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基于Java技术的微处理器:过去和未来
来源:今日电子 作者:宾夕法尼亚大学计算机科学工程系Vijaykrishnan Narayanan 2006/9/25 12:26:00 人气:443
内容导读:
一种基于Java编程语言的微处理器直接在硅芯片上执行Java虚拟机(JVM)。它不仅节省了将字代码转换成另一台处理器上的本机语言所带来的额外开销,而且也为Java编程语言运行时间特征提供了支持。由于支持堆栈处理、多线程操作、垃圾收集、目标寻址和符号分解,这种微处理器用于基于Java语言的应用时,比一般处理器性能优异得多。它也能有效地利用处理器资源,如高速缓冲存储器以及和翻译机不一样的分支预测装置。基于Java语言的微处理器对于广泛的嵌入式应用,如电话和Web顶端的设计和部署方面可能是经济合算的。不过,目前还需要进一步研究才可能使之在嵌入式系统领域发挥其潜力。

----过去,在设计以Java技术为基础的微处理器方面一直存在不同的方法。JVM结构是基于堆栈的;有关数据的所有操作均通过堆栈进行。因此,基于堆栈的处理器比较适合JVM。Sun picoJava核心、Patriot Scientific ShBoom处理器和Rockwell JEM1处理器均为基于堆栈的结构。

----另一种选择是每次把字节代码从存储器中取出时将其动态地转换为硬件上的RISC基元。这样的方法类似于将x86指令转换为AMD K5处理器上的RISC基元。该方法可以利用在RISC技术上所取得的进展,因为将基于堆栈的序列转换为RISC基元比较复杂,设计上难度较大。基于Java技术的微处理器可以根据硬件/软件组合进行分类。PicoJava和JEM1包含有作为本机代码的字节代码,而ShBoom处理器则拥有类似于JVM的一个指令集。在ShBoom处理器上,字节代码被转换为本机指令集。这种转换可以在字节代码验证期间或通过使用一种“即时”(JIT)应用编辑接口(API)来完成。设计Java微处理器的另一种方法是IBM在一种特长指令字(VLIM)结构上采取的对基于Java技术的字节代码进行可编译的方法。在这种方法中,字节代码在指令高速缓存故障时间被转换成RISC基元,而且转换的代码被保存在指令高速缓冲存储器上,以备今后使用。基于Delft Java技术的结构是另一种将字节代码动态地转换成基于EISC指令的处理器。虽然大多数字节代码被转换,但该处理器包含有允许直接执行某些字节代码的复杂指令,其中包括支持同步、阵列和目标管理、方法调用以及复杂转移。在开发基于Java Card2.0标准的机器便是这样的一种尝试。

---- 在设计特殊语言环境的专门硬件方面,人们一直在做各种努力,并取得了不同程度的成功。PicoJava核心的社区源授权是确保基于Java技术的微处理器成功的一项关键因素。Java开发套件(JDKTM)源曾经引起人们对基于Java编程语言的技术产生极大兴趣并进行研究,picoJava微处理器核心的社区源授权也将成为基于Java微处理器的研究与开发的一种催化剂。研发人员可把picoJava核心研究从编码到处理器上实际运行的性能问题,作为代码和运行这些代码的硬件之间的交互作用。

---- 执行Java代码所要求的更先进的指令集结构和微结构源没有不可逾越的技术障碍。我们当前的研究集中于在这一环境运行Java字节代码的能量优化上。另外picoJava核心的可用性将有助于将该核心集成到更多的系统级芯片设计上,并使Java技术的微处理器适应不同的应用领域。

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