（计算机软件与理论专业论文）java+awt的分析与实现.pdf

西北工业大学硕士学位论文 摘要 摘要 本文以国家9 6 3 软件重大专题项目“ 面向d t v的嵌入式中间件研究”为背 景，主要针对其中的j a v a a wt部分做了深入的研究。文中首先简要介绍了j a v a a wt在数字电视中间件模型中的地位和作用， 其次，研究了j a v a 的体系结构， 重点分析了j a v a a w t 部分的实现机制， 并以 此为基础， 提出了 基于m i n i g u i 图 形库的k a ff e a wt 实现方案， 之后在嵌入式l i n u x 系统上给予了较为完整的实现。 论文详细的阐述了课题研究的全过程， 依次包括课题的提出、分析、设计、 编码、测试以及到最后的实现等。 其中主要的研究内 容及成果有: 1 .深入研究了j a v a 的体系结构， 重点分析了j a v a a p i 的组成结构以及j a v a 虚拟机的实现机制。这是本课题研究的基础内容。 2 .详细分析了j a v a g u i 程序设计中的重要部分a wt 。 分析了各构件的 具体功能以 及它们之间的层次结构关系， 重点论述了 在j d k和k a f f e 中 实现a wt时各自 所采用的方法，并指出了它们的优缺点。 3 .通过分析类比 并根据课题的实际需要， 选择了 开放源码的嵌入式j a v a 虚 拟机 k a ff e 作为课题的 研究平台， 并在对k a ff e 的体系结构及a wt 的实现方法进行分析的 基础上， 提出了 基于m i n i g u i 的k a f f e a wt 实现 方案。 在该方案中采用了类w i n 3 2的实现方式，既充分利用了底层图形 库中的资源，同时还可以提高效率。 4 .分析了k a ff e a wi 与底层图形库的接口关系以及m i n i g u i 所提供的模块 和接口， 并以 此为基础， 详细论述了在mi n i g u i 上实现k a ff e a wt的具 体过程，重点 研究了消息的处理方式。实验结果证明， 在采用该方法所 实现的系统上运行出来的图形效果良 好.基本上实现了所需功能。 关键词: 数字电视中间件;a w t ;本地方法接口:嵌入式j a v a 虚拟机:k a ff e 虚拟机:mi n i g u i 图形库 mas t e r of s c i e nc e t h e s i s . nwp uabs tract abs tract wi t h t h e b a c k g r o u n d o f t h e n a t i o n a l 8 6 3 h i g h t e c h p r o g r a m ( 8 6 3 p r o g r a m ) r e s e a r c h o n d t v - o r i e n t e d e m b e d d e d mi d d l e w a r e , t h i s p a p e r m a i n l y f o c u s e s o n t h e f u r t h e r r e s e a r c h o f j a v a a wt a m o n g t h e m . i n t h i s p a p e r , t h e p o s i t i o n a n d f u n c t i o n o f j a v a a wt i n t h e m o d e l o f t h e d t v m i d d l e w a r e h a s b e e n b r i e fl y i n t r o d u c e d . t h e s y s t e m s t r u c t u r e o f j a v a h a s a l s o b e e n s t u d i e d . o n t h e b a s i s o f a n a l y z i n g t h e i m p l e m e n t a t i o n m e c h a n i s m o f j a v a a wt e s p e c i a l l y , t h e p a p e r h a s p r e s e n t e d a s c h e m e p o r t i n g k a f f e a w t t o m i n i g u i g r a p h i c l i b r a r y a n d h a s o ff e r e d a c o m p l e t e i m p le m e n t a t i o n o n e m b e d d e d l i n u x p l a t f o r m . t h e p a p e r p r e s e n t s t h e c o m p l e t e p r o c e s s o f p r o j e c t r e s e a r c h i n c l u d in g p r o p o s i t i o n , a n a l y s i s , d e s i