面向连接的受限的设备配置CLDCConnectedLimitedDeviceConfiguration技术。2J2ME对硬件的最低要求CDC与CLDC对硬件平台有不同的要求：CDC-32位的微处理器，大于2MB的存储器。CLDC-16位或者32位处理器，大于128KB的存储器。3J2ME软件体系构造JavaVirtualMachineLayerJava虚拟机层是Java虚拟机的一个实现，它是为特定设备的主机操纵系统定制的，而且支持一个特定的J2ME装备

16、。CDC配置的JVM是CVMC虚拟机，CLDC配置的JVM是KVMK虚拟机。ConfigurationLayer配置层定义了Java虚拟机功能和特定种别设备上可用的Java类库的最小集。从某种程序上讲，一个配置定义了Java平台功能部件和库的共同性，开发者可以假设这些功能部件和库在属于某一特定种别的所有设备上都是可用的。ProfileLayer框架层定义了特定系列设备上可用的应用程序编程接口的最小集。框架在一个特定的配置上面实现，在配置层上增加适用特定规格的配置文件，如MIDP就是用于挪动终端的配置文件。应用程序是针对特定的框架编写的，因此可以移植到支持该框架的任何设备上，一个设备可以支持多个

17、框架。4J2MEAPICDC提供支持全兼容Java2虚拟机所必须的最小API集。这一API集包括所有为CDC定义的API和针对文件I/O、网络连接、高级完全性、对象序列等API。其中Java.io支持系统输入与输出，JavalangJava提供编程语言根本类，Java.lang.ref包括了一些十分参考类，Java.lang.reflect提供对反映的支持，Java.math支持数学运算，J提供用于网络连接的类和工具，Java.security提供完全支持，Java.security.cert提供证书支持，Java.text提供文本处理类，Java.util包括集合、日期和时间支持等各种实用工

18、具类，Java.util.jar提供Jar文件支持，Java.util.zip提供Zip文件支持，支持Javax.microedition类属连接。由于MIDP/CLDCAPI将在一个性能有限的设备上运行，因此Java的一些功能被取消或者修改。Java.lang、Java.io、Java.util包是J2SE包中标准类的一个子集。Javax.microedition.io包提供了对网络连接的支持，Javax.microedition.io包中的主要对象是Connector类。可将该类强迫转换为不同的连接类型，例如HttpConnection。Javax.microedition.lcdui提供

19、了用于定义midlet用户接口的类。Javax.microedition.rms包用来在设备上实现一个临时存储数据库，当然该数据库的存储和获取信息的性能受到设备的限制。Javax.microedition.midlet中包含有MIDlet的类。MIDlet类执行midlet的生命周期，并且提供getAppPropertykey方法来由应用属性中获取信息。应用属性设置在jadJava应用程序描绘器文件中。5Java卡在挪动通讯领域的应用CLDC和MIDP为创立挪动应用程序提供了完好的环境。MID框架的核心是一个MIDlet应用程序，所有应用程序MIDlet都继承MIMlet类，以允许应用程序治理

20、软件对MIDlet进展控制、从应用程序描绘符检索属性以及对状态变化进展通知和请示。MIDlet类提供了用于调用、暂停、重新启动和终止MIDlet应用程序的API。应用程序治理软件可以在运行时环境内治理多个MIDlet的活动。此外，MIDlet可以自己提议一些状态变化，并把这些变化通知给应用程序治理软件。挪动J2MEMIDP应用程序包括用户界面开发、数据库程序开发和网络程序开发。Javax.microedition.lcdui包中包括了用于用户界面开发的各种类。用户界面的根类是Display，所有的用户界面类都是在Display里显示出来的Displayable对象，Display对象是其它对象

21、演示的舞台，应用程序道德需要获得Display对象的引用，然后就可以把场景对象放入演示舞台中。MIDP提供了Screen和Canvas两种演示场景。Screen的子类包括Alert、Form、List和TextBox。Javax.microedition.lcdui中定义了Command类来接收用户的输入信息，又在Display类中定义了Screen对象与Command对象组合的方法，使得应用程序可以响应用户的输入。在Screen场景中可以使用的对象包括Alert信息窗口、Form窗体、List选项列表和TextBox文本框。其中Form可以放置Item类,包括TextFiled文本字段、St

22、ringItem字符串工程、ImageItem图像工程、DataField日期字段、ChoiceGroup选项集合和Gauge标尺。TextBox使应用程序可以在屏幕上显示文本框；Alert类似于消息框，可以为用户提供一些信息；List类以列表的形式提供选项使用户选择；Form是一个容器对象，可以放置包括文本字段、字符串工程、图像工程、日期字段、选项集合和标尺等在内的Item对象。Canvas是Displayable中用来给开发者创立整个用户接口的，用于创立复杂的用户界面，例如视频游戏中使用的界面。用户在Canvas对象上的绘画与Applet中的AWTCanvas类似。Javax.microe

23、dition.rms定义了在设备上实现一个临时存储数据库程序开发的类。其中采用由字节数组RMS记录治理系统机制，使用称为RecordStore记录存储区的小型数据库。每个记录存储区对象是Javax.microedition.rms类的一个实例。记录存储区是由字节数组组成的记录构成的。RecordStore提供了用于用户操纵记录和治理存储区的方法，对记录的操纵包括增加、删除、更新和查询。Javax.microedition.io为应用程序开发者提供GCF通用联机框架，用于网络编程。网络编程的根类是Connecter，通过Connecter提供了HTTP、SOCKET、Datagram数据报和Se

24、rialPort串行口等网络通讯方式，其中HTTP为设备的必选项。6J2MEMIDP应用程序的开发经过Sun公司最近推出的工具包J2MEWTKJava2MicroEditionWirelessToolkit简化了MIDlet的开发，为MIDlet开发提供了一个全面的工具包。应用程序的开发经过如下：安装J2SE或JavaRuntimeEnviroment。安装J2MEWTK。配置仿真器。编辑Java源文件，可以使用任何Java代码编辑工具。编译Java源代码，用Java编译器编译Java源代码，生成Class文件。除了编译以外，编译器还会检查源文件中有没有使用CLDC和MIDP以外的类和属性及方法。验证字节码。封装成MIDletSuite，把经过验证的Class文件及应用程序中将用到的资源文件封装成JAR文件，这一步会生成JAD文件和mainfest文件。测试，然后下载到目的机上运行。Java本来就是为嵌入式设备而设计的，但昌随着因特网的兴起，Java在台式机和效劳器端的应用开发中获得了宏大的成功。Java在应用中充分展示其通用性与完全性等上风，而这在嵌入式设备的应用开发中是至关重要的，这使得Java重返嵌入式应用开发领域成为必然。STKJava卡和J2ME的成功应用昭示着Java在嵌入式系统应用开发中的美妙前景。0