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我不大会写文章，首先还是请大家见谅 : )
前言
大约两年前，我在这里看到有个帖子介绍一个叫做NanoVM（http://www.harbaum.org/till/nanovm/）的项目，它是在AVR上实现了一个简单的JAVA虚拟机。由于我对JAVA很感兴趣，所以极度关注。于是我啃了半个月的馒头，省下一百多的生活费，在OurAvr上买了套M16的最小系统板，正式宣告向JAVA更深领域进军！沮丧的是，我那时才接触到单片机，根本搞不清东南西北，直接死在Make前面，横尸遍野……当然我的热情丝毫未见减，经过一个多月的摸索，对AVR的开发流程和方法有了一个整体的了解，已经能成功的编译出来了！立即下了个自带的LcdDemo进去，哇，成功的运行起来了，虽然显示位置上有些错误，但还是让我兴奋得一夜未眠。什么？让我接着在这上面接着搞开发？别搞笑了，我连它的代码都看不懂，怎么驾驭它呢？
时光飞逝，这两年期间，积累了很多。特别是一年前搞（抄袭？）了叫做JOP（Java优化处理器）的项目，它直接用FPGA搭建了一个JAVA处理器，直接处理JAVA指令码，JAVA Virtual Machine在这应该叫JAVA Real Machine了吧，哈哈～这个项目让我对JAVA虚拟机有了非常理性的认识。还有今年，项目需要，我在ARM9+Linux的环境下，移植了JVM，这有让我对从另一个侧面学习到了JAVA虚拟机的实现，此外让我和Linux有了近距离的接触。
闲下来了一个星期，重拾NanoVM，有了两年的积累，现在看NanoVM格外亲切（汗……），把它的源文件看了一遍，作者（Till Harbaum）功力不浅，它他的代码相当舒服。好，说干就干，我为NanoVM增加了DS1302的本地方法，功夫不负有心人，熬了个通宵，终于成功了……
What is JAVA？
JAVA对大家来说，只不过是一门高级编程语言（Programming Language），但这并不是JAVA的全部，JAVA之所以优秀的原因，是因为它有一个强大的虚拟机支持。好似JAVA虚拟机是根，JAVA编程语言是叶，根繁才能叶茂；而对于大树下乘凉的人来说叶茂就行，而我更愿意把土刨开，看看它的根。本文研究的重点，也是JAVA虚拟机的实现。
What is NanoVM？
首先请大家明确，不同于C或Basic等，NanoVM不是一个JAVA编译器！我们还是用SUN提供的标准的编译器javac，但我们要让生成.class文件在AVR中运行！
大家回想一下为什么JAVA号称“一处编译，到处运行”？这是因为编译出来的文件是对应于JAVA虚拟机的，和各不同的处理器无关，只有在这个处理器上实现JAVA虚拟机，那么这个JAVA程序就能运行。JAVA虚拟机的作用相当于际时链接.class文件。JAVA就不存在像ARM那样交叉编译的概念了。NanoVM的目的正是于此，让跨平台的JAVA跨到AVR上。
当然JAVA虚拟机的设计是按32位或64位处理器来的，AVR的资源实在有限，不能完整实现JAVA虚拟机规范，实际使用的可行性也不大。我觉得它的意义不在于此，它让我们从AVR对角度认识JAVA虚拟机的实现机制。
NanoVM的运行
不同于一般，我们编程（Java）所生成的程序不下到Flash Rom里，而是下到了EEPROM中。那Flash里的是什么呢？这肯定是JAVA虚拟机（即NanoVM）了，上电后JAVA虚拟机开始运行，读取EEPROM中的JAVA程序并且执行。这看似繁琐的过程也是JAVA虚拟机魅力所在。借个官方的图说明这个问题。
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但正如上所述，AVR的资源不足，所以EEPROM保存的并不是.class文件。这又是问什么呢？这需要读者对class文件结构有一定了解。class文件不仅仅包含了JAVA虚拟机的指令码，更多的是譬如JAVA虚拟机版本号、各种常量（如类名方法名等等）和、超类（父类）、接口（Interfaces）、字段（fields）和变量（attributes）等等信息，一个完整的JAVA程序是由多个class文件构成的，AVR的EEPROM中不可能构建一个文件系统，所以把各个class文件结合在一起（这个过程称之为装载和连接）生成最终JAVA虚拟机指令码的工作只能交给有文件系统的OS（Windows？Linux？）来完成，NanoVM中有个专门的工具叫NanoVMTool担以此任。NanoVMTool同样是用JAVA写的，你能在Windows或Linux（或……）下应用自如。
实例
我不是光说不练的那种人(!)，下面就引领大家在AVR上运行第一个JAVA程序。
1.安装JDK
废话，搞JAVA开发不安装JAVA开发环境怎么行！你可以到官网（java.sun.com）下个j2se的开发包，嫌速度慢的话可以到各大软件站下载，这东西遍地都是……NanoVM虽然没对JAVA版本有要求，但还是建议用J2SE 1.4的版本，J2SE 1.4比较稳定，最新的J2SE 5和J2SE 6在JAVA语法、class文件结构和AVA虚拟机有细微的变动。似乎NanoVM还没跟上这些变动，当然NanoVM也不对这些变动敏感（哪那么多废话，骗稿费啊，找扁！）。
2.下载NanoVM（已上传）
你可以从sourceforge（http://sourceforge.net/project/showfiles.php?group_id=181239&package_id=209853）下载最新的代码，源码包中有编译好的.hex文件，你不想自己编译的话可以直接用。
3.安装rxtx（已上传）
我们要通过NanoVMTool用串口把我们的JAVA程序下到AVR的EEPROM中（你也可以使用ISP等方式下载，只是我觉得有些麻烦），出于安全性和跨平台的考虑，JAVA是不能直接访问硬件的，但SUN对此定义了标准，由一个叫RXTX（http://www.rxtx.org/）的组织实现，大家可以根据里面Readme中的说明安装，就拷贝几个文件，这里从略。
4.HelloWorld
写一个最简单的Hello.java：
import nanovm.io.*;
import nanovm.avr.*;
class HelloWorld {
public static void main(String[] args) {
//向串口写"Hello World!"
