Java技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用
| 摘要：J2ME是Java 2平臺(tái)的一個(gè)版本，使用在各種各樣的消費(fèi)電子產(chǎn)品和嵌入式設(shè)備上。Java Card技術(shù)規(guī)范得Java應(yīng)用能運(yùn)行在智能卡和更小的嵌入式設(shè)備上。本文介紹J2ME和Java Card的硬件平臺(tái)和軟件體系結(jié)構(gòu)，以及如何進(jìn)行J2ME和Java Card應(yīng)用程序開發(fā)。Java在移動(dòng)通信領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注，本文對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的描述。 關(guān)鍵詞：Java 嵌入式系統(tǒng) Java卡 J2ME 移動(dòng)通信 1 Java概述 Java是在1991年由Sun公司James Gosling Patrick Naughton、Chis Warth、Ed Frank以及Mike Sherindan等組成的"STAR7"小組所構(gòu)想出來的。于1995年5月正式推出。Java計(jì)算平臺(tái)包括JVM（Java虛擬機(jī)）和Java API（Java應(yīng)用編程接口）。JVM是一種抽象化的計(jì)算機(jī)，運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上，可以在它上面執(zhí)行Java的字節(jié)線，使Java應(yīng)用程序在現(xiàn)有的各種平臺(tái)上都可以順利執(zhí)行。Java API和Java的函數(shù)類庫(kù)，分為基本核心類庫(kù)和各種外加功能的擴(kuò)展類庫(kù)。 1998年12月8日，Sun公司的最新一個(gè)版本的JDK（Java Software Development Kit）正式發(fā)布，Sun的升級(jí)版本，而且還是完善的Java平臺(tái)。 Java 2定義組成Java企業(yè)平臺(tái)的核心技術(shù)包括15個(gè)核心API。這15個(gè)核心API構(gòu)成了整個(gè)Java 2技術(shù)的靈魂，包括Applet、AWT、Beans、IO、Lang、Math、Net、Rmi、Security、SQL、Text、Util、Accessibility、Swing和CORBA。與以往的JDK比較，Java 2平臺(tái)具有很多優(yōu)勢(shì)，如更靈活的安全模式、更好的性能、與其他企業(yè)級(jí)系統(tǒng)的互用性、應(yīng)用開發(fā)更容易、全球化的提高以及更好的跨平臺(tái)性等。 Java 2可以根據(jù)對(duì)軟、硬件需求的不同分為4個(gè)版本。J2EE（Java 2 Platform，Enterprise Edition）用于企業(yè)服務(wù)器端應(yīng)用程序開發(fā)；J2SE（Java 2 Platform，Standard Edition）用于個(gè)人計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用程序開發(fā)；J2ME（Java 2 Platform，Micro Edition）用于信息家電等資源有限的設(shè)備上的應(yīng)用程序開發(fā)；Java Card Platform用于智能卡上的應(yīng)用程序開 發(fā)。 Java 程序語(yǔ)言在其產(chǎn)生之初，本身就是為嵌入式設(shè)備——機(jī)頂盒設(shè)備設(shè)計(jì)的?，F(xiàn)在Java又憑借J2MEE和Java Card Platform回到嵌入式系統(tǒng)開發(fā)領(lǐng)域。 2 Java卡 （1）Java卡簡(jiǎn)介 Java卡是Java平臺(tái)中最小的子集，也是一種特殊的智能卡。智能卡是一種嵌入計(jì)算機(jī)芯片的卡片，廣泛應(yīng)用于通信、交通、金融、證券和保險(xiǎn)等領(lǐng)域。智能卡分為兩大類：一類是存儲(chǔ)器卡，另一類是微處理器卡。存儲(chǔ)器卡僅僅被用于存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)。微處理器卡有數(shù)據(jù)處理的功能：它有自己的CPU、I/O端口、存儲(chǔ)器和操作系統(tǒng)，可以被看作是一臺(tái)微型電腦；可以安裝并運(yùn)行小的應(yīng)用程序，通過串行通信接口與外部通信。ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織）制定了智能卡的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 7816。 影響智能卡推廣的主要因素是其不夠開放，不同的卡片制造商生產(chǎn)的卡片的應(yīng)用程序開發(fā)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。為了解決這個(gè)問題，工業(yè)界提出了能運(yùn)行Java程序的智能卡——Java卡，并且制定了Java卡的技術(shù)規(guī)范，包括Java Card VM（Java卡虛擬機(jī)）和API的詳細(xì)信息。Java Card VM位于智能卡的操作系統(tǒng)之一，用通用的編程語(yǔ)言和系統(tǒng)接口屏蔽了不同智能卡硬件和操作系統(tǒng)的區(qū)別。Java卡的框架定義了供應(yīng)用程序開發(fā)者使用的API。Java卡的應(yīng)用程序稱為Applet，每個(gè)Applet由唯一的AID（應(yīng)用程序標(biāo)識(shí)符）來識(shí)別。 （2）Java卡對(duì)硬件的最低要求 512 B RAM：主要用于存儲(chǔ)應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)的棧以及I/O緩沖區(qū)。 24 KB ROM：主要用于存儲(chǔ)程序代碼和系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)。 