移植Java虚拟机KVM到嵌入式Linux上

目前嵌入式Linux被广泛应用于嵌入式设备，Java语言由于其”Write Once，Run Anywher
e”的特性，开始被应用于掌上电脑、智能手机等嵌入式系统。本文以uCLinux嵌入式操作
系统为例，介绍移植KVM的过程。分以下部分进行介绍：
1. uCLinux及KVM简介
2. 获取并安装交叉开发工具
3. 获取KVM源代码
4. 修改KVM的Makefile
5. 编译uCLinux版本的KVM
6. 测试KVM
7. 小结

1. uCLinux及KVM简介
uCLinux是一款优秀的嵌入式Linux操作系统，是micro-Conrol-Linux的缩写，同时也是开
放源码的嵌入式Linux的典范之作。uCLinux主要是针对目标处理器没有存储管理单元MMU(
Memory Management Unit) 的嵌入式系统而设计的，它已经被成功地移植到了很多平台上
。它秉承了标准Linux的优良特性，经过各方面的小型化改造，形成了一个高度优化的、代
码紧凑的嵌入式Linux。虽然它的体积很小，却仍然保留了Linux的大多数优点：稳定、良
好的移植性、优秀的网络功能、对各种文件系统完备的支持和标准丰富的API。它专为嵌入
式系统做了许多小型化的工作，目前已支持多款CPU。其编译后的目标文件可控制在几百K
B数量级，并已被成功地移植到很多平台上。
KVM是一种专门为嵌入式设备使用的JAVA虚拟机，它主要为J2ME CLDC使用。KVM可以理解为
K Virtual Machine或者是 KJava Virtual Machine。是一种精简，可移植的，专门为小
设备，有内存，CPU等资源限制（例如：手机，PDA，POS机等嵌入式设备）设计的JAVA虚拟
机。
KVM的目的是创造一个尽可能小的且尽可能完整的JAVA虚拟机，使开发者不用像开发C语言
一样关心硬件，而通过JAVA语言来进行开发，达到一次编译，各种平台使用的目的。

2. 获取并安装交叉开发工具
从http://sourceforge.net/project/showfiles.php?group_id=58162&package_id=54041
获取arm-elf-tools交叉编译安装包。这里笔者曾经使用arm-elf-tools-20030314.sh编译
KVM，但遇到编译错误。所以建议各位读者下载arm-elf-gcc3.0以上的版本进行编译。

3. 获取KVM源代码
从http://www.sun.com/software/communitysource/j2me/cldc/download.xml获
取KVM的源代码文件。

4. 修改KVM的Makefile
下载并且解压CLDC后，下面讲述KVM具体的移植过程：
修改j2me_cldc/kvm/VmUnix/build/Makefile文件
该Makefile是编译KVM所用到的，因为KVM是用C语言实现的，所以从理论上来讲，也只要使
用针对不同体系结构CPU的编译器编译KVM即可，这样也就是如何实现交叉编译KVM的问题了
。
修改Makefile文件需要熟悉makefile的语法规则，这里不对该语言规则详细讲述，只对修
改Makefile过程中涉及的内容做解释，请读者参阅关于makefile语法规则方面的相关资料
。所涉及的Makefile修改部分如下：

ifeq ($(PLATform), linux)
# 注释掉原有LIBS = -lm -lnsl
# LIBS = -lm ?lnsl
# 添加如下一行
LIBS =
# 注释掉原有CPPFLAGS = -DUNIX -DLINUX -D$(ARCH)
# CPPFLAGS = -DUNIX -DLINUX -D$(ARCH)
# 修改CPPFLAGS 定义如下：
CPPFLAGS = -D$(ARCH) \
-I$(TOP)/kvm/VmCommon/h -I$(TOP)/kvm/VmUnix/h \
-I$(TOP)/kvm/VmExtra/h -I$(TOP)/jam/h -I$(TOP)/kvm/VmCommon/src
endif

