Java虚拟机应用于数字电视机顶盒的研究与实现

为了促使数字电视朝着基于Java虚拟机的中间件标准DVB。MHP (多媒体家庭平台)发展，简略介绍Java虚拟机的体系结构，从由Sun公司提供的基于Linux的J2ME到嵌入式操作系统OS20的移植过程，重点介绍Java本地方法调用的移植实现。实验证明，该方法能够使简单的Java程序在数字电视机顶盒上成功运行。

引 言

随着有线广播电视网向数字化、网络化、产业化方向发展，利用有线电视网络作为传输平台的数字电视机顶盒除了能够让用户在现有模拟电视机上观看数字电视节目之外，广播和交互式多媒体应用功能的要求也应运而生，互动电视成为数字电视发展的方向。众多程序员熟悉的为网络广泛运用的Java语言能很好地满足机顶盒一些服务应用的要求，因此提出了包含Java虚拟机的数字电视机顶盒中间件的系统架构，该虚拟机用来执行Java应用程序，并且中间件将应用程序和底层操作系统、硬件细节隔离开，使上层的数字电视的服务应用不必考虑过多的底层细节。本文主要介绍了J2ME中主要用于数字电视领域的CDC的移植，其中又着重介绍了本地方法(native method)的实现过程。

结构及工作原理

Java虚拟机工作原理

Java虚拟机处于机器和编译程序之间，在任何平台上都提供给编译程序一个共同的接口。Java源程序经过编译器编译后变成字节码，字节码由虚拟机解释执行，虚拟机将每一条要执行的字节码送给解释器，解释器将其翻译成特定机器上的机器码，然后在特定的机器上运行。

Java虚拟机的主要任务是装载class文件并且执行其中的字节码。Java虚拟机包含一个类装载器，它可以从程序和API中装载class文件。字节码由执行引擎来执行，具体过程如图1所示。

图1　Java虚拟机的工作过程

Java虚拟机结构

类装载器的体系结构是Java虚拟机在安全性和网络移动性上发挥重要作用的一个方面，图中所示的类装载器可以包含多个类装载器的子系统， Java应用程序能够在运行时决定需要安装的类，并且将被不同的类装载器装载的类存放在不同的命名空间。

执行引擎处于Java虚拟机的核心位置，它的行为由指令集所决定，其主要作用就是解释字节码(即运行经过编译后的Java程序的class文件) ，不同的执行引擎实现可能非常不同。由软件实现的虚拟机的执行引擎分为一次性解释字节码、即时编译器和自适应优化器，由硬件芯片构成的虚拟机用本地方法执行Java字节码，它的执行引擎是内嵌在芯片里。

Java虚拟机相当于一个堆栈计算机，它在指令间传送信息时不使用任何物理寄存器，而使用堆栈的帧来表示方法的状态、字节码的操作对象、方法的参数空间及局部变量的空间，它的“程序计数器”为一个伪寄存器，是当前所执行指令的字节码数组的一个指针。

Java实现方法

Java有两种实现方法：Java方法和本地方法。Java方法是由Java 语言编写，编译成字节码，存储在class文件中。本地方法是由其他语言(比如C，C++，或者汇编语言)编写的，编译成和处理器相关的机器代码，保存在动态连接库中，格式是各个平台专有的，它是联系Java程序和底层主机操作系统的连接方法。Java方法与平台无关，但是本地方法却不是，运行中的Java程序调用本地方法时，虚拟机装载包含这个本地方法的动态库，并调用这个方法。通过本地方法， Java程序可以直接访问底层操作系统的资源，使程序和特定的平台相关，一个本地方法接口——Java本地接口(JNI)使