在嵌入式Java芯片中使用即时编译技术

Java虚拟机具有面向堆栈与面向对象的特点,不利于硬件有效支持字节码的直接执行,传统JIT也不适应嵌入式系统的应用环境,介绍了在自行设计的嵌入式Java芯片中使用JIT的技术途径,通过对Java虚拟机堆栈和复杂指令的支持,密切配合JIT软件,较好地解决了Java芯片设计中的问题。测试结果表明,相对于目前前界最好的picoJava-Ⅱ内核而言内核而言,JC401的编译后代码性能提高了1．2至1．9倍,在硬件复杂度、执行速度、内存开销等方面都有较大程度的改善,适合于嵌入式应用。     

Java芯片系统中基于面向对象的软硬件接口

Java语言的硬件实现（即Java芯片）是Java实现技术中的一个重要方向,由于Java虚拟机指令系统的虚拟性,已有的Java芯片系统都采用了扩展指令集的方法为操作系统提供调用硬件功能的接口。分析表明这样的实现机制有很多弊病。为了解决这些问题,提出了在Java芯片系统设计中引入的一种新的基于面向对象的软硬件接口--本地方法,并详细介绍了它在Java芯片系统中的实现技术,这种新型的软硬件接口解决了Java虚拟机指令系统的虚拟性问题,使操作系统的开发更加容易,并保持了软件系统的可移植性。     

Java虚拟机中Java栈以及相关指令的实现

Java栈是Java虚拟机中运行时数据区的主要组成部分。大部分虚拟机指令的操作都与Java栈中的框架相关联。该文描述了Java栈在Java虚拟机运行中所起的作用,自行设计了一种Java栈的数据结构,提出了一些具有代表性的字节码指令的实现方法。同时总结了Java栈对虚拟机运行效率的影响。     

Java卡关键技术的研究及实现

根据最新Java卡规范，对Java卡的关键技术进行了深入研究和分析，提供了Java卡系统在AT90SC智能卡上的一种具体实施。详细描述了Java卡实施所采用的系统构架和工作流程，深入分析Java卡虚拟机和API等关键技术，并讨论了为提高Java卡虚拟机执行效率所采取的策略。测试结果表明，该Java卡系统能够正确高效地解释及执行Java卡应用程序。     

一种实时JAVA处理器的数据通路研究

FPGA具有灵活性高、设计周期短、成本低、风险小等优势,因此现已成为芯片设计的热点.该文设计了一种能在FP-GA芯片中实现的32位Java处理器JPOR(Java Processor Optimized For RTSJ)的数据通路,可以对实时Java规范提供有效支持.提供一种嵌入式实时系统的Java平台,该处理器具有指令系统简洁,直接执行JAVA字节码,提供对线程调度和管理的硬件支持等优点.     

面向家庭网络的Java协处理器研究与开发

为解决纯软件的Java卡虚拟机（JCVM）在嵌入式系统中解释执行速度较慢、效率低的性能问题，软硬件协同方式设计面向家庭网络（Home Network）的Java协处理器，对部分JCVM指令使用硬件电路来加速执行．并且在硬件加速的过程中采用流水线结构、环形指令缓存、指令折叠等方式来进一步提高电路速度．     

Java芯片系统中的混合地址转换技术研究

本文首先定义了Java芯片系统中的地址结构对象地址、段式地址和物理地址.针对现有地址转换方法的不足,提出了一种结合段式和段页式的混合转换方法.该方法使访问对象的速度、存储空间利用率和设备复杂度等方面得到合理的折衷.文中还给出了该方法在Java芯片系统中的硬件实现方法和相关的物理存储空间分配算法,并对其进行了性能评价.     

JCVM性能优化技术的研究

为了实现空间占用量少、执行效率高的JCVM(Java card virtual machine),对应用程序在JCVM上成功执行的整个流程进行跟踪测验。报告了宏指令替换、静态解析、压缩算法等字节码优化技术,结合智能卡芯片中不同类型存储器的特性详细分析了Java智能卡存储空间合理分配原理,设计了空间共享方式的方法 Frame帧,结合JCVM的实际情况,提出了DirectThreaded Interpreter的Some Translation思想及记忆翻译法。测试结果表明,运用以上优化方法的Java智能卡虚拟机能消耗更少的卡上资源,在一定程度上提高了解释器的效率。     

Java芯片是否优于通用CPU？

该文从体系结构的角度深入分析了Java专用芯片的设计思想,并对其内部堆栈、高速缓存、流水线、编译器等设计方案进行了剖析,在与通用CPU如RISC处理器、x86处理器、MIPS处理器进行比较的基础上,初步探讨了Java芯片的市场发展前景。     

JVM实时内存管理模型的设计与实现

本文根据Java实时规(RTSJ)的要求,设计并实现了一个Java虚拟机实时内存管理模型.该模型包含了RTSJ内存管理机制实现的各个基本要点,如内存区域(Memory Area)的分配机制,领域堆栈(Scope Stack)的维护,使用Display树的内存引用检查等.实验结果表明该模型满足RTSJ内存管理实时性的要求.     

