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浅谈JNI技术在嵌入式软件开发中的应用论文
浅谈JNI技术在嵌入式软件开发中的应用论文 浅谈JNI技术在嵌入式软件开发中的应用全文如下：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(RealTime operating Systerrl)、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(Data Communication System)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(information appliances)，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(Java 2 P1atform Micro Edition)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。
1 Java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(Just In Time，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， ahead of time technology)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。
2 JNI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(Java Native Interface，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.java public class Compute{ public native double comp (double params);
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。
上述文件产生的头文件部分代码如下：
//Compute.h ;
extern“C”{ JNIEXPORT jdoubleJNICALL Java_Compute_comp(JNI-Env *, jobject, jdoubleArray);
;
JNI函数名称分为三部分：首先是Java关键字，供Java虚拟机识别;然 后是调用者类名称(全限定的类名，其中用下划线代替名称分隔符);最后是对应的 方法名称，各段名称之间用下划线分割。
JNI函数的参数也由三部分组成：首先是JNIEnv *,是一个指向JNI运行 环境的指针;第二个参数随本地方法是静态还是非静态而有所不同一一非静态本 地方法的第二个参数是对对象的引用，而静态本地方法的第二个参数是对其Java 类的引用;其余的参数对应通常Java方法的参数，参数类型需要根据一定规则进行 映射。
(4)编写相应方法的实现代码在编码过程中，需要注意变量的长度问题，例如Java的整型变量长度 为32位，而C语言为16位，所以要仔细核对变量类型映射表，防止在传值过程中 出现问题。
(5)将JNI实现代码编译成动态链接库 编译过程是利用C/C++编译器实现的，当要使用生成的动态链接库时， 调用者类中需要显式调用该链接库。
经过上述处理，基本上完成了一个包含本地化方法的Java类的开发。
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Cleanup stack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 Clean up stack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。
4、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，所以几 乎可以不考虑该部分代码在主流平台之间移植的工作量。同时，也不必过分担心 类型匹配问题，完全可以控制代码不出现这种错误。此外，也不必担心安全控制 问题，因为 Java安全模型已扩展为允许非系统类加载和调用本地方法，即如果 在Java程序中直接调用c/c++语言产生的机器码，该部分代码的安全性就由Java 虚拟机控制。
