浅谈JNI技术在嵌入式软件开发中的应用

浅谈JNI技术在嵌入式软件开发中的应用

引言嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式软件的基本体系结构包括嵌入式实时操作系统RTOS(RealTimeoperatingSysterrl)、嵌入式设备驱动程序、嵌入式应用程序编程接口(中间件)和嵌入式应用程序。现阶段，计算机应用的普及、互联网技术的实用以及纳米微电子技术的突破，正有力推动着21世纪的工业生产、商业活动、科学实验和家庭生活等领域自动化和信息化进程。全过程自动化产品制造、大范围电子商务活动、高度协同科学实验以及现代化家居生活，为嵌入式产品造就了崭新而巨大的商机。除了沟通信息高速公路的交换机、路由器和调制解调器，构建计算机集成制造系统(CIMS)所需的数据传输系统DCS(DataCommunicationSystem)和机器人以及规模较大的家用汽车电子系统，最有产量效益和时代特征的嵌入式产品应数因特网上的信息家电(informationappliances），如网络可视电话、网络游戏机、电子商务、商务通(PDA)、移动电话以及多媒体产品(如电视机顶盒、DVD播放机、电子阅读机)。众所周知，“一次编程，到处使用”的Java软件概念原本就是针对网上嵌入式小设备提出的，几经周折，目前SUN公司已推出了J2ME(Java2P1atformMicroEdition)针对信息家电的Java版本，其技术日趋成熟，开始投入使用。SUN公司Java虚拟机(JVM)技术的有序开放，使得Java软件真正实现跨平台运行，即Java应用小程序能够在带有JVM的任何硬软件系统上执行。加上Java语言本身所具有的安全性、可靠性和可移植性等特点，对实现瘦身上网的信息家电等网络设备十分有利，同时对嵌入式设备特别是上网设备软件编程技术产生了很大的影响。1Java的性能问题及几种解决方案Java程序也有其本身的缺陷，那就是其效率问题。由于Java是一种介于解释型和编译型之间的语言，其对内存的管理是通过JVM虚拟机来实现的，同样的程序，如果用编译型语言C来实现，其运行速度一般要比Java快得多。因此，提高Java的性能就显得十分重要。迄今为止，人们为提高Java的运行速度而做出的许多努力，主要集中在程序设计的方法和模式选择方面。但是由于算法和设计模式的优化是通用的，对Java有效的优化算法和设计模式，对其他编译语言也基本适用，因此不能从根本上改变Java程序与编译型语言在执行效率方面的差异。另外，JIT(JustInTime，及时编译)技术也是一个比较好的思想。它的基本原理是，首先，通过Java编译器把Java源代码编译成与平台无关的二进制字节码。然后，在Java程序真正执行之前，系统通过JIT编译器把Java的字节码编译为本地化机器码。最后，系统执行本地化机器码，不用对字节码进行解释。这样做的优点是，大大提高了Java程序的性能，缩短了加载程序的时间；同时，由于编译的结果并不在程序运行期间保存，因此也节约了存储空间。缺点是，由于JIT编译器对所有的代码都想优化，因此同样也占用了很多时间。动态优化技术即提前编译为机器码的技术(dynamicopttmization，aheadoftimetechnology)是提高Java性能的另一个尝试。动态优化技术充分利用了Java源码编译、字节码编译、动态编译和静态编译的技术。其输入是Java的源码或字节码。而输出是经过高度优化的可执行代码和动态库(WindoW中是．dil文件，UNIX中是共享库.a.so文件)。其优点是能大大提高程序的性能，缺点是破坏了Java的可移植性，也对Java的安全带来了一定的隐患。2JNI技术实际上，有一种通常被忽视的技术可以在很大程度上解决这个难题，那就是JNI(JavaNativeInterface，Java本地化方法)。图l是JNI技术实现的一般步骤。（1）编写Java类代码其中，需要JNI实现的方法应当用native关键字声明。在该类中，用System．1oadLibrary()方法加载需要的动态链接库。关键代码如下：／／Compute.javapublicclassCompute{publicnativedoublecomp(doubleparams);static{／／调用动态链接库System．loadLibrary(“mathlib”)；}(2)编译成字节代码在这个过程中，由于采用了native关键字声明，Java编译器会忽视没有代码体的JNI方法部分。(3)生成相关JNI方法的头文件这个过程的实现一般是通过利用jlavah-jni*class生成的，也可以手工生成该文件；但是由于Java虚拟机是根据一定的命名规范完成对JNI方法的调用，所以手工编写头文件需要特别小心。3基于JNI的嵌入式手机软件开发实例下面通过一个实例来描述运用JNI技术在手机上操纵摄像头，捕捉视频并存储图片的过程。(1)活动／状态图图2为捕捉视频并存储图片的活动／状态图根据图2的活动／状态，具体的对应步骤如下：①发起该流程。②发起流程后，建立文件用于存储图片。③用指针获得分配的缓冲器，用于存储获得的帧。④将指针压栈(序列化缓冲器)。由于手机的内存较小，为了防止内存泄漏，Symbian操作系统有一个Cleanupstack的要求，即在使用指针时，用PushL把指针压入栈中，使用完后再用Pop弹出栈．如果在中间调用导致崩溃的函数时果真出现了问题，那么Cleanupstack可以通过调用该指针的析构函数回收占用的空间。⑤操纵摄像头，捕捉视频，并将图像流从摄像头端传到缓冲器。⑥将摄像头内的图像流存入缓冲器内，并将缓冲器内的流转化为文件流，存为jpg格式的文件，将指向缓冲器的指针弹栈。⑦在过程⑥中，如果使用完了序列化的缓冲器，则要重新序列化缓冲器，以备后面使用。⑧当接收到停止视频捕捉的信号后，关闭文件。⑨流程结束。(2)运用JNI技术的视频捕捉子功能捕捉视频的实现是由操纵摄像头、视频播放(解码器准备)以及建立摄像头和手机之间的连接会话三个活动组成的。其中操纵摄像头是通过调用底层设备的驱动来实现的，需要利用JNI来实现，完成的方法包括准备、建立、删除、销毁摄像头等。视频播放的一系列过程也是通过c++代码来实现的，除了准备、建立、删除、销毁解码器外，还有开始、暂停、停止解码等。建立摄像头和手机之间的连接类似建立客户端和服务器连接，视频流从摄像头传到手机界面是通过多媒体会话来完成的。多媒体会话的建立、关闭、摧毁以及会话建立后的发送、取消、读取数据等也是JNI的应用范畴。结语主张采用纯Java的人们通常反对本地化代码的使用，认为JNI技术会影响程序的可移植性和安全性。还有一些人认为，在Java程序执行的过程中调用c／c++程序只是对过去混合编程技术的简单扩展，其实际目的是为了充分利用大量原有的c程序库。其实，不必拘泥于严格的平台独立性限制，因为采用JNI技术只是针对一些严重影响Java性能的代码段。该部分可能只占源程序的极少部分，所