摘 要： 隨著嵌入式技術(shù)的普及推廣，嵌入式系統(tǒng)高級(jí)語言編程勢(shì)在必行。然而，人們?cè)谶x擇語言系統(tǒng)時(shí)往往具有很大的隨意性。對(duì)價(jià)格、獲取方便性等因素考慮較多，而對(duì)語言本身的技術(shù)因素考慮較少。文章從嵌入式系統(tǒng)高級(jí)編程語言特點(diǎn)入手，對(duì)高級(jí)語言的基本性能作簡(jiǎn)要總結(jié)，對(duì)目前比較流行的幾種嵌入式系統(tǒng)編程語言——Ada、C/C++、Modula-2的基本技術(shù)性能進(jìn)行分析比較；對(duì)Java作簡(jiǎn)要介紹。 關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng) 高級(jí)語言 基本性能 編程特點(diǎn) 一、嵌入式系統(tǒng)高級(jí)語言編程特點(diǎn) 隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS（Real Time Operating System）的廣泛使用，高級(jí)語言編程已是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必然趨勢(shì)。因?yàn)閰R編語言和具體的微處理器的硬件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，移植性較差，既不宜在復(fù)雜系統(tǒng)中使用，又不便于實(shí)現(xiàn)軟件重用；而高級(jí)語言具有良好的通用性和豐富的軟件支持，便于推廣，易于維護(hù)。因此高級(jí)語言編程具有許多優(yōu)勢(shì)。 （1） 通用性強(qiáng)。隨著微處理器技術(shù)的不斷發(fā)展，其功能越來越具體，種類越來越多，而不同種類的微處理器都有自己專用的匯編語言。這就為系統(tǒng)開發(fā)者設(shè)置了一個(gè)巨大的障礙，使得系統(tǒng)編程更加困難，軟件重用無法實(shí)現(xiàn)；而高級(jí)語言一般和具體機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu)聯(lián)系較少，比較流行的高級(jí)語言對(duì)多數(shù)微處理器都有良好的支持，通用性較好。 （2） 容易編程。隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大和應(yīng)用層面的不斷深入，系統(tǒng)規(guī)模越來越大，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，設(shè)計(jì)變得越來越困難。一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)有多種微處理器已是常見的事情。這時(shí)，要用匯編語言編程不僅要求編程人員要對(duì)所有微處理器的匯編語言都了如指掌，而且隨著任務(wù)復(fù)雜程度的不斷提高，用匯編語言實(shí)現(xiàn)規(guī)模較大的任務(wù)難度極大；而高級(jí)語言的語意層次較高，且有豐富的程序庫(kù)支持，因此，編寫較復(fù)雜的程序相對(duì)簡(jiǎn)單。使用高級(jí)語言編程，不僅能夠加快系統(tǒng)開發(fā)進(jìn)程，節(jié)省大量時(shí)間，同時(shí)也有利于系統(tǒng)調(diào)試及維護(hù)工作。 （3） 容易閱讀。由于匯編語言的語意層次較低，在閱讀匯編語言程序時(shí)，往往要花費(fèi)大量精力分析"細(xì)節(jié)"問題，如為什么把一個(gè)數(shù)據(jù)傳送給一個(gè)寄存器，為什么把某個(gè)標(biāo)志位清零等。當(dāng)把注意力放在這些"細(xì)節(jié)"上的時(shí)候，往往又把程序的主線忘記了。因此，匯編語言程序不僅難寫，而且難讀。采用高級(jí)語言就可以很好地解決這些問題。因?yàn)楦呒?jí)語言的語意層次較高，表達(dá)方式更接近人們?nèi)粘５乃季S方法，一些數(shù)學(xué)表達(dá)式可以直接用一條語句表達(dá)，程序的思路更加清晰、簡(jiǎn)捷。因此，程序也就容易閱讀。 （4） 可移植性好。由于匯編語言和具體的微處理器密切相關(guān)，為某個(gè)微處理器設(shè)計(jì)的程序不能直接移植到另一個(gè)不同種類的微處理器上使用，因此，移植性差；而高級(jí)語言對(duì)所有微處理器都是通用的，因此，程序可以在不同的微處理器上運(yùn)行，可移植性較好。這是實(shí)現(xiàn)軟件重用的基礎(chǔ)。 （5） 可維護(hù)性好。高級(jí)語言程序往往是模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊之間的接口是固定的。因此，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，可以很快地將問題定位到某個(gè)模塊內(nèi)，并盡快得到解決。另外，模塊化設(shè)計(jì)也便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)充和升級(jí)。 （6） 直接支持中斷管理。中斷是嵌入式系統(tǒng)最重要也是最常用的信息交換方式，因此中斷系統(tǒng)是否靈活，中斷功能是否強(qiáng)大對(duì)系統(tǒng)的性能影響極大。