System.out.println("Hello World!");
//向LCD写"Hello World!"。如果你编译NanoVM时在config.h
//中配置了LCD的话，否则会抛出异常，请去掉下面语句
Lcd.clear();
Lcd.gotoYX(0, 0);
Lcd.print("Hello World!");
}
}
把它保存在java\examples\目录下，以方便使用。
5.编译NanoVM
在NanoVM的vm\build\下有不同处理器的编译脚本（Makefile），如avr_mega32_lcd、avr_mega8和avr_mega168等等。这里还有很多以AVR为控制器的（玩具）机器人的脚本，如（乐高的）ctbot和nibo，开来作者更愿意把NanoVM用在玩具机器人上 ^_^
可以把Makefile中的DEFAULT_FILE改成上面Hello，之后make编译，会得到NanoVM.hex和NanoVM_eeprom.hex两个文件，前者是NanoVM虚拟机，下到Flash中，后者是上面所写的JAVA程序，下到EEPROM中。现在就运行吧，有结果没？
6.使用NanoVMTool
当你重新写一个JAVA程序时,是不是用在make一遍？肯定没那么复杂，其实上面make时调用的是NanoVMTool，NanoVMTool能完成装载、连接和下载的功能，你可以运行它来看它的命令帮助。编译还是要交给javac了，如果你还不会编译一个JAVA程序的话，请自行参考相关教程，这里就不展开讲啦。当NanoVMTool装载和连接后，就准备向AVR下载了，把你的AVR通过串口连上PC，重启（复位）AVR，就开始自动下载了，下载完成后自动运行。
此外NanoVM还有Eclips的插件，真正做到集成开发，不用你再敲命令了。
展望
前久坛友推荐的美国以太网比赛，我申请到了套件，准备吧他用到NanoVM之上，实现java.net.*中几个基本的类，再实现javax.servlet.*中的部分类，做一个MiniJSP(Java Server Pages)，AVR上跑动态网页服务器，酷吧，哈哈。现在手头上只有M16，空间已经满了，暂告一段落，下步准备用M128（呜呜呜呜，又要啃馒头了），外扩RAM和EEPROM，就该够用了。
如果资源和精力也许的话，我还打算实现java.sql.*，做个MiniBBS。想过OurAvr是架设在AVR上的吗？阿莫下次换服务器时考虑一下我这个天方夜谭的方案吧，搞它十几片AVR单片机做并行处理，慢就慢点，不在乎，玩的就是心跳，酷毙了！
结束语
NanoVM在AVR上实现了一个简单的JAVA虚拟机，对大家理解虚拟机的实现由很大启迪，有兴趣的朋友可以试试，我也在学习探索阶段，大家多多交流，呵呵。
第一次写那么长的东西，估计我毕业论文也不会写那么多。文章从头到尾狗屁不通，希望各路英雄拍砖时手下留情，不要打脸！
最后要感谢我GF对我这两年来休学闭门搞技术的支持；还要感谢OurAvr这个平台，让我学到很多很多……
声明
1.本文作者有对本文进一步修正完善更新的权力。
2.本文首发OurDev.cn，转载务必保持完整性。
3.加酷和回帖一样，是种高尚的美德，哈哈～～～
附：
NanoVM最新公版源代码
点击此处下载nanovm-20070707(文件大小:991K)
rxtx--java串口类
点击此处下载rxtx-2.1-7-bins-r2(文件大小:596K) |
阿莫论坛20周年了！感谢大家的支持与爱护！！
曾经有一段真挚的爱情摆在我的面前，我没有珍惜，现在想起来，还好我没有珍惜……
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发表于 2007-11-26 13:53:59
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