Java 技术在嵌入式系统中的作用探讨

杨 迎

（黑龙江工商学院，黑龙江 哈尔滨 150001）

0 引言

嵌入式系统早在1971年微处理器问世之后就开始了研发。目前，嵌入式系统已经得到了较全面的发展。随着Internet技术在各领域的结合更加深入，嵌入式系统的应用也更加广泛。例如：在当下的通信领域，电视、电话等都应用了嵌入式系统，而在其他领域的应用也有很多。Java技术是在1991年加利福尼亚州门洛帕克市被称为Green的工作小组所提出的应对嵌入式系统，主要是在家电产品上应用的一项技术，当时这一技术还不称为Java，而是在后期经过长时期的不断改进、优化后正式推出的Java技术，也可以称之为Java语言。因为其是一种编程语言，主要用于编写嵌入式系统，但同时也是一种应用开发平台。而Java技术之所以被嵌入式系统广泛应用，是因为C＋＋语言过于庞大复杂，这不适应于嵌入式系统的编写，所以在其基础上进行改进，取其精华去其糟粕，形成了被嵌入式系统广泛应用的Java技术。因此，Java技术的问世是计算机领域发展的必然趋势，也是对C＋＋语言的进一步优化。

1 嵌入式系统简述

嵌入式系统与其他的计算机处理系统相比，有着独特的优越性，也有不足。其不能实现大容量的存储，但可以在诸多方面满足用户的实际需求，例如功能、成本、功耗等。其具备较强的专用性，通常是以应用为中心所展开的程序编写，通过对软件及硬件的灵活裁剪以及重组，对不同应用设置特定系统，可以更好地保障用户体验，节约成本。同时，嵌入式系统通常也被应用在对实时性要求较高的环境中，其可以对用户的干预及时作出反应，并且以最快的速度处理需求。部分嵌入式系统的应用肩负重要使命，往往承担着重要责任，例如国家机密等。这类系统往往对可靠性的要求极高，且其自身具有可封装性、独立性，是一个独立的子系统，并隐藏在目标设备的内部系统中，避免了外界的过多接触，也就一定程度地增大了其可靠性。

2 Java技术在嵌入式系统中的实际应用

Java技术在嵌入式系统中的应用，首先要辅助其进行系统开发，构建代码层、Java类库、本地类库、平台层、硬件层等结构，确保嵌入式系统可以满足用户的实际需求。而各结构的实际作用如下。

代码层：用户利用Java语言开发的程序；Java类库：用户在应用程序层，也就是代码层，会用到一些预先定义好的应用程序接口，这些接口存在于Java类库中，在用户编写Java程序时被调用。

本地类库：通常被Java程序所使用，多应用于Java虚拟机和实时多任务操作系统，存放位置为嵌入式设备中。

平台层：该层的形成主要由两部分组成，一部分为Java虚拟机，核心是管理Java文件，对其内存的数据信息进行转储，另一部分为实时多任务操作系统，核心是为前者提供基础运行平台。

硬件层：该层在嵌入式系统运行中发挥着重要作用，为主要的硬件结构，主要通过实时多任务操作系统，对Java虚拟机运行、网络连接等进行管理，并且解决运行中出现的异常问题［1］。

Java技术在嵌入式系统中的应用具备着诸多优势，其主要优势如下：可以无视网络需求，在无网络的情况下正常运行；可以在多个处理器上运行，以满足各种需求；可以对Java程序源代码进行编译，以特定的指令应用到目标设备中；可以对Java运行包进行高度定制，以小体积满足运行要求［2］。

3 Java技术应用于嵌入式系统所发挥的主要作用

Java技术之所以被嵌入式系统广泛应用，正是因为研究人员长时期的创新、改进，才使其趋于完善，得以满足嵌入式系统的实际需求。而在其完善之前，嵌入式系统主要应用的是符号语言及C语言，但是在实际应用中获得成果的同时，也带来了较大的问题，例如：(1）难以处理嵌入式系统的异构性。嵌入式系统的中央处理器类型较多，且运用的操作系统也有所不同，这使其具备较强的异构性，而C语言及符号语言对异构性不能有效地处理。而反观Java技术，其自身的兼容性特点决定了其能够在各种环境下进行应用，即便是操作系统存在异构性问题的情况下，也可以通过适当的代码调整来满足兼容使用的需求。(2）难以有效维护系统。在嵌入式系统的开发中应用这两种语言，仍是依照着以往的开发方式，难以对其产生较有利的帮助，进而不能较好地进行系统维护。Java技术相比较其他的开发语言和方式而言，其维护难度和维护成本更低，且Java技术自身的多样性也决定了其在实际应用过程中可以面临多种选择途径，这也意味着在维护过程中具有较高的灵活性，能够满足不同的维护需求。(3）操作复杂。这种应用方式，需要多种平台的协助，共同支持系统开发，进而增加了复杂性。操作难度低本身就是Java技术的优势之一，Java技术在实际应用过程中无需多平台同步应用，单一平台即可完成全部的操作流程。简单化的操作方式也决定了Java技术在系统开发方面具有天然的优势，使用Java技术进行系统开发的实际难度也要低于其他方式。(4）程序转移较困难，在这两种语言的应用中，由于系统的自身特性，会使一些操作程序难以实现平台间的转换，而Java语言在嵌入式系统中可以发挥较好作用，有效解决这些问题，尤其是其简单性、健壮性、安全性等特点更是使其具备较大优势，也为嵌入式系统的推广提供了保障。具体作用如下。