在高級(jí)語言中，一般都有強(qiáng)大的中斷管理機(jī)制，以便構(gòu)建高效靈活的中斷系統(tǒng)；而在匯編語言中，一般要由程序設(shè)計(jì)者自己編程來進(jìn)行中斷管理。這不僅增加了編程的難度，而且效果也不一定好。 （7） 支持軟件重用。由于匯編語言的可移植性極差，使得其軟件重用性嚴(yán)重受阻；而高級(jí)語言具有較好的通用性和可移植性，這就使得高級(jí)語言程序可以在不同時(shí)間、不同地點(diǎn)、不同系統(tǒng)、不同人員之間分享，實(shí)現(xiàn)軟件重用。這不僅可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短開發(fā)周期，降低產(chǎn)品成本，而且還可以使軟件開發(fā)走上正規(guī)化、產(chǎn)業(yè)化的道路[1]。 二、嵌入式系統(tǒng)高級(jí)編程語言概述 　　在過去40多年，人們開發(fā)研制了幾十種計(jì)算機(jī)語言，但是僅有少數(shù)幾種得到了廣泛應(yīng)用。這就提示我們選擇一個(gè)合適的語言系統(tǒng)并不容易。在小型嵌入式系統(tǒng)中，通常只有一個(gè)微處理器，并且其主要工作往往不是計(jì)算，而是控制，應(yīng)選擇控制能力較強(qiáng)的語言。在大型嵌入式系統(tǒng)中，往往會(huì)有多個(gè)微處理器或計(jì)算機(jī)并行工作，構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)。它們中有些工作于真正的嵌入式模式，有的則為純粹的信息處理。此時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的編程就變得相當(dāng)復(fù)雜，不同的任務(wù)可能會(huì)用不同的語言編程。因此，大型系統(tǒng)往往是一個(gè)多語言系統(tǒng)。對(duì)于這種"混合"系統(tǒng)的語言選擇更應(yīng)慎重考慮。 　　目前，在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程中使用的語言種類很多，但僅有少數(shù)幾種語言得到了比較廣泛的應(yīng)用。本文選擇了Ada、C/C++、Modula-2作為討論對(duì)象，并對(duì)Java作簡(jiǎn)要介紹。 　　Ada語言是20世紀(jì)70年代美國(guó)國(guó)防部開發(fā)并投入使用的功能強(qiáng)大的通用系統(tǒng)開發(fā)語言，最初為Ada83。它支持模塊化、獨(dú)立編譯、協(xié)處理等功能。其可靠性、可維護(hù)性、可讀性都是相當(dāng)好的。后來，為了更好地支持OOP（Object-Oriented Programming），對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，形成了目前廣泛使用的Ada95。使用Ada語言可以大大改善系統(tǒng)的清晰性、可靠性、可維護(hù)性等性能指標(biāo)[2,3]。它是美國(guó)國(guó)防部指定的唯一一種可用于軍用系統(tǒng)開發(fā)的語言。 　　C語言是由Dennis Richie于1972年在AT&Bell實(shí)驗(yàn)室研究成功并投入使用的系統(tǒng)編程語言。其設(shè)計(jì)目標(biāo)是使C既具有匯編語言的效率，又具有高級(jí)語言的易編程性。其最具代表性的應(yīng)用是UNIX操作系統(tǒng)。從20世紀(jì)80年代中期C語言涉足實(shí)時(shí)系統(tǒng)后，受到了普遍歡迎。目前是使用最廣泛的嵌入式系統(tǒng)編程語言。C++是由Bjarne Stroustrup 于1995年在Bell實(shí)驗(yàn)室研制成功并投入使用的。C++在支持現(xiàn)代軟件工程、OOP、結(jié)構(gòu)化等方面對(duì)C進(jìn)行了卓有成效的改進(jìn)，但在程序代碼容量、執(zhí)行速度、程序復(fù)雜程度等方面比C語言程序性能差一些[2,4,5]。 　　Modula-2是由Nicklans Wirth在70年代后期根據(jù)Pascal 和Modula開發(fā)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)語言。其主要目標(biāo)是在模塊化、系統(tǒng)編程、協(xié)同處理等方面對(duì)Pascal 進(jìn)行改進(jìn)。Modula-2具有很強(qiáng)的類型檢查能力和豐富的低級(jí)功能支持。因此，可用它設(shè)計(jì)一個(gè)完整的實(shí)時(shí)程序而不用匯編語言的支持。Modula-3是1988年由DEC（Digital Equipment Company）和ORC（Olivetti Research Center）根據(jù)Modula-2開發(fā)研制并投入使用的系統(tǒng)開發(fā)語言。目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)功能強(qiáng)大但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的通用編程語言。它在協(xié)同處理、OOP、自動(dòng)垃圾收集以及對(duì)C語言和UNIX的支持等方面對(duì)Modula-2進(jìn)行了改進(jìn)[6]。 　　考察一門語言是否適用，需要從多個(gè)方面進(jìn)行考慮。