基于FPGA的Java处理器设计

针对Java技术在嵌入式领域的广泛应用,设计了一个适用于低端嵌入式设备的32位环境的Java处理器JPOR。该处理器由FPGA芯片实现,采用一种新的Java栈结构,指令系统简洁,可以直接执行Java字节码,能够对实时Java规范(RTSJ)提供有效支持。在Xilinx SPARTAN-3平台上通过了功能仿真,表明该Java处理器能够在低成本的FPGA芯片中实现。     

JVM指令系统特点和它对JAVA芯片设计的影响

分析了ＪＶＭ指令系统的三个特点：面向堆栈、面向对象，完全的虚拟性。在此基础上比较了ＪＶＭ指令系统。Ｒ４０００指令系统和ｉ４８６指令系统在指令格式和功能上的不同。接着，给出了一些关于ＪＶＭ指令频率的测试结果，最后，讨论了用硬件实现ＪＡＶＡ芯片的几个关键技术问题。     

Java卡的设计

本文讲述了Java卡的体系结构，并就Java卡的设计提出了一些切实可行的方案，其中包括虚拟机内存结构的设计、Native方法的实现、虚拟机执行指令的流程及Applet的管理，最后讲述了防火墙的设计。     

.NET中间语言

.NET CLR和Java VM都是堆栈式的虚拟机(Stack-Based VM),也就是说,它们的指令集(Instruction Set)都是采用堆栈运算的方式:执行时的数据(Data)都是先放在堆栈中,再进行操作。Java VM有约200个指令(Instruction),每个指令都是1 byte的opcode(操作码),后面接不等数目的参数;.NET CLR有超过220个指令,但是有些指令使用相同的opcode,所以opcode的数目比指令数略少。特别注意,NET大部分的opcode长度是1 byte,少部分是2 byte。     

嵌入式Java虚拟机的改进

本文研究了Java技术在嵌入式领域应用中所存在的系统占用资源较多和程序执行效率较低两个关键性难题。在研究国内外目前应用于嵌入式Java虚拟机中的各种性能优化技术和尚待解决的问题的基础上,尝试从对垃圾回收方式改进和虚拟机内部结构改造两方面对两个难题提出了解决的新方法。结合在垃圾回收和虚拟机内部结构方面的改进,本文搭建了一个新的改进型嵌入式Java虚拟机。     

一种嵌入式Java芯片内核—JC401

首先分析了目前Java的应用情况,指出嵌入式Java芯片具有很大的市场需求,然后结合嵌入式系统的特点简单分析了当前几种Java虚拟机实现技术的缺点,提出了在嵌入式Java芯片内核JC401中采用瘦型JIT的设计思想。通过对JIT的硬件支持和相关软件的配合,达到减少JIT运行时间和内存开销,获得高效的Java性能与较好的性能价格比的目标,然后具体介绍了JC401内核的总体结构与主要技术特点,进行了性能分析与评估,证明了设计思想的正确性,最后举例说明JC401具有很好的市场前景。     

WCET可预测的Java指令集硬件实现

为能以硬件方式直接执行CISC结构的Java字节码,设计并实现适用于32位嵌入式实时Java平台的JPOR-32指令集。分析Java虚拟机规范中各Java字节码的功能和实现原理,设定执行每条指令时信号和数据在Java处理器数据通路上的变化,采用微指令方式执行复杂指令,简单指令直接执行,从而使JPOR-32的指令集具有RISC特性。实验结果验证了指令集的正确性及其最坏情况执行时间(WCET)的可预测性。     

FLSP:一个高效的系统级垃圾收集算法

垃圾收集是Java操作系统的核心功能,它直接影响到整个系统效率。现代Java操作系统中使用的垃圾收集算法普遍还是沿用应用程序级的垃圾收集算法。应用程序级垃圾收集算法的优化主要面向于普通的Java虚拟机。而Ja-va操作系统与Java虚拟机相比有更高的操作权限和更灵活的资源管理策略,如何利用这些特点和权限来提高垃圾收集算法的效率是以前的垃圾收集算法所没有考虑的。本文分析了操作系统下内存管理和垃圾收集的特点,在JUnicorn操作系统上,利用操作系统平台提供的便利,设计并实现了一个高效的系统级垃圾收集算法FLSP。测试数据表明,在操作系统级别,这种垃圾收集算法能够提高13%的系统性能,并且使垃圾收集的停顿时间缩短50%。     

一种堆栈型Java处理器的流水线设计

针对目前嵌入式系统的特点，设计了一种四段流水线的堆栈型Java微处理器核。使用双口RAM作为Java栈，减小了存储资源的消耗。通过硬件在一个时钟周期内直接执行Java虚拟机(JVM)中大多数简单的算术／逻辑指令；通过微代码模拟在若干时钟周期内完成中等复杂指令处理；提供硬件陷阱机制，以支持JVM中非常复杂和面向对象指令的软件仿真。综合硬件资源和运行效率两方面的需求可灵活选择不同的指令实现方式，为Java处理器在FPGA中的移植实现提供方便。     

Java程序内存空间优化策略的研究

一、引言基于Java的应用程序在运行时由于受到语言本身的特点和虚拟机的限制,对于客户端硬件配置的要求相对于Vi-sual C~( )和Visual Basic语言编写的程序要高。虽然Java 2对于JDK虚拟机解释器进行了优化处理,但是仍然不能够完全令用户满意。因此,Java程序的开发人员在对程序代码进行优化时,很自然地将关注焦点放在提高运行性能上。然而,Ja-va程序还可以从另一方面得到优化,即对程序所占用内存空间进行优化。很多功能复杂的Java应用程序在运行时由于系统频繁针对内存进行存储交换操作,从而在很大程度上影响了软件运行的性能。程序中存在的内存漏洞造成了程序通过操作系统消耗内存,而没有及时进行对内存空间的复用和释放,这最终造成了程序消耗的内存空间逐渐加大。从软件工程的角度分析,对空间的优化处理主要以两种形式表现出来:降