BUILD_ROOT=/usr/local
lib1=${BUILD_ROOT}/lib/gcc-lib/arm-elf/3.0
lib=${BUILD_ROOT}/arm-elf/lib
include=${BUILD_ROOT}/arm-elf/include/

# 用arm-elf-gcc定义CC，并指明包括的头文件路径和编译选项
CC=arm-elf-gcc -I$(include) -D__uClinux__ -D__USE_BSD=1
# 用arm-elf-ld定义LD，连接目标文件时使用
LD=arm-elf-ld

WEC_LDFLAGS=-L./ -L${lib} -L${lib}/lib -L${lib}/libc -L${lib1} -T${lib}/elf2fl
t.ld
EXTLIBS= -lc -lgcc -lc
LDFLAGS =

ifeq ($(GCC), true)
# 注释掉CC = gcc， 事实上由于ifeq ($(GCC), true) 不成立，该处不会执行到。
# CC = gcc
CFLAGS = -Wall $(CPPFLAGS) $(ROMFLAGS) $(OTHER_FLAGS)
DEBUG_FLAG = -g
OPTIMIZE_FLAG = -O2
else
# 注释掉CC = cc 一行，这样，系统采用CC=arm-elf-gcc 编译KVM
# CC = cc
CFLAGS = -Xa $(CPPFLAGS) $(ROMFLAGS) $(OTHER_FLAGS)
DEBUG_FLAG = -g -xsb
OPTIMIZE_FLAG = -xO2
endif

DEBUG_FLAG += -DINCLUDEDEBUGCODE=1
$(TOP)/tools/jcc/ROMjavaUnix.c $(TOP)/tools/jcc/nativeFunctionTableUnix.c: jcc
Unix
.PHONY: jccUnix
jccUnix:
@(cd $(TOP)/tools/jcc; $(MAKE) unix)
kvm$(j)$(g): obj$j$g/ $(CLEANUPXPM) $(OBJFILES)
@echo "Linking ... $@"
# 注释掉@$(CC) $(OBJFILES) -o $@ $(LIBS) $(EXTLIBS) 一行
# @$(CC) $(OBJFILES) -o $@ $(LIBS) $(EXTLIBS)
# 用arm-elf-ld连接目标文件
$(LD) -o kvm.x $(WEC_LDFLAGS) -r -d $(OBJFILES) $(LIBS) $(EXTLIBS) -Map kvm.ma
p

5. 编译uCLinux版本的KVM
修改Makefile后，切换到j2me_cldc/build/linux目录，执行make命令编译kvm。如果不能
通过编译，建议用arm-elf-gcc3.0以上版本的交叉编译工具进行编译。编译完成后，将在
j2me_cldc/kvm/VmUnix/build目录下生成kvm.x文件，因为uClinux操作系统上可执行文件
都必须为Flat格式，需用elf2flt工具对kvm.x进行转换。在终端提示符下执行如下命令：

elf2lft ?o kvm kvm.x
生成kvm可执行文件，至此，整个kvm编译过程完成。

6. 测试KVM
这样编译出来的kvm是针对ARM体系结构的，所以在Red Hat Linux 7.3系统上无法运行，读
者可以编辑“Hello World”程序。然后在终端提示符下做如下测试：
./kvm ?classpath j2me_cldc/samples/classes HelloWorld
程序报错，这说明当前编译出来的KVM不是针对X86体系结构。接下来下载kvm到运行uClin
ux操作系统的嵌入式设备上，再测试kvm。
拷贝kvm以及HelloWorld.class到 uClinux-dist/romfs/bin目录下
执行make image，生成包含kvm及HelloWorld.class的romfs.img
下载image.ram和romfs.img到板子上
uClinux系统启动后，输入如下命令测试
./kvm ?classpath /bin HelloWorld

7. 小结
本文以uCLinux嵌入式操作系统为例讨论了KVM的移植过程，若读者希望在其他体系结构的
嵌入式Linux（比如PPC Linux, MIPS Linux）系统上移植KVM，可以根据其编译环境修改K
VM的Makefile进行编译。如果为让系统支持更多的功能，如MIDP等，则需要作进一步的研
究与探索。