8 KB EEPROM：主要用于存儲(chǔ)Java卡的Applet和堆。 8位處理器：8位處理器是Java卡的最低要求。 （3）Java卡軟件體系結(jié)構(gòu) 最底層的Card OS（操作系統(tǒng)）和Native Functions（基本函數(shù)）相不于個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)低層的處理工作。 Java Card VM位于Card OS和Native Functions之上，隱蔽了底層智能卡的不同技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了卡接口的統(tǒng)一和編程語(yǔ)言的統(tǒng)一。 Java Card Framework（Java卡框架）為開發(fā)人員定義了一整套API，主要負(fù)責(zé)運(yùn)行Java卡Applet以及為Applet運(yùn)行提供所需要的環(huán)境。 Card OS、Java Card VM和Java Card Framework共同組成了JCRE（Java卡運(yùn)行時(shí)環(huán)境）。Industry Specific Extensions是服務(wù)方所提供的類，使企業(yè)與公司能夠提供屬于自己的服務(wù)程序。例如，如果這張卡是GSM網(wǎng)絡(luò)的SIM（用戶識(shí)別模塊）卡，那么這一層就是SIM卡所需的接口類。 （4）Java Card API Java Card的2.1版包括四個(gè)包：Javacard.lang package、Javacard.frame work package、Javacard.security package和Javacardx.cryp to package。 Javacard.lang package提供Java程序語(yǔ)言中重要的類，例如所有Java類的根類Object類。 Javacard.frame work package是Java Card API的核心包，提供了實(shí)現(xiàn)Java Card Applet基本類和工具。其中ISO7816抽象接口提供了ISO7816所使用的常數(shù)值。PIN（個(gè)人識(shí)別號(hào)碼）抽象接口使其子類能夠驗(yàn)證PIN是否合法。Shareable抽象接口使得不同的Applet能夠互相通信。AID類使得JCRE能夠通過一個(gè)AID表來識(shí)別Applet。APDU類通過管理一個(gè)緩沖區(qū)來接收與傳送終端的指令以及回傳Applet運(yùn)行結(jié)果與狀態(tài)。Applet類是所有Java Card Applet的根類，管理Java Card Applet的生命周期。JCSystem類管理Applet與Java Card的系統(tǒng)資源，如AID與事務(wù)。OwnerPIN類管理卡片持有者的PIN，并提供相關(guān)驗(yàn)證與更新等方法。Util類提供了開發(fā)中的常用工具。 Javacard.security package負(fù)責(zé)提供安全機(jī)制，包括Key抽象接口、KeyBuilde類和MessageDisest類。 Javacardx.cryp to package包含了關(guān)于加密與安全的抽象接口和類。 （5）Java卡應(yīng)用的開發(fā) Java卡的生命周期從操作系統(tǒng)、JVM、API庫(kù)和可選的Applet被寫入Java卡的ROM開始。在正式使用之前，Java卡要經(jīng)過初始化（在卡上寫入制造商和發(fā)行商名稱等通用信息）和個(gè)人化（在卡上寫入密鑰等個(gè)人信息）。然后用戶就可以購(gòu)買并使用Java卡了，當(dāng)然還要與讀卡器相配合。Applet的生命周期從被安裝并注冊(cè)到Java卡系統(tǒng)開始，在被從系統(tǒng)注冊(cè)表中刪除時(shí)結(jié)束，在被選擇時(shí)激活。 Java卡的應(yīng)用程序可以用一般的Java編譯器來編譯。但是由于智能卡只有有限的存儲(chǔ)器資源和計(jì)算功能，Java卡上的應(yīng)用開發(fā)與普通的Java程序開發(fā)有很大的不同，很多Java語(yǔ)言的特性在Java卡應(yīng)用的開發(fā)中都不能使用。Java卡的應(yīng)用開發(fā)（在Windows系統(tǒng)下）過程如下： ①安裝JDK和Java Card 2.1.1 Development Kit； ②設(shè)置有關(guān)環(huán)境變量； ③編輯Java源代碼，可以使用任何Java代碼編輯工具； ④編譯Java源代碼，用Java編譯器編譯Java源代碼，生成class文件； ⑤生成Cap文件，在Java卡上不能直接運(yùn)行class文件，必須用Java卡轉(zhuǎn)換器（converter）、把class文件轉(zhuǎn)換為Cap文件； ⑥安裝Applet,用PC機(jī)和與之相連的讀卡器把Cap文件安裝到Java卡上。 （6）Java卡在移動(dòng)通信領(lǐng)域的應(yīng)用 SIM（用戶識(shí)別模塊）作為一張內(nèi)含大規(guī)模集成電路的智能卡，目前主要用于GSM手機(jī)。最初SIM卡主要用來存儲(chǔ)一些個(gè)人身份認(rèn)證和識(shí)別信息，例如IMSI、鑒權(quán)密鑰等。SIM卡不能向手機(jī)發(fā)出命令。1998年ETSI（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)）制定了STK卡（SIM應(yīng)用工具箱技術(shù)）的技術(shù)規(guī)范，大大增強(qiáng)了SIM卡的能力。STK卡上可以安裝運(yùn)行應(yīng)用程序，可以向手機(jī)發(fā)出命令，例如在手機(jī)上建立新的菜單。SIM卡還可以收發(fā)短消息甚至發(fā)起呼叫。這樣就可以在SIM卡上運(yùn)行客戶端的軟件，通過短消息與服務(wù)器交互，同時(shí)通過菜單為用戶提供友好的界面。 盡管STK對(duì)SIM卡的使用方法進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，但是各個(gè)制造商仍舊使用自己的開發(fā)工具為自選的芯片掩膜，因此引入開放 |
