JNI技術在嵌入式軟件開發(fā)中的應用解析

分享到：嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式軟件的基本體系結構包括嵌入式實時操作系統(tǒng)RTOS（RealTime operating Systerrl）、嵌入式設備驅動程序、嵌入式應用程序編程接口（中間件）和嵌入式應用程序。
　　現(xiàn)階段，計算機應用的普及、互聯(lián)網技術的實用以及納米微電子技術的突破，正有力推動著21世紀的工業(yè)生產、商業(yè)活動、科學實驗和家庭生活等領域自動化和信息化進程。全過程自動化產品制造、大范圍電子商務活動、高度協(xié)同科學實驗以及現(xiàn)代化家居生活，為嵌入式產品造就了嶄新而巨大的商機。除了溝通信息高速公路的交換機、路由器和調制解調器，構建計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）所需的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)DCS（Data Communication System）和機器人以及規(guī)模較大的家用汽車電子系統(tǒng)，最有產量效益和時代特征的嵌入式產品應數(shù)因特網上的信息家電（information appliances），如網絡可視電話、網絡游戲機、電子商務、商務通（PDA）、移動電話以及多媒體產品（如電視機頂盒、DVD播放機、電子閱讀機）。
　　眾所周知，“一次編程，到處使用”的Java軟件概念原本就是針對網上嵌入式小設備提出的，幾經周折，目前SUN公司已推出了J2ME（Java 2 P1atform Micro Edition）針對信息家電的Java版本，其技術日趨成熟，開始投入使用。SUN公司Java虛擬機（JVM）技術的有序開放，使得Java軟件真正實現(xiàn)跨平臺運行，即Java應用小程序能夠在帶有JVM的任何硬軟件系統(tǒng)上執(zhí)行。加上Java語言本身所具有的安全性、可靠性和可移植性等特點，對實現(xiàn)瘦身上網的信息家電等網絡設備十分有利，同時對嵌入式設備特別是上網設備軟件編程技術產生了很大的影響。
　　1 Java的性能問題及幾種解決方案
　　Java程序也有其本身的缺陷，那就是其效率問題。由于Java是一種介于解釋型和編譯型之間的語言，其對內存的管理是通過JVM虛擬機來實現(xiàn)的，同樣的程序，如果用編譯型語言C來實現(xiàn)，其運行速度一般要比Java快得多。因此，提高Java的性能就顯得十分重要。
　　迄今為止，人們?yōu)樘岣逬ava的運行速度而做出的許多努力，主要集中在程序設計的方法和模式選擇方面。但是由于算法和設計模式的優(yōu)化是通用的，對Java有效的優(yōu)化算法和設計模式，對其他編譯語言也基本適用，因此不能從根本上改變Java程序與編譯型語言在執(zhí)行效率方面的差異。
　　另外，JIT（Just In Time，及時編譯）技術也是一個比較好的思想。它的基本原理是，首先，通過Java編譯器把Java源代碼編譯成與平臺無關的二進制字節(jié)碼。然后，在Java程序真正執(zhí)行之前，系統(tǒng)通過JIT編譯器把Java的字節(jié)碼編譯為本地化機器碼。最后，系統(tǒng)執(zhí)行本地化機器碼，不用對字節(jié)碼進行解釋。這樣做的優(yōu)點是，大大提高了Java程序的性能，縮短了加載程序的時間；同時，由于編譯的結果并不在程序運行期間保存，因此也節(jié)約了存儲空間。缺點是，由于JIT編譯器對所有的代碼都想優(yōu)化，因此同樣也占用了很多時間。
　　動態(tài)優(yōu)化技術即提前編譯為機器碼的技術（dynamicopttmization，ahead of time technology）是提高Java性能的另一個嘗試。動態(tài)優(yōu)化技術充分利用了Java源碼編譯、字節(jié)碼編譯、動態(tài)編譯和靜態(tài)編譯的技術。其輸入是Java的源碼或字節(jié)碼。而輸出是經過高度優(yōu)化的可執(zhí)行代碼和動態(tài)庫（WindoW中是．dil文件，UNIX中是共享庫.a.so文件）。其優(yōu)點是能大大提高程序的性能，缺點是破壞了Java的可移植性，也對Java的安全帶來了一定的隱患。
　　2 JNI技術
　　實際上，有一種通常被忽視的技術可以在很大程度上解決這個難題，那就是JNI（Java Native Interface，Java本地化方法）。圖1是JNI技術實現(xiàn)的一般步驟。
　　
　　（1）編寫Java類代碼
　　其中，需要JNI實現(xiàn)的方法應當用native關鍵字聲明。在該類中，用System．1oadLibrary（）方法加載需要的動態(tài)鏈接庫。關鍵代碼如下：
　?。疌ompute.java
　　public class Compute{
　　public native double comp （double params）;
　　static{
　?。{用動態(tài)鏈接庫
　　System．loadLibrary（“mathlib”）；
　　}
　?。?）編譯成字節(jié)代碼
　　在這個過程中，由于采用了native關鍵字聲明，Java編譯器會忽視沒有代碼體的JNI方法部分。
　　（3）生成相關JNI方法的頭文件
　　這個過程的實現(xiàn)一般是通過利用jlavah-jni * class生成的，也可以手工生成該文件；但是由于Java虛擬機是根據(jù)一定的命名規(guī)范完成對JNI方法的調用，所以手工編寫頭文件需要特別小心。
　　上述文件產生的頭文件部分代碼如下：
　?。疌ompute.h
　　;
　　extern“C”{
　　JNIEXPORT jdoubleJNICALL Java_Compute_comp（JNI-Env *， jobject， jdoubleArray）；
　　;
　　JNI函數(shù)名稱分為三部分：首先是Java關鍵字，供Java虛擬機識別；然后是調用者類名稱（全限定的類名，其中用下劃線代替名稱分隔符）；最后是對應的方法名稱，各段名稱之間用下劃線分割。
　　JNI函數(shù)的參數(shù)也由三部分組成：首先是JNIEnv *，是一個指向JNI運行環(huán)境的指針；第二個參數(shù)隨本地方法是靜態(tài)還是非靜態(tài)而有所不同一一非靜態(tài)本地方法的第二個參數(shù)是對對象的引用，而靜態(tài)本地方法的第二個參數(shù)是對其Java類的引用；其余的參數(shù)對應通常Java方法的參數(shù)，參數(shù)類型需要根據(jù)一定規(guī)則進行映射。