g n , c o d i n g , t e s t a n d i m p l e m e n t a t i o n , e t c . ma i n r e s e a r c h c o n t e n t s a n d a c h i e v e m e n t s a r e s p r e a d o u t a s f o l l o w s : 1 . t h e s y s t e m s t r u c t u r e o f j a v a h as b e e n g i v e n f u rt h e r r e s e a r c h . e s p e c i a ll y , t h e c o m p o s it i o n s t r u c t u r e o f j a v a a p i a n d i m p l e m e n t a t i o n m e c h a n i s m o f j a v a v m h a v e b e e n a n a l y z e d . t h e s e a r e b a s i c c o n t e n t o f t h e p r o j e c t . 2 . t h e p a p e r h a s d e t a i l e d l y a n a l y z e d t h e i m p o rt a n t p a rt i n t h e d e s i g n o f j a v a g u i p r o g r a m - a wt a n d t h e c o n c r e t e f u n c t i o n o f e v e r y c o m p o n e n t a s w e l l a s t h e r e l a t i o n o f h i e r a r c h i c a l s t r u c t u r e o f d i ff e r e n t c o m p o n e n t . a t t h e s a m e t i m e , e a c h m e t h o d a d o p t e d i m p l e m e n t i n g a wt i n j d k a n d i n k a ff e h a s b e e n e s p e c i a l l y d i s c u s s e d a n d t h e i r p l u s e s a n d m i n u s e s h a s b e e n p o i n t e d o u t . 3 . t h r o u g h a n a l y z i n g a n d a c c o r d i n g t o t h e n e e d s o f r e a l it y o f t h e p r o j e c t , e m b e d d e d j a v a v i rt u a l m a c h i n e -k a ff e , w h i c h i s o p e n s o u r c e , h a s b e e n c h o s e n a s r e s e a r c h p l a t f o r m o f t h e p r o j e c t . a s c h e m e , p o rt i n g t h e k a ff e a wt t o a n e m b e d d e d g r a p h i c l i b r a r y mi n i g u i , h a s b e e n p r o p o s e d o n t h e b a s i s o f a n a l y z i n g t h e s y s t e m s t r u c t u r e a n d i m p l e m e n t a t i o n m e t h o d o f k a ff e a wt . t h e i m p l e m e n t a t i o n w a y i n t h e s c h e m e h a s a n a n a l o g y t o w i n 3 2 , w h i c h h a s a lr e a d y f u l l y u t il i z e d r e s o u r c e s i n t h e g r a p h i c l i b r a r y o f l o w - l e v e l a n d c a n a l s o e n h a n c e e f f i c i e n c y . 