3.1 令系统成为具备通用性的通信设备

国家一直以来都高度重视通信技术，力求使其为各行业发展提供更有力的保障，而随着技术研发愈加深入，通信设备也取得了较多的成果。尤其是应用Java技术的嵌入式系统成为一个具备通用性的通信设备，从根本上解决了操作系统不兼容的问题。在过去的嵌入式程序中，需要依靠微处理器实现对程序的设计，而Java技术对处理器没有任何要求，在嵌入式系统的实际应用中不需要考虑处理器的因素，就可以使程序在其他系统上存在，实现程序的下载，进而满足各种不同应用环境的实际需求。

3.2 保障了系统的实时性

系统的实时性本就是一项重要的特性，而嵌入式系统更是会被应用到一些实时性要求较高的环境中，所以工作人员对嵌入式系统的实时性要求较高。在过去，应用C语言的嵌入式系统具有一定的实时性，但同时也存在着很大的问题。例如：C语言庞大复杂的特性导致开发平台烦琐等。Java技术可以有效地解决这些问题，可以提高嵌入式系统的运行速度，并且可以在规定时间内，以最快的速度做出反应，完成资源分配、任务调度等工作。同时，随着时代发展，实际需求也处于不断变化中，Java技术的应用可以适应这样多变的环境，降低内存管理系统的应用，提高软件的开发效率，满足时代对实时性的需求，使嵌入式系统可以在市场竞争中脱颖而出。

3.3 减少系统的开发时间

在嵌入式系统的开发中，利用C语言、符号语言提高不了开发效率，而Java语言作为C语言的改进体，是一种面向对象的编程语言，具有代码和数据封装体的诸多优点，例如继承性、多态性等。这使嵌入式系统的开发只需采用或者修改Java类库就可以实现，从而减少嵌入式系统的开发时间，提高开发效率，加快生产投放［3］。

3.4 保障了系统的安全性

Java语言在设计之初，摒弃了C语言诸多复杂的概念，例如指针变量等。这样的做法对Java有了一定的约束，使其难以随意访问除了Java内存分配的对象外的其他内存。同时，Java编译器在分类机制上有着较严谨的特性，这使得其基本上无法实现对未分配内存的访问，一定程度上杜绝了恶意代码的编写。Java程序的运行是在Java虚拟机上完成的，与操作系统处于彻底隔离的状态，计算机发生异常，不会影响Java程序，从而大幅度提高了嵌入式系统的安全性［4］。

3.5 增强了系统的联网功能

当下，实现嵌入式系统的网络化，简便、快速地联网是非常必要的。过去利用C语言等可以实现嵌入式系统联网，但是需要开发人员耗费大量的精力学习如何使用附件包。Java技术的应用可以利用内置的网络支持，省去了学习附件包的流程，且具备较强的网络编程，可以减少时间等成本的投入，增强了系统的联网功能［5］。

3.6 提高开发效率和可维护性

从嵌入式系统的生命周期角度来看，Java技术的应用从某种角度上实现了对开发和维护环节的全面简化。考虑到嵌入式系统的目标环境需要建立在某一虚拟机上，故大幅度降低了代码的编写和调试难度。从目前的发展趋势来看，嵌入式系统在未来将与大量的外接设备进行连接，系统的整体复杂程度将进一步提升，而Java技术的升级难以保证其在系统的整个生命周期中都可以起到决定性作用。与此同时，伴随着外接设备的持续增加，远程管理模块的构建将成为可能，这也意味着在原有系统上增加全新的功能成为易事。这也在某种程度上提高了开发效率和可维护性。

3.7 重复利用代码

随着嵌入式技术的成熟以及系统本身变得更大、更优化，很多人开始对把一个产品的模块甚至是全部的应用程序用到另一个产品上产生兴趣。这种可重新利用性使得“一次开发，多次利用”成为可能。Java环境使得一个模块只要做很少的工作就可以适应多个项目和平台。当客户需要一个新的目标板时，采用新的硬件(CPU或外设）和软件，或者使用不同的Linux都可以通过移植实现。

3.8 集成Java代码和源代码

源代码的应用在本质上可以有效提升代码的重复利用能力。在实际应用Java技术的过程中，无论是已经设计完成的界面、虚拟机，还是底层硬件，都可以通过源代码优化的方式与嵌入式系统进行兼容使用。从某种角度来看，其虽然无法从根本上进行移植，但对于功能应用而言，基于本次环境而开发代码则是一种最优选择，且无论是安全特性还是开发效率都能够有所保障。与之相比，Java技术的基本库本身就能够提供相关代码内容，这对于促进开发过程有着直接积极的影响。

3.9 其他方面的作用

除此之外，Java技术对网络连接以及硬盘没有较严格的要求，甚至于在缺乏这两者的情况下依然可以运行，更是为系统带来了诸多积极作用。例如：一是Java技术可以使嵌入式设备的内存管理开发变得简便；二是由于连接网络的特性，使嵌入式系统的操作使用变得简便；三是Java技术可以及时、准确地发现异常、错误信息，并及时处理；四是具备较强的灵活性，在嵌入式系统还没有开启的时候，用户可以对设备进行重新制定以及配置，充分利用了Java技术的动态性。

4 结语

综上所述，Java技术在嵌入式系统中的应用有着至关重要的意义，可以发挥较好的作用效果，尤其是针对C语言、符号语言而言，更是具备较大的优势，可以最大限度地推动嵌入式系统的发展，使其应用更加广泛。同时，Java技术的研发初衷就是为了更好地解决C语言在嵌入式系统中的应用问题，所以其有着较全面的特点，例如可靠性、安全性和稳定性等，可以充分解决以往系统开发中存在的问题。该项技术是一种编程语言，也是一个平台，在实际应用中产生问题难以避免，所以技术研发人员要不断进行优化创新，确保其可以满足时代需求以及用户需求，为嵌入式系统的发展提供坚实的基础。