隨著嵌入式系統(tǒng)CPU硬件從8位到32位的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)軟件的開發(fā)環(huán)境也得到迅猛的發(fā)展，編程語言從10多年以前的匯編為主流發(fā)展到現(xiàn)在C、C++、Java為主流。另外，面向?qū)ο笤O(shè)計技術(shù)、組件技術(shù)等在嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計中的應(yīng)用也日益引起人們的重視。
在嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)領(lǐng)域，Java是一門較新的異軍突起的編程語言。其優(yōu)點是語言本身簡潔優(yōu)美，完全按照面向?qū)ο笏枷朐O(shè)計，并且語言引入許多較為先進(jìn)的特性，如多線程、自動內(nèi)存管理和垃圾回收，非常適合于大規(guī)模復(fù)雜軟件系統(tǒng)的開發(fā)。其不足點是與硬件結(jié)合不夠緊密，同時代碼運行速度較慢。此外，對于內(nèi)存的使用，程序難于管理和控制。
由于采用Java編程具有如上所述的眾多優(yōu)點，越來越多的嵌入式系統(tǒng)采用Java技術(shù)來構(gòu)造軟件系統(tǒng)。本文在介紹基于日本某自動售貨機(jī)產(chǎn)品的控制板的Java運行平臺基礎(chǔ)上，詳細(xì)討論筆者為其平臺開發(fā)的DB引擎的組成和設(shè)計思路。
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1 Java運行環(huán)境平臺
圖1所示為Java運行環(huán)境的總體框架示意圖。本系統(tǒng)為克服Java的解釋執(zhí)行機(jī)制所引起的執(zhí)行速度慢的問題，在硬件上采用了Sun公司開發(fā)的Pico Java芯片。它能夠直接執(zhí)行Java的二進(jìn)制代碼，使Java的執(zhí)行速度提高一個數(shù)量級以上。在硬件層的上面是OS層，本系統(tǒng)采用的是ITRON（日本東京大學(xué)坂村鍵教授設(shè)計的一種嵌入式操作系統(tǒng)，雖然在日本以外的市場影響不大，但在日本本地市場，占有率達(dá)90%以上）。由于ITRON規(guī)格制定得比較早，并且為兼顧低端嵌入式應(yīng)用的場合，ITRON總體上功能比較簡單，并未把諸如TCP/IP、文件系統(tǒng)等內(nèi)容包含在其里面，因此與嵌入式Linux等不一樣的是，TCP/IP、文件系統(tǒng)是以獨立的組件形式存在的。在OS層的上面是JVM層。與其它一般Java虛擬機(jī)不同的是，本系統(tǒng)的Java執(zhí)行代碼不需要由JVM解釋執(zhí)行，而是由CPU硬件直接執(zhí)行。在JVM的上層是自動售貨機(jī)的基礎(chǔ)平臺類庫和公共組件層。本文介紹的DB引擎組件正是處于這一層。該層的上面是應(yīng)用程序?qū)?，用于實現(xiàn)自動售貨機(jī)的各種控制、管理機(jī)能。
2 嵌入式系統(tǒng)DB引擎
2.1 DB引擎組件的引入
眾所周知，在臺式機(jī)領(lǐng)域，DB是一個十分關(guān)鍵的基礎(chǔ)軟件。以往嵌入式系統(tǒng)的軟件可能更側(cè)重于與硬件的交互與控制，但隨著對嵌入式系統(tǒng)功能需求的日益復(fù)雜化，嵌入式系統(tǒng)軟件中，信息、數(shù)據(jù)的保存與管理的比重也日益增加。在這樣的背景下，嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)中，通過引入DB組件，對實現(xiàn)軟件整體框架結(jié)構(gòu)的組件化與簡單化，有著十分明顯而重要的意義。
2.2 DB引擎組件的總體框架
如圖2所示，將整個DB組件設(shè)計為3層結(jié)構(gòu)，分別為JDBC接口層、SQL解釋層和動作執(zhí)行層。這3層之間呈單向依賴關(guān)系。也就是說，SQL解釋層依賴于動作執(zhí)行層，但動作執(zhí)行層不依賴于其上面的兩層，可以單獨存在而直接被使用。如果用戶以使用方便為主要目的，可采用完全配置方式，應(yīng)用程序通過JDBC接口層存取數(shù)據(jù)。反之，如果用戶對空間和效率要求較高，可僅配置動作執(zhí)行層組件，應(yīng)用程序直接調(diào)用動作執(zhí)行層的API進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢過和更新等操作。