4 . t h e p a p e r h as a n a l y z e d t h e i n t e r r e l a t i o n b e t w e e n k a ff e a w t a n d l o w - l e v e l g r a p h i c l i b r a ry as w e l l a s t h e m o d u l e a n d i n t e r f a c e o ff e r e d b y min i g u l . o n t h e b a s i s o f w h i c h , t h e c o n c r e t e p r o c e s s o f p o rt i n g k a ff e a wt t o mi n i g u i h as b e e n d i s s e rt a t e d i n d e t a i l . t h e im p l e m e n t a t i o n m o d e o f m e s s a g e s h a s b e e n d i s c u s s e d p r i n c i p a l l y . t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s p r o v e t h a t t h e r e s u l t o f g r a p h i c s n e c e s s 盯y r u n n i n g i s g o o d o n t h e n e w s y s t e m a d o p t i n g t h e s c h e m e . t h e f u n c t i o n s h a v e b e e n i m p l e m e n t e d b a s i c a l l y . k e y w o r d s : d t v mi d d l e w a r e ; a wt ; j n i ; e m b e d d e d j v m; k a ff e ; mi n i g u i 西北工业人学硕士学位论文 第一章 绪论 第一章绪论 1 . 1 研究背景 伴随着二十一世纪的曙光， 人类迎来了一个充满希望的新时代。而作为二十 世纪人类社会最伟大的发明之一， 计算机也迈入了其另一个充满机遇的阶段 后p c时代.不知不觉中，形式多样化的数字化产品己经开始继p c机之后成为 信息处理的一大主要工具， 并且正在逐步形成一个充满商机的巨大产业。 数字化 家庭的概念也随着这一潮流而到来， 最先进入我们视野的是目 前极具市场前景的 数字电视 ( d t v ) o 面对这样的科技产业潮流，我国政府正在积极的进行数字电视的研究及推 广， 它被视为国民经济新的 增长点。 作为国 家高科技先导研究项目 的“ 8 6 3 计划” 特别为数字电视研究立项， 希望通过对数字电视系统的研究， 总结经验， 开发核 心技术，为国家制定数字电视方面的标准和进行数字电视技术推广打下基础。 数字电 视系统包括两方面关键技术: 一是电 视节目 制作和传送的 数字化， 二 是用户接收端的数字化。 后者作为用户端， 也被称作数字电视。 数字电 视由硬件 和软件两部分组成。 软件系统主要包括底层软件、 中间件以及运行于中间件之上 的应用软件。 其中， 数字电视中间件是将应用程序与操作系统平台、 具体的硬件 细节隔离开来的软件环境， 允许应用的设计、 运行不用考虑底层软硬件体系结构， 它以 应用程序接口a p i ( a p p l i c a t i o n p r o g r a m i n t e r f a c e ) 的形式存在， 整个a p i 集合 被存储在数字电视的fl a s h 中。 数字电 视中间 件这一概念包含两个层次的含义: 基础实体是中间件;同时， 它又具有实时嵌入式特性。 中间 件是一种独立的系统软件或服务程序， 分布式应 用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源， 它位于操作系统之上， 管理计 算资源和网络通讯，支持了不同的数字电视平台在统一的数字广播框架中的应 用，使得广播服务提供商可以向使用数字电 视平台的用户提供统一的 广播服务。 实时 性是系统能 够在限 定的响 应时间内 提供所需 水平服务的 属性， 一 般的 嵌入式 系统都具有对实时性的要求。 在工商业高度发达的当代社会中， 任何一种工业产品的实现都需要遵循一定 的行业标准， 数字电视中间件也不例外。目 前， 数字电视中间件技术尚无一个全 球统一的 标准， 主流的 标准有: 欧 洲的d v b - m h p ( m u l t im e d i a h o m e p l a t f o r m ) . 西北工业人学硕士学位论文 第一章 绪论 第一章绪论 1 . 1 研究背景 伴随着二十一世纪的曙光， 人类迎来了一个充满希望的新时代。而作为二十 世纪人类社会最伟大的发明之一， 计算机也迈入了其另一个充满机遇的阶段 后p c时代.不知不觉中，形式多样化的数字化产品己经开始继p c机之后成为 信息处理的一大主要工具， 并且正在逐步形成一个充满商机的巨大产业。 数字化 家庭的概念也随着这一潮流而到来， 最先进入我们视野的是目 前极具市场前景的 数字电视 ( d t v ) o 面对这样的科技产业潮流，我国政府正在积极的进行数字电视的研究及推 广， 它被视为国民经济新的 增长点。 