IoT、UI/UX 和 AI 等嵌入式系統(tǒng)每天都變得越來(lái)越復(fù)雜。過(guò)去只有一兩個(gè)功能的產(chǎn)品，現(xiàn)在為用戶提供了更多的實(shí)用程序，要求用戶界面反映體驗(yàn)。物聯(lián)網(wǎng)正在改變我們處理硬件的方式，確保實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、自動(dòng)化甚至更智能的日常工作。Java 是最常用的編程語(yǔ)言之一，特別是因?yàn)樗子陂_(kāi)發(fā)和跨平臺(tái)。但是，Java 在嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中還沒(méi)有被廣泛采用。事實(shí)上，C/C++ 仍然是嵌入式系統(tǒng)最流行的編程語(yǔ)言。大約 80% 的嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目是用 C/C++ 編寫的，但未來(lái)不會(huì)這樣?？赡軙?huì)采用新的語(yǔ)言來(lái)滿足市場(chǎng)增長(zhǎng)。使用 C/C++ 構(gòu)建項(xiàng)目非常耗時(shí)，而且很難找到或培訓(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(kāi)發(fā)的主要優(yōu)點(diǎn)，以及這種語(yǔ)言的缺點(diǎn)（以及處理和解決這些缺點(diǎn)的建議方法）。

物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式系統(tǒng)與 Java

多年來(lái)，從事嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的專業(yè)人員數(shù)量顯著增加。當(dāng)然，這類專業(yè)人員與從事桌面和移動(dòng)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的人數(shù)之間存在巨大差異。但是，據(jù) IC Insights 稱，用于嵌入式設(shè)備的 MPU 的銷售額將在三年內(nèi)與智能手機(jī)處于同一水平。

一般來(lái)說(shuō)，機(jī)器都配備了真正的技術(shù)武器庫(kù)。我們周圍的產(chǎn)品，如汽車和家用電器，都具有響應(yīng)不同事件和人類需求要求的能力。在這種情況下，物聯(lián)網(wǎng)代表的不是未來(lái)趨勢(shì)，而是正在發(fā)生的事情。這也可以在工業(yè)環(huán)境中看到。工業(yè)自動(dòng)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(lái)的期望。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亲钸m合大型項(xiàng)目的最有組織的編程語(yǔ)言之一。Java 具有適合嵌入式系統(tǒng)環(huán)境的理想特性，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將需要（并且已經(jīng)在要求）的東西，使用像 Java 這樣的高級(jí)語(yǔ)言很重要。此外，世界上有很多Java開(kāi)發(fā)人員，遷移到嵌入式系統(tǒng)對(duì)他們來(lái)說(shuō)應(yīng)該不是問(wèn)題。

在嵌入式系統(tǒng)上使用 Java 的優(yōu)勢(shì)

使用 Java 為嵌入式設(shè)備開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，除了最好的語(yǔ)言質(zhì)量外，還可以保證減少用于項(xiàng)目創(chuàng)建的時(shí)間和成本，這要?dú)w功于用途的多樣性和現(xiàn)有的支持。那么，讓我們看看為什么應(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，可以縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間：Java 具有理想的內(nèi)存管理，并且更容易檢測(cè)錯(cuò)誤（并修復(fù)錯(cuò)誤）；

推薦用于超過(guò) 5 個(gè)屏幕的 GUI 項(xiàng)目；

從第一個(gè)版本開(kāi)始就很堅(jiān)固（感謝包概念、設(shè)計(jì)模式和 SOLID 原則）；

簡(jiǎn)單;

可移植到不同的 CPU 或操作系統(tǒng)（無(wú)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(kù)；

可在桌面和遠(yuǎn)程調(diào)試；

高級(jí)語(yǔ)言和高性能方面的最佳折衷方案（取決于使用的虛擬機(jī)）；

看起來(lái)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 對(duì)嵌入式系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。

在嵌入式系統(tǒng)中使用 Java 的缺點(diǎn)

選擇 Java 有很多充分的理由。但是，在嵌入式系統(tǒng)上使用 Java 存在三個(gè)主要缺點(diǎn)：

Java 相當(dāng)冗長(zhǎng)。

它復(fù)雜而龐大（217 個(gè)包，4240 個(gè)類）；

性能低下。

甚至 Oracle 自己也創(chuàng)建了 Java SE Embedded 來(lái)解決這類問(wèn)題，并為嵌入式設(shè)備優(yōu)化了虛擬機(jī)。但是，對(duì)于大量針對(duì)低端設(shè)備的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，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(wèn)題。

適用于嵌入式系統(tǒng)的低占用空間和高性能

為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，有必要找到完整的 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 是一個(gè)用于嵌入式系統(tǒng)的 SDK，它使用自己的虛擬機(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)間上有很大的不同，因?yàn)樗鼫p少了加載的指令數(shù)量。正如您在以下示例中所見(jiàn)，一個(gè)簡(jiǎn)單的操作在 JVM 上加載了 4 條指令，而在 TCVM 上運(yùn)行時(shí)只加載了一條。

除了 TCVM 之外，還根據(jù)統(tǒng)計(jì)研究創(chuàng)建了一種稱為 TotalCross 字節(jié)碼的優(yōu)化字節(jié)碼，以識(shí)別對(duì)性能影響較大的最常用函數(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，它只有 86 個(gè)包和 1184 個(gè)類（完整 Java 的 1/4）。

TotalCross 沒(méi)有使用所有的 Java 架構(gòu)，而只使用了嵌入式應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)所必需的。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)量和大量已經(jīng)能夠使用 Java 編程的人。在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域擁有 Java 社區(qū)尤其重要，因?yàn)樗蔷幊淌澜缰械牡谌笊鐓^(qū)。但是，正如我們所見(jiàn)，占地面積和性能會(huì)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，就可以享受 Java 的所有優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)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