一种基于ARM7的嵌入式Java虚拟机性能优化技术研究

分析了Java字节码的解释执行和基于解释执行的Direct Threaded Interpreter性能优化技术.以Direct Threaded Interpreter为基础,提出并实现了一种针对ARM7平台的嵌入式Java虚拟机解释器性能优化方案.对嵌入式Java虚拟机的参考实现、Direct Threaded Interpreter优化方案和新优化方案在ARM7平台上的性能比较表明,所提出的方案优

第２４卷第５期２００７年５月

计算机应用研究

ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒｓ

Ｖ０１．２４．Ｎｏ．５

Ｍａｖ２００７一种基于ＡＲＭ７的嵌入式

ＪａＶａ虚拟机性能优化技术研究

马嘉，周明天，陈虹

（电子科技大学计算机与工程学院，四川成都６１００５４）

摘要：分析了Ｊａｖａ字节码的解释执行和基于解释执行的ＤｉｒｅｃｔＴｈｒｅａｄｅｄＩｎｔｅｒｐｒｅｔｅｒ性能优化技术。以Ｄｉｒｅｃｔ，１１１ｒｅａｄｅｄＩｎｔｅｒｐｒｅｔｅｒ为基础，提出并实现了一种针对ＡＲＭ［７平台的嵌入式Ｊａｖａ虚拟机解释器性能优化方案。对嵌入式Ｊａｖａ虚拟机的参考实现、Ｄｉｒｅｃｔ眈ｒｅａｄｅｄＩｎｔｅｒｐｒｅｔｅｒ优化方案和新优化方案在ＡＲＭ７平台上的性能比较表明，所提出的方案优于前两者。

关键词：嵌入式Ｊａｖａ虚拟机；ＡＲＭ７；Ｊａｖａ字节码；直接线索化解释器

中图分类号：７ｒＰ３９１．９文献标志码：Ａ文章编号：１００１．３６９５（２００７）０５—００９７—０４

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Ｋｅｙ、ｖｏｒｄｓ：ＫＶＭ；ＡＲＭ７；Ｊａｖａｂ）ｒｔｅｃｏｄｅ；ｄｉｒｅｃｔｔｈｒｅａｄｅｄｉｎｔｅｒｐｒｅｔｅｒ

ｓｕｎ公司于２０００年公布的Ｊ２ＭＥ／ＭＩＤＰ参考实现，采用解释执行字节码的Ｊａｖａ虚拟机。与编译执行相比，解释执行的ＪＶＭ在移动通信设备上具有显著的优点：①虚拟机占用移动通信设备非易失性存储空间比较小；②虚拟机运行时占用ＲＡＭ空间比较小；③解释执行核心代码量小；④字节码占用ＲＡＭ空间比较小；⑤实现难度低、可移植性好。现有的具有Ｊ２ＭＥ／ＭＩＤＰ支持的移动通信设备大多是基于该参考实现。

目前针对Ｊａｖａ虚拟机有多种性能优化技术，如基于编译运行的优化技术、基于解释运行的优化技术以及一些针对内存管理与垃圾回收方面的改良算法等。而基于解释运行的优化技术在保持了解释型虚拟机结构简单、可移植性好的优点的同时，也有效地提高了解释型虚拟机的性能。

基于目前最常用的低功耗３２位处理器ＡＲＭ７及１６位总线结构的主流手机平台，本文提出并实现了一个基于解释执行的嵌入式Ｊａｖａ虚拟机性能优化方案。

１ＪａＶａ字节码的解释执行

Ｊａｖａ字节码（Ｂｙｔｅｃｏｄｅ）在文献［１］中也被称为Ｊａｖａ虚拟机指令集（ＪａｖａＶｉｒｔｕａｌＭａｃｈｉｎｅＩｎｓｔｒｕｃｔ咖ｓｅｔ）。与具体的ｃＰｕ指令集类似，Ｊａｖａ字节码就是运行于Ｊａｖａ虚拟机上的指令集。Ｊａｖａ源程序在被执行之前，要先被编译成Ｊａｖａ字节码，再运行于Ｊａｖａ虚拟机上。每条Ｊａｖａ字节码长度为一个字节（８ｂｉｔｓ），因此被称为字节码。字节码之后可能存在一个或多个字节的操作数。文献［２］详细定义了所有的标准Ｊａｖａ字节码。

在Ｊａｖａ虚拟机内部，采用了一个Ｉｎｔｅｒｐｒｅｔｅｒ来解释每个Ｂｙｏ自ｃｏｄｅ的意义。如图ｌ所示，Ｉｍｅｒｐｒｅｔｅｒ是个大循环，它一直不停地从Ｐｃ所指到的内存空间抓取Ｂｙｔｅｃｏｄｅ，翻译成各种不同作业平台上相对应的操作，并执行这些操作。

图１字节码与解释器

字节码的执行流程如下：①为程序计数器ｐｃ赋初值，进入解释循环。②Ｓｗｉｔｃｈ指令取出ｐｃ指向的字节码，将ｐｃ加１；根

收稿日期：２００５?１２—２５；修返日期：２００６一０５．１１

作者简介：马嘉（１９８１一），女，四Ｊ｜ｌ成都人，硕士研究生，主要研究方向为嵌入式系统及其应用（ｘｉｅｒｄｅ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ）；周明天（１９３９一），男，广西

人，教授，博导，主要研究方向为网络计算等；陈虹（１９７４．），女，四川宜宾人，讲师，主要研究方向为嵌入式Ｊａｖａ．

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