作为国 家高科技先导研究项目 的“ 8 6 3 计划” 特别为数字电视研究立项， 希望通过对数字电视系统的研究， 总结经验， 开发核 心技术，为国家制定数字电视方面的标准和进行数字电视技术推广打下基础。 数字电 视系统包括两方面关键技术: 一是电 视节目 制作和传送的 数字化， 二 是用户接收端的数字化。 后者作为用户端， 也被称作数字电视。 数字电 视由硬件 和软件两部分组成。 软件系统主要包括底层软件、 中间件以及运行于中间件之上 的应用软件。 其中， 数字电视中间件是将应用程序与操作系统平台、 具体的硬件 细节隔离开来的软件环境， 允许应用的设计、 运行不用考虑底层软硬件体系结构， 它以 应用程序接口a p i ( a p p l i c a t i o n p r o g r a m i n t e r f a c e ) 的形式存在， 整个a p i 集合 被存储在数字电视的fl a s h 中。 数字电 视中间 件这一概念包含两个层次的含义: 基础实体是中间件;同时， 它又具有实时嵌入式特性。 中间 件是一种独立的系统软件或服务程序， 分布式应 用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源， 它位于操作系统之上， 管理计 算资源和网络通讯，支持了不同的数字电视平台在统一的数字广播框架中的应 用，使得广播服务提供商可以向使用数字电 视平台的用户提供统一的 广播服务。 实时 性是系统能 够在限 定的响 应时间内 提供所需 水平服务的 属性， 一 般的 嵌入式 系统都具有对实时性的要求。 在工商业高度发达的当代社会中， 任何一种工业产品的实现都需要遵循一定 的行业标准， 数字电视中间件也不例外。目 前， 数字电视中间件技术尚无一个全 球统一的 标准， 主流的 标准有: 欧 洲的d v b - m h p ( m u l t im e d i a h o m e p l a t f o r m ) . 西北工业大学硕士学位论文 第幸 绪论 美国 的o c a p ( o p e n c a b le a p p l i c a t io n p la t f o r m ) 标准 和日 本的a r i b ( a s s o c i a ti o n o f r a d i o i n d u s t r i e s a n d b u s i n e s s e s ) 标准。 其中可得到 广泛 应用的 是d v b 组织提出 的基干j a v a 虚拟机的d v b - mh p中间件标准。 我国政府己经将数字电视产业作为国民 经济下一个主要增长点 国家数字电 视标准即 将出台， 并以 欧洲 m h p 标准为 参考制定， 其中 包括了 对于客户端各部分 结构和接口的规范。图1 - i 清楚的描述了m h p 标准下中间件的体系结构。 数字电视中间件 瓜卜本 地 的 或 诫的 6 r ! 11 , ,口 i irltll if a p is+ 口 应 用 管 理 器 1口 门卜 n i l a p t, r * w = . (m )1 f a p is 数亨, 1 t 视硬件平台以及+ r f 1 系统、驱功程序若 图1 - 1 m h p 标准中间 件体系结构 以m h p 标准规范为 基础， 在教研室 所承担的国家9 6 3 课题“ 面向d t v的 嵌入式中间件研究” 背景下， 我们设计出了一个数字电 视中间件软件环境， 其主 要包含了一个j a v a 虚拟机、 应用管理器、 基础a p i s 、 应用支持a p i s 以及面向 数 字电 视的本地应用， 如图1 - 2 所示。 数字电视中间件 、11、1碑 木地的或下载的应用 v 匣 用 支 拜a p i s 幽 卜口 应用管理器 口 卜州巨 m a p is ( n il 19 )a喇卜 a ci a p i, (j. v m ) . 图1 - 2数宇电 视中间件层次结构关系 从图1 - 2 可以 看出， 本地的或是下载的应用通过j a v a 虚拟机解释， 并在数字 西北工业大学硕士学位论文 第一章 绪论 电视系统中执行。 其中，当本地应用需要呈现图形， 如电子节目表单或是图文信 息等时， 由 应用程序调用j a v a a w t ( a p p l i c a t i o n w i n d o w t o o lk i t ) 图形机制绘制。 j a v a a wt在逻辑上进行绘图， 实际它调用基础a p i s 中的图形库， 将图形绘制到 显示设备中， 从而完成图形从逻辑绘制到实际物理绘制的过程。 在适当的地方采 用j a v a a wt 编写一些用户界面， 可以使得用户和数字电 视系统更好地进行交互， 从而可以让数字电视得到更好的普及。 1 . 2 国内外的研究现状 由于j a v a a wt是j a v a 平台中 一个重要的组成部分，因此，当 要讨论j a v a a w t的发展现状时， 必须针对具体的j a v a 平台 进行具体的分析。 在现如今流行 的j a v a 技术中，尤其以s u n 公司的j a v a 2 技术最为突出。在该技术的实现中， a wt的主要作用是给用户提供基本的界面构件，例如按钮、列表、菜单、文本 域等。此外， a wt还提供事件处理结构、支持剪贴板、数据传输和图像操作。 