物聯(lián)網(wǎng)、UI/UX 和 AI 等嵌入式系統(tǒng)每天都變得越來越復(fù)雜。過去只有一個(gè)或兩個(gè)功能的產(chǎn)品現(xiàn)在為用戶提供了更多的實(shí)用程序，需要反映用戶界面提供的體驗(yàn)。物聯(lián)網(wǎng)正在改變我們處理硬件的方式，保證了互聯(lián)、自動化甚至更智能的日常生活。Java是最常用的編程語言之一，特別是因?yàn)樗子陂_發(fā)和跨平臺使用。但是，Java尚未在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)中被廣泛采用。事實(shí)上，C/C++仍然是嵌入式系統(tǒng)中最流行的編程語言。大約80%的嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目是用C/C++編寫的，但將來不會這樣?？赡軙捎眯碌恼Z言來滿足市場增長。使用 C/C++ 構(gòu)建項(xiàng)目非常耗時(shí)，并且很難找到或培訓(xùn)新的 C/C++ 專業(yè)人員。本文的目的是展示使用Java進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的主要優(yōu)點(diǎn)，以及這種語言的缺點(diǎn)（以及建議處理和解決這些缺點(diǎn)的方法）。

物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式系統(tǒng)與Java的比較

多年來，參與嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的專業(yè)人員數(shù)量大幅增長。當(dāng)然，這種專業(yè)人員與從事臺式機(jī)和移動設(shè)備應(yīng)用程序開發(fā)的人數(shù)之間存在巨大差異。但是，根據(jù)IC Insights的數(shù)據(jù)，嵌入式設(shè)備MPU的銷量將在三年內(nèi)與智能手機(jī)處于同一水平。

一般來說，機(jī)器已經(jīng)配備了真正的技術(shù)武器庫。我們周圍的產(chǎn)品，如汽車和家用電器，已經(jīng)創(chuàng)造出能夠響應(yīng)人類需求的不同事件和要求的能力。在這種情況下，物聯(lián)網(wǎng)代表的不是未來的趨勢，而是現(xiàn)在正在發(fā)生的事情。這也可以在工業(yè)環(huán)境中看到。工業(yè)自動化需要更多的連接性、數(shù)據(jù)分析，當(dāng)然還有新的儀表板。

考慮到所有這些，有必要關(guān)注未來的預(yù)期。盡管 C 和 C++ 需要更少的內(nèi)存和 CPU 周期，但 Java 應(yīng)該被視為嵌入式系統(tǒng)的更好選擇，因?yàn)樗亲钣薪M織的編程語言之一，非常適合大型項(xiàng)目。Java 具有嵌入式系統(tǒng)環(huán)境的理想特征，包括可移植性、代碼重用、可靠性、安全性、WEB 以及與其他嵌入式系統(tǒng)的連接。為了提供嵌入式世界需要（并且已經(jīng)要求）的東西，使用像Java這樣的高級語言是很重要的。此外，世界上有很多Java開發(fā)人員，遷移到嵌入式系統(tǒng)對他們來說應(yīng)該不是問題。

在嵌入式系統(tǒng)上使用 Java 的優(yōu)勢

使用Java為嵌入式設(shè)備開發(fā)應(yīng)用程序，除了最佳的語言質(zhì)量外，由于各種用途和現(xiàn)有支持，還可以減少應(yīng)用于項(xiàng)目創(chuàng)建的時(shí)間和成本。那么，讓我們看看為什么你應(yīng)該將Java用于嵌入式系統(tǒng)的其他一些原因：

上市時(shí)間很重要，提供更少的開發(fā)時(shí)間：Java具有理想的內(nèi)存管理，并且更容易檢測錯(cuò)誤（并修復(fù)它們）;

建議用于超過 5 個(gè)屏幕的 GUI 項(xiàng)目;

從第一個(gè)版本開始就堅(jiān)固耐用（得益于封裝概念、設(shè)計(jì)模式和 SOLID 原則）;

單純;

可移植到不同的CPU或操作系統(tǒng)（無需重寫代碼）;

安全性，支持加密敏感數(shù)據(jù);

大量獨(dú)立于操作系統(tǒng)的庫;

可在桌面和遠(yuǎn)程調(diào)試;

在高級語言和高性能方面的最佳折衷方案（取決于所使用的虛擬機(jī)）;

看起來很完美！但是（就像世界上的一切一樣）也有一些缺點(diǎn)。讓我們看看Java在嵌入式系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)。

將 Java 用于嵌入式系統(tǒng)的缺點(diǎn)

選擇Java有很多很好的理由。但是，在嵌入式系統(tǒng)上使用 Java 有三個(gè)主要缺點(diǎn)：

Java非常冗長;

它復(fù)雜而龐大（217 個(gè)包，4240 個(gè)類）;

性能低。

甚至甲骨文自己也創(chuàng)建了Java SE Embedded來解決這類問題，并針對嵌入式設(shè)備優(yōu)化了虛擬機(jī)。但是，對于大量針對低端設(shè)備的項(xiàng)目來說，這還不夠。

這種擔(dān)憂一直是Java進(jìn)入嵌入式系統(tǒng)的主要障礙。但好消息是，有一些新技術(shù)旨在解決所有這些問題。

嵌入式系統(tǒng)占用空間小，性能高

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，有必要找到完整Java和Java虛擬機(jī)的替代方案。在這種情況下，TotalCross是一個(gè)有趣的框架。

TotalCross是嵌入式系統(tǒng)的SDK，使用自己的虛擬機(jī)，稱為TotalCross虛擬機(jī)（TCVM）。TCVM 不是基于堆棧的 JVM，而是基于寄存器的虛擬機(jī)。這在運(yùn)行時(shí)間上產(chǎn)生了巨大的差異，因?yàn)樗鼫p少了加載的指令數(shù)量。正如您在以下示例中看到的，一個(gè)簡單的操作在 JVM 上加載四條指令，而在 TCVM 上運(yùn)行時(shí)只加載一條指令。

除了TCVM之外，還基于統(tǒng)計(jì)研究創(chuàng)建了一個(gè)稱為TotalCross字節(jié)碼的優(yōu)化字節(jié)碼，以確定對性能影響最大的最常用的函數(shù)。除了這些函數(shù)減少指令數(shù)量的壓力外，這種優(yōu)化的字節(jié)碼還確保了低占用空間，因?yàn)樗褂昧艘粋€(gè)名為 Nano Java 的 Java 子集，該子集只有 86 個(gè)包和 1184 個(gè)類（完整 Java 的 1/4）。

TotalCross不使用所有的Java架構(gòu)，而只使用嵌入式應(yīng)用程序開發(fā)所需的架構(gòu)。所有這些特性為嵌入式系統(tǒng)提供了5MB的占用空間和高性能。

結(jié)論

在嵌入式系統(tǒng)上使用Java的優(yōu)點(diǎn)多于缺點(diǎn)，特別是因?yàn)榇a的質(zhì)量和已經(jīng)能夠使用Java編程的大量人員。將Java社區(qū)納入嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域尤為重要，因?yàn)樗蔷幊淌澜缰械牡谌笊鐓^(qū)。但是，正如我們所看到的，足跡和性能會影響項(xiàng)目結(jié)果。因此，建議使用能夠打破這些障礙的替代方案，例如TotalCross框架。有了它，可以享受Java的所有優(yōu)點(diǎn)，并且仍然保證嵌入式系統(tǒng)的低占用空間和高性能。

審核編輯：郭婷