Java虚拟机用于数字电视机顶盒研究与实现

    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。

    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。

    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)使得本地方法可以在特定的主机系统的任何一个Java平台上运行。

    J2ME中的CDC移植的解决方案

    我们选用的要移植的Java虚拟机是Sun公司提供的J2ME对于数字电视领域CDC配置，该虚拟机是针对Linux的软件实现(用C语言编写的虚拟机，该虚拟机也称为CVirtualMachine，简称CVM)。Java虚拟机规范并没有强求Java虚拟机必须支持任何特定的本地方法接口，但是Sun公司提供了本地方法接口(JavaNativeInterface)，是为移植所用。Java程序通过调用本地方法和主机交互。

    Java虚拟机

图2Java虚拟机的位置

    本地方法函数调用

    为了增加虚拟机的性能，加快其速度，解释器在处理一些字节码时调用的本地方法函数用汇编实现了将Java栈转换为C栈，然后在C堆栈上实现函数的调用。Linux下是用独立的汇编语言程序invokeNative_i386。S实现函数CVMjniInvokeNative()，我们采用在C里面嵌入汇编的形式来实现该函数。

    该函数的形参有7个，完成的主要功能是将由实参传递来的部分数据通过直接或者运算后得到本地方法的参数，然后压入本地栈，通过汇编来实现本地的C函数调用。实参传递过来的7个数据包含JNI环境指针(env)、本地方法的函数指针(nativecode)、Java栈指针(args)、本地方法的描述符(tersesig)，Java栈的参数总数(argssize)表示静态或非静态方法的类对象标志(classobject)及用于存储返回值的一个指针变量(returnvalue)，其中env要作为第一个本地方法的参数传递，并且nativecode也要传递到本地方法来实现本地方法的正确调用。

    J2ME中的CDC移植

    由于Linux有多个通用寄存器，在实现该函数的代码中充分运用了如esp、ebp、esi等寄存器，但是OS20提供的可操作的寄存器只有3个通用寄存器Areg、Breg、Creg和1个工作指针寄存器Wptr(相当于堆栈指针)，在实现过程中，我们用在C函数中设立局部变量来代替Linux的通用寄存器，通过手动调整工作栈指针来实现本地方法的调用，具体实现过程如图3所示。

    当进入汇编函数时，工作区指针为Wptr，实参、状态寄存器和指令指针寄存器的值全部自动入栈，然后是我们定义的代替Linux寄存器的局部变量自动入栈，此时的Wptr自动移到Wptr′，利用OS20的汇编指令，手动将实参传递过来的参数通过计算得到本地方法参数的个数，然后将本地方法所需的参数依次压栈，最后再手动调节工作区指针实现本地方法的成功调用。这里我们先将本地方法函数指针和1个标志位flag(0x10101010)入栈，原因有两个：

图3Java栈到本地栈的转换