随着2 d a p i 的出现， a w t 还包括提供高级字体操作、 打印、 地理数据获取和输 入方法等功能的软件包。 a w t的 初始版本是 基于在 简单用户界面中 开发小a p p l e t 程序而设计的， 与 之相比，当前的a wt 做了很大的改进， 它提供事件模型重新设计、剪贴板和数 据传输支持以 及打印和无鼠 标操作等功能。从而与p a r c p l a c e 的v i s u a l w o r k 或 b o r l a n d 公司 的o b j e c t w in d o w s l ib r a ry ( o w l ) 等 企 业级 用户 界 面具 有更多 的 可比 j性。 随 着a p p l e t 程序 和图 形 应 用接口 的 发 展， a w t 提 供了 一 系列的 通 用 类， 这 些 通 用 类在引 用时 不 需 要 考 虑 特定的 窗口 平台， 对 等实 体 ( p e e r ) 就属 于 这 种a w t 类集。 对等实体是一种本地图 形用户接口 ( g u i . g r a p h i c s u s e r i n t e r f a c e ) 构件， 由 a w t 类管理。 a wt 构件中， 包含有对其对等实体的大量操作。 例如， 如果你使 用a wt 创建一个m e n u 类的实例， 那么当j a v a 运行时系统将创建一个菜单对等 实 体的 实 例， 而由 创 建的 对 等实 体实 际 执 行菜 单的 显 示和 管理 图1 - 3 说明 了 对 等实体配 合本地窗口 系统显示构件的 过程l 。 本地窗口 系统 对等实体 一 -卜 j a v a a wt 卜 j a v a 程序 熨 黔 薰 纂 ， c渔 摇聪哟终队杭 t 髓 歌驻 丝 墓 那牛 吹 叭色 湘创 六 瑞 j 二 呵 汽 图t - 3 工作中的对等实体 西北工业大学硕士学位论文 第一章 绪论 电视系统中执行。 其中，当本地应用需要呈现图形， 如电子节目表单或是图文信 息等时， 由 应用程序调用j a v a a w t ( a p p l i c a t i o n w i n d o w t o o lk i t ) 图形机制绘制。 j a v a a wt在逻辑上进行绘图， 实际它调用基础a p i s 中的图形库， 将图形绘制到 显示设备中， 从而完成图形从逻辑绘制到实际物理绘制的过程。 在适当的地方采 用j a v a a wt 编写一些用户界面， 可以使得用户和数字电 视系统更好地进行交互， 从而可以让数字电视得到更好的普及。 1 . 2 国内外的研究现状 由于j a v a a wt是j a v a 平台中 一个重要的组成部分，因此，当 要讨论j a v a a w t的发展现状时， 必须针对具体的j a v a 平台 进行具体的分析。 在现如今流行 的j a v a 技术中，尤其以s u n 公司的j a v a 2 技术最为突出。在该技术的实现中， a wt的主要作用是给用户提供基本的界面构件，例如按钮、列表、菜单、文本 域等。此外， a wt还提供事件处理结构、支持剪贴板、数据传输和图像操作。 随着2 d a p i 的出现， a w t 还包括提供高级字体操作、 打印、 地理数据获取和输 入方法等功能的软件包。 a w t的 初始版本是 基于在 简单用户界面中 开发小a p p l e t 程序而设计的， 与 之相比，当前的a wt 做了很大的改进， 它提供事件模型重新设计、剪贴板和数 据传输支持以 及打印和无鼠 标操作等功能。从而与p a r c p l a c e 的v i s u a l w o r k 或 b o r l a n d 公司 的o b j e c t w in d o w s l ib r a ry ( o w l ) 等 企 业级 用户 界 面具 有更多 的 可比 j性。 随 着a p p l e t 程序 和图 形 应 用接口 的 发 展， a w t 提 供了 一 系列的 通 用 类， 这 些 通 用 类在引 用时 不 需 要 考 虑 特定的 窗口 平台， 对 等实 体 ( p e e r ) 就属 于 这 种a w t 类集。 对等实体是一种本地图 形用户接口 ( g u i . g r a p h i c s u s e r i n t e r f a c e ) 构件， 由 a w t 类管理。 a wt 构件中， 包含有对其对等实体的大量操作。 例如， 如果你使 用a wt 创建一个m e n u 类的实例， 那么当j a v a 运行时系统将创建一个菜单对等 实 体的 实 例， 而由 创 建的 对 等实 体实 际 执 行菜 单的 显 示和 管理 图1 - 3 说明 了 对 等实体配 合本地窗口 系统显示构件的 过程l 。 本地窗口 系统 对等实体 一 -卜 j a v a a wt 卜 j a v a 程序 熨 黔 薰 纂 ， c渔 摇聪哟终队杭 t 髓 歌驻 丝 墓 那牛 吹 叭色 湘创 六 瑞 j 二 呵 汽 图t - 3 工作中的对等实体 西北工业大学硕七学位论文第一章 绪论 除了s u n 公司的j a v a 2 技术外，另一个在目 前来说较为流行的j a v a 平台 是 t r a n s v i r t u a l 公司提供的k a f f e a k a f f e 是一个完全符合j a v a 规范的 但又与s u n 公 司的j a v a 技术有所区别的开放源码的j a v a 平台实现， 适用于嵌入式系统。 