Virtuelle Java-Maschinen für kleine eingebettete Systeme

Die objektorientierte Programmiersprache Java ist auf eingebetteten Systemen noch nicht stark verbreitet, meist aus Kostengründen. Eine virtuelle Java Maschine erfordert normalerweise ein leistungsfähigeres System. Diese Arbeit befasst sich damit, Java auf besonders preiswerten 8-Bit-Mikrocontrollern auszuführen. Das eröffnet für Java die Welt der Messung, Steuerung und Regelung und verknüpft sie mit Benutzerinteraktion und Kommunikation. Java kann mit geringerem Programmieraufwand dazu beitragen, beispielsweise einen Haushalt zu steuern und zu überwachen. Für die speichereffiziente Umsetzung von Java werden einige Techniken evaluiert und auf einem Mikrocontroller (ST7) integriert. Mittels einer Vorverarbeitung von Java-Programmen und der virtuellen Maschine selbst auf einem Entwicklungssystem wird der Platzbedarf auf dem Zielsystem verringert. Geeignete Datenstrukturen und Klassenbibliotheken (API) belegen nur wenig Laufzeitspeicher mit Daten. Die Kombination von Java-Bytecode mit zielsystemabhängigen nativen Code ermöglicht die Ansteuerung von Peripheriekomponenten. Geeignete Zeitsteuerungen (zeitschrankenbasiertes Thread-Scheduling) machen Java auch für zeitkritische Anwendungen geeignet. Zusammen mit einer Software-Umgebung auf dem Entwicklungssystem entstand ein einsatzfähiges Java-System für einen Mikrocontroller. Die bei der Entwicklung dieser JavaVM gemachten Erfahrungen werden schließlich in neue Entwurfsverfahren zur Erstellung spezieller eingebetteter virtueller Maschinen umgesetzt. Dabei kommt ein vollständig in Java beschriebenes mehrschichtiges Modell zum Einsatz, das sich flexibel an verschiedene Zielsysteme anpassen lässt. Das Modell enthält die virtuelle Maschine bestehend aus Kern und Laufzeitbibliothek sowie eine allgemeine Anwendungsprogrammierschnittstelle. Erst Code-Generatoren fügen den zielsystemabhängigen nativen Code in das Modell ein.