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实时嵌入式Java虚拟机中预先编译及执行系统的设计与实现
一、引言
嵌入式系统是许多智能设备、机器和仪表等应用设备中非常常见的一种形式。Java虚拟机则是一种特殊的软件平台，可以在各种不同的环境中执行Java语言编写的代码。在同一个平台上运行，Java代码可以跨越多种计算机架构之间进行移植和运行，由此实现了其最初设计的“一次编写，到处运行”的目的。本文将讨论嵌入式Java虚拟机中预先编译及执行系统的设计和实现。
二、嵌入式Java虚拟机的使用场景
行业中常用的嵌入式系统包括智能家居、工业控制与物联网等。与传统的电脑类系统相比较，这些系统具有以下特点：
1.CPU资源受限：嵌入式设备一般具有有限的处理能力，不能像PC主机或工作站那样拥有大量的内存和高速处理器；
2.易受网络攻击：由于其本身在网络中的位置，嵌入式网络设备往往成为网络攻击的主要目标;
3.特殊的环境限制：不同的嵌入式系统会遇到特殊的硬件和应用环境，例如低温、高压和高湿度等。
针对以上特点，嵌入式Java虚拟机由于其跨平台、可移植性强、数据和安全性高等特性而得到了广泛的应用。在嵌入式系统环境下使用Java虚拟机，可以减少设备的资源负担，提高系统的稳定性和安全性，加强机器智能化的支持。
三、实时嵌入式Java虚拟机中预先编译及执行系统的设计和实现
要将Java虚拟机嵌入到嵌入式系统中，需要以下几个步骤：
1.选择合适的Java虚拟机：因为Java虚拟机有很多，对于嵌入式系统特别是较小和低能耗的设备，需要选择体积小、内存占用少的Java虚拟机;
2.将Java虚拟机与嵌入式系统的底层集成：Java虚拟机需要与嵌入式系统底层进行集成，以使Java代码能够直接与操作系统协同工作；
3.开发适当的JavaAPI和驱动程序：在Java嵌入式环境中，Java代码使用API与外部设备进行通信。因此，在嵌入式系统中还需要设计和开发相应的API和驱动程序。
针对以上工作，在实时嵌入式Java虚拟机中预先编译及执行系统中，还需要考虑以下一些内容：
1.实现Java虚拟机的预先编译功能：预先编译Java代码可以大大缩短代码的执行时间和占用空间。而在嵌入式系统中，尤其是实时环境下，时间和内存资源都是宝贵且有限的,因此预先编译能够大幅提高程序的响应速度并节省硬件资源。
2.实时任务调度：在实时嵌入式Java虚拟机的环境下，各个代码模块往往需要根据实际需求预定或即时安排任务执行的优先级，最大化地利用处理器的时间片，而不干扰其他模块的执行。
3.硬件接口设计:这是实时嵌入式Java虚拟机中要考虑的另一个重要因素。硬件接口是各种传感器和执行器等设备连接到嵌入式系统的关键。为确保最快的响应时间，实时Java系统要求硬件驱动程序尽可能地有效地操作硬件，同时保持系统稳定性。
四、实时嵌入式Java虚拟机中的案例分析
其中一款实时嵌入式Java虚拟机就是IBM的WebSphereRealTimes服务。WebSphere实时服务利用了实时Java虚拟机（RIJ），该虚拟机具有实时性和降低内存，使机器智能化的运输应用程序更容易地开发。这种虚拟机支持可预测、可重复执行的应用程序，并且使用起来也非常简单。无论您是需要使用Java运输应用程序还是正在寻找使用嵌入式系统增强智能设备的解决方案，此实时嵌入式Java虚拟机都是一个值得考虑的选择。
五、结论
在设计和实现实时嵌入式Java虚拟机时，需要考虑诸多因素，例如选择适合嵌入式设备的Java虚拟机、与操作系统底层集成、硬件接口设计、以及实现Java虚拟机的编译和任务调度等。不过通过这些所有的努力，实时嵌入式Java系统具有快速响应时间、更高的可靠性、更高的安全性等优点，可以极大地扩展嵌入式系统的应用。