k a f f e 中的a wt和j a v a 2 技术中的a wt在功能上类似，但在实现方法上有所区别。 在实现a wt时，k a f f e 放弃了对等实体的概念， 提出了新的思路数据指针 ( n a t i v e d a t a p t r ) 。 这一实 现的 要点 是， 每 个必 须同 具 体的 窗口 系 统 进 行通 信的 部 件内 有一个指针( p t r ) 对象 n a t i v e d a t a 。对 a w t构件进行操作时， 构件将调用 t o o l k i t 中的 相 应方法， 而n a t i v e d a t a 则作为方法调用的 参数z 通常而言，a wt和j v m都同属于j a v a 平台中的一部分。s u n 公司的j a v a 2 技术中 有 三 个标 准 类型: 企 业 版j 2 e e ( j a v a 2 p l a t f o r m , e n t e r p r i s e e d it io n ) ; 标准 版 j 2 s e ( j a v a 2 p l a t f o r m , s t a n d a r d e d i t i o n ) ; 微型版 j 2 m e ( j a v a 2 p l a t f o r m , m i c r o e d i t i o n ) 。 其中 的j 2 m e 是 适用于 嵌入式系 统的， 从j a v a 技术上来说也比 较成熟， 而且和上层的j a v a其他技术有很好的兼容性，但在针对具体硬件环境进行移植 时会比 较麻烦一些7 。 而k a f f e 也支持多 种嵌入式系统的应用， 并且由于它是开 放源码的， 所以在对其进行研究和移植时， 会较容易一些， 同时还可以节省开支。 1 . 3 论文的研究内容 本文是以国家8 6 3 专题项目“ 面向d t v的嵌入式中间件研究”为背景，在 我们所设计的数字电视中间件软件环境 ( 见图1 - 2 ) 基础上，重点针对其中的基 础a p i ， 层的重要组成部分一 一j a v a a wt 做了 深入的 研究， 并给出了 具体的实 现 方式。 文中首先对j a v a 的整个体系结构进行了 研究，并针对其中的几个主要部分， 如j a v a 虚拟机、j a v a a p i 、以及j a v a c l a s s 文件的重要作用进行了探讨。其次， 分析了j a v a a wt的 层次结构以 及各构件的用途， 并且重点就j d k以 及k a ff e 中 各自 针对a w t 所采用的实 现方式给予了 详细的分析。 第三， 根据我们所设计的 数字电 视系统的需求， 提出了 基于m i n i g u i 的k a ff e a w t实 现方案。 最后， 详 细论述了 在m i n i g u i 上实现k a ff e a wt 的具体过程，并在嵌入式l i n u x 系统上 给予了较为完整的实现。 1 . 4 论文的组织结构 本文共包含五章内 容， 依次阐述了作者对所做课题的认识， 整个课题从分析、 研究、 设计、 编码、 测试直到实现的全过程。 次为: 详细讲述了对于 各章节的内容依 西北工业大学硕七学位论文第一章 绪论 除了s u n 公司的j a v a 2 技术外，另一个在目 前来说较为流行的j a v a 平台 是 t r a n s v i r t u a l 公司提供的k a f f e a k a f f e 是一个完全符合j a v a 规范的 但又与s u n 公 司的j a v a 技术有所区别的开放源码的j a v a 平台实现， 适用于嵌入式系统。 k a f f e 中的a wt和j a v a 2 技术中的a wt在功能上类似，但在实现方法上有所区别。 在实现a wt时，k a f f e 放弃了对等实体的概念， 提出了新的思路数据指针 ( n a t i v e d a t a p t r ) 。 这一实 现的 要点 是， 每 个必 须同 具 体的 窗口 系 统 进 行通 信的 部 件内 有一个指针( p t r ) 对象 n a t i v e d a t a 。对 a w t构件进行操作时， 构件将调用 t o o l k i t 中的 相 应方法， 而n a t i v e d a t a 则作为方法调用的 参数z 通常而言，a wt和j v m都同属于j a v a 平台中的一部分。s u n 公司的j a v a 2 技术中 有 三 个标 准 类型: 企 业 版j 2 e e ( j a v a 2 p l a t f o r m , e n t e r p r i s e e d it io n ) ; 标准 版 j 2 s e ( j a v a 2 p l a t f o r m , s t a n d a r d e d i t i o n ) ; 微型版 j 2 m e ( j a v a 2 p l a t f o r m , m i c r o e d i t i o n ) 。 其中 的j 2 m e 是 适用于 嵌入式系 统的， 从j a v a 技术上来说也比 较成熟， 而且和上层的j a v a其他技术有很好的兼容性，但在针对具体硬件环境进行移植 时会比 较麻烦一些7 。 而k a f f e 也支持多 种嵌入式系统的应用， 并且由于它是开 放源码的， 所以在对其进行研究和移植时， 会较容易一些， 同时还可以节省开支。 1 . 3 论文的研究内容 本文是以国家8 6 3 专题项目“ 面向d t v的嵌入式中间件研究”为背景，在 我们所设计的数字电视中间件软件环境 ( 见图1 - 2 ) 基础上，重点针对其中的基 础a p i ， 层的重要组成部分一 一j a v a a wt 做了 深入的 研究， 并给出了 具体的实 现 方式。 文中首先对j a v a 的整个体系结构进行了 研究，并针对其中的几个主要部分， 如j a v a 虚拟机、j a v a a p i 、以及j a v a c l a s s 文件的重要作用进行了探讨。其次， 分析了j a v a a wt的 层次结构以 及各构件的用途， 并且重点就j d k以 及k a ff e 中 各自 针对a w t 所采用的实 现方式给予了 详细的分析。 第三， 根据我们所设计的 数字电 视系统的需求， 提出了 基于m i n i g u i 的k a ff e a w t实 现方案。 最后， 详 细论述了 在m i n i g u i 上实现k a ff e a wt 的具体过程，并在嵌入式l i n u x 系统上 给予了较为完整的实现。 1 . 4 论文的组织结构 本文共包含五章内 容， 依次阐述了作者对所做课题的认识， 整个课题从分析、 研究、 设计、 编码、 测试直到实现的全过程。 次为: 详细讲述了对于 各章节的内容依 西北工业大学硕七学位论文第一章 绪论 除了s u n 公司的j a v a 2 技术外，另一个在目 前来说较为流行的j a v a 平台 是 t r a n s v i r t u a l 公司提供的k a f f e a k a f f e 是一个完全符合j a v a 规范的 但又与s u n 公 司的j a v a 技术有所区别的开放源码的j a v a 平台实现， 适用于嵌入式系统。 k a f f e 中的a wt和j a v a 2 技术中的a wt在功能上类似，但在实现方法上有所区别。 在实现a wt时，k a f f e 放弃了对等实体的概念， 提出了新的思路数据指针 ( n a t i v e d a t a p t r ) 。 这一实 现的 要点 是， 每 个必 须同 具 体的 窗口 系 统 进 行通 信的 部 件内 有一个指针( p t r ) 对象 n a t i v e d a t a 。对 a w t构件进行操作时， 构件将调用 t o o l k i t 中的 相 应方法， 而n a t i v e d a t a 则作为方法调用的 参数z 通常而言，a wt和j v m都同属于j a v a 平台中的一部分。s u n 公司的j a v a 2 技术中 有 三 个标 准 类型: 企 业 版j 2 e e ( j a v a 2 p l a t f o r m , e n t e r p r i s e e d it io n ) ; 标准 版 j 2 s e ( j a v a 2 p l a t f o r m , s t a n d a r d e d i t i o n ) ; 微型版 j 2 m e ( j a v a 2 p l a t f o r m , m i c r o e d i t i o n ) 。 其中 的j 2 m e 是 适用于 嵌入式系 统的， 从j a v a 技术上来说也比 较成熟， 而且和上层的j a v a其他技术有很好的兼容性，但在针对具体硬件环境进行移植 时会比 较麻烦一些7 。 而k a f f e 也支持多 种嵌入式系统的应用， 并且由于它是开 放源码的， 所以在对其进行研究和移植时， 会较容易一些， 同时还可以节省开支。 1 . 3 论文的研究内容 本文是以国家8 6 3 专题项目“ 面向d t v的嵌入式中间件研究”为背景，在 我们所设计的数字电视中间件软件环境 ( 见图1 - 2 ) 基础上，重点针对其中的基 础a p i ， 层的重要组成部分一 一j a v a a wt 做了 深入的 研究， 并给出了 具体的实 现 方式。 文中首先对j a v a 的整个体系结构进行了 研究，并针对其中的几个主要部分， 如j a v a 虚拟机、j a v a a p i 、以及j a v a c l a s s 文件的重要作用进行了探讨。其次， 分析了j a v a a wt的 层次结构以 及各构件的用途， 并且重点就j d k以 及k a ff e 中 各自 针对a w t 所采用的实 现方式给予了 详细的分析。 第三， 根据我们所设计的 数字电 视系统的需求， 提出了 基于m i n i g u i 的k a ff e a w t实 现方案。 最后， 详 细论述了 在m i n i g u i 上实现k a ff e a wt 的具体过程，并在嵌入式l i n u x 系统上 给予了较为完整的实现。 1 . 4 论文的组织结构 本文共包含五章内 容， 依次阐述了作者对所做课题的认识， 整个课题从分析、 研究、 设计、 编码、 测试直到实现的全过程。 次为: 详细讲述了对于 各章节的内容依 西北工业大学硕士学位论文第一章 绪论 第一章绪论，综述性介绍了论文的研究背景，研究现状，以及主要的研究内 容。 第二章论述了该课题的基础内容j a v a 平台的体系结构，并重点研究分析 了j a v a 平台的核心j a v a 虚拟机的结构和原理，同时讨论了j a v a a p i 的组成结 构以及重要用途。 第三章主要研究了j a v a a wt 的层次结构以及各构件的功能， 并重点分析了针 对现在的两大主流的j a v a 平台j d k 和k a ff e ，其a wt 部分各是采用何种方式 来实现的。 第四章详细论述了 嵌入式j a v a 虚拟机k a ff e 的原理， 重点分析了 a w t 部分的实 现方法，提出了 如何在m i n i g u i 图形库上实现k a ff e a wt 的方案。在对m i n i g u i 的特性和k a f f e a wt 的 特点做了比 较的基础上， 详细的论述了 在min i g u i 上实现 k a f f e a w t 的具体操作过程， 深入分析了消息处理的实现方式， 并在嵌入式l i n u x 上进行了较为完整的实现。 第五章简要论述了 在实现了 本地接口 函数后， 如何编写m a k e f i l e 文件以 及如 何安装系统，并对系统进行了 测试。 最后， 对目前工作进行总结， 提出了 下一步的研究方向和关键问题。 西北t 业大学硕士学位论文第二章j a v a 体系结构研究 第二章j a v a a v a 体系结构研究 弟一早 1 伞系绡倒饼九 从图2 1 中我们可以看出，j a v a 的整体框架主要由两个部分组成，即虚拟机 f v i r t u a lm a c h i n e ) 和应用程序接口( a p i ) 。我们可以把虚拟机看成是一套虚拟的计 算机，有一个标准的规格可以用软件或硬件束实现。而位于j a v a 虚拟机下层的移 植接口层和a d a p t c r 贝0 是为了使j a v a 虚拟机能够方便的移植到不同的操作系统之 上而开发出来的。另外，位于j a v a 虚拟机之上的j a v aa p i 部分则包含了基本型的 a p i 类与标准延伸的a p i 类，前者如标准的i o ，网络功能，g u i 等，后者则是除 了前者之外，另外再加上去的应用类”1 。 图2 - 1j a v a 系统结构图 图2 - 2 在j a v a 平台上运行的j a v a 程序 j a v a 虚拟机和j a v aa p i 一起组成了一个“平台”，所确c j a v a 程序都在这上面 西北工业大学硕士学位论文 第二章j a v a 体系结构研究 编译执行。j a v a 虚拟机和j “aa p i 的组合除了被称为j a v a 运行时系统之外，还被 称为j a v a 平台。j a v a 程序可以在不同的计算机上运行，这是因为j a v a 平台自己可 以用软件实现。从图2 2 可以看出，j a v a 程序可以在有j a v a 平台的任何地方运行。 2 1j a v a 虚拟机 目前，j a v a 在嵌入式领域已经开始崭露头角，而且采用的技术也在逐步的更 新，其中j a v a 虚拟机对j a v a 在嵌入式领域的应用深度和广度起到决定性作用。 可以说，没有嵌入式j a v a 虚拟机，就没有j a v a 的嵌入式应用，因为有了嵌入式 j a v a 虚拟机，才使得j a v a 嵌入式应用程序能够跨平台的执行。并且，要将j a v a 成功地移植到嵌入式系统的关键是也虚拟机技术。 j a v a 虚拟机是一个j a v a 程序运行的平台，也就是说任何计算机系统上可支持 j v m 的环境，便可以运行j a v a 程序。例如在w i n d o w s 、m o c o s 及各种版本的 u n i x l i n u x 或其他操作平台上装有j v m ，便能接受经过编译的j a v a 字节码程序 运行。另外除了j a v a 编译器可以产生字节码外，理论上，扩展到任何编程语言 的编译器可以产生与j a v a 耜同的字节码便可以在j v m 上运行。 j a v a 虚拟机之所以被称之为是“虚拟”的，就是因为它仅仅是由个规范来 定义的抽象计算机。因此，要运行某个j a v a 程序，首先需要一个符合该规范的 具体实现。 j a v a 虚拟机在j a v a 运行环境中扮演重要的角色，也是j a v a 面向网络的核心， 它支持j a v a 面向网络体系结构三大支柱的所有方面：平台无关性、安全性和网 络移动性。 2 1 1j a v a 虚拟机是什么 当我们通常说“j a v a 虚拟机”时，有可能指如下三种不同的东西 抽象规范。 一个具体的实现。 一个运行中的虚拟机实例。 j