不同語言，都有自己的特色。很難將其全面進(jìn)行比較。另外，任何一門語言的運(yùn)行特性都與運(yùn)行環(huán)境密切相關(guān)，因此，選擇語言時(shí)，應(yīng)綜合考慮。為敘述方便，我們把語言的性能劃分為基本性能和運(yùn)行性能兩個(gè)方面進(jìn)行分析。 　?。?） 基本性能 　　一門語言的基本性能主要是指語言本身的固有特性，或稱靜態(tài)特性，即構(gòu)成語言的組成部分所具有的特性。它不僅決定著語言的可用性、適用性、可靠性等，而且對(duì)應(yīng)用程序的開發(fā)產(chǎn)量、便攜性、可維護(hù)性、安全性也有一定影響。它是一門語言的核心和基石?？疾檎Z言的基本性能主要從以下幾個(gè)方面入手：與匯編語言/機(jī)器語言的接口，直接尋址，對(duì)硬件的控制，位操作，中斷處理，指針操作，數(shù)據(jù)類型的支持及檢測(cè)，控制結(jié)構(gòu)的支持及檢測(cè)，模塊化支持，獨(dú)立編譯支持，任務(wù)結(jié)構(gòu)支持，異常事件處理，數(shù)學(xué)模型支持，語法和整體結(jié)構(gòu)，多任務(wù)支持，標(biāo)準(zhǔn)程序庫(kù)，面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）結(jié)構(gòu)等。 　　（2） 運(yùn)行性能 　　語言的運(yùn)行性能是指其應(yīng)用軟件在實(shí)際運(yùn)行時(shí)所表現(xiàn)出來的行為特點(diǎn)，是一門語言的動(dòng)態(tài)特性。它對(duì)語言的適用性、實(shí)用性及可用性影響極大。主要表現(xiàn)在任務(wù)期限設(shè)置、代碼執(zhí)行時(shí)間的簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)，調(diào)度策略選擇，時(shí)序分析支持等幾個(gè)方面。由于語言的運(yùn)行性能和運(yùn)行環(huán)境密切相關(guān)，如CPU速度、內(nèi)存大小、硬盤速度、操作系統(tǒng)、編譯環(huán)境等。因此，評(píng)價(jià)語言的運(yùn)行性能應(yīng)和具體的應(yīng)用環(huán)境聯(lián)系起來，任何理論上的評(píng)價(jià)都沒有多大的實(shí)際意義。故本文不再討論這方面的內(nèi)容。 三、常用嵌入式系統(tǒng)高級(jí)編程語言基本性能 　　一門語言的基本性能是組成這門語言的基本要素，是決定其性能好壞的關(guān)鍵因素。因此，認(rèn)真研究語言的基本性能是非常必要的。下面對(duì)上述幾種流行的嵌入式系統(tǒng)編程語言的基本性能進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析和比較[7]。 　?。?） 與匯編語言和機(jī)器代碼的接口 在Ada語言中，可以通過子程序功能實(shí)現(xiàn)對(duì)匯編語言及機(jī)器代碼的訪問。標(biāo)準(zhǔn)程序包MACHINE-CODE支持這一功能。在C中，匯編語言可以定義為一個(gè)asm模塊嵌入在C源代碼中，也可以編寫成一個(gè)獨(dú)立的外部進(jìn)程，用功能調(diào)用進(jìn)行通訊。宏（Macros）也可以用來提供匯編語言操作。語言本身沒有提供這方面的機(jī)制，由編譯器提供支持。 　?。?） 直接尋址 　　Ada通過SYSTEM包中的Address類尋址絕對(duì)地址；C/C++ 通過指針完成絕對(duì)尋址，在C++中也可以通過Peek、Poke操作完成存儲(chǔ)器尋址；Modula-2 通過SYSTEM模塊支持絕對(duì)尋址。 　?。?） 對(duì)硬件的訪問和控制 　　Ada通過表述從句把Ada代碼映射到具體器件；C/C++通過指針完成對(duì)硬件的操作；在Modula-2中器件被標(biāo)識(shí)為具有絕對(duì)地址的對(duì)象，通過賦值語句訪問這些對(duì)象。 　?。?） 位操作 　　Ada 具體的位可以在表述從句中指明，多個(gè)獨(dú)立位也可組成一個(gè)邏輯字，通過邏輯操作對(duì)它們進(jìn)行加工處理。位操作是C的強(qiáng)項(xiàng)，邏輯操作、移位操作均可實(shí)現(xiàn)位操作；在C++中，還可以通過定義"bitfields"結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)更多的位操作功能。Modula-2用"SET"結(jié)構(gòu)處理位操作。在嵌入式應(yīng)用中最有用的結(jié)構(gòu)是"BITSET"，通過它可以方便地實(shí)現(xiàn)各種位操作。 　?。?） 中斷處理 　　Ada通過中斷處理任務(wù)實(shí)現(xiàn)中斷處理。一個(gè)中斷任務(wù)和一個(gè)中斷矢量密切相關(guān)，在中斷矢量地址處存放中斷任務(wù)入口地址。C/C++語言本身沒有提供標(biāo)準(zhǔn)的中斷處理機(jī)制，用戶可以自行處理。Modula-2通過SYSTEM模塊中的IOTRANSFER進(jìn)程實(shí)現(xiàn)中斷處理。用戶也可以編寫自己的中斷處理程序。 　　（6） 指針 　　三種語言都提供了較強(qiáng)的指針操作。 　?。?） 數(shù)據(jù)類型檢測(cè) 　　Ada 有嚴(yán)格的數(shù)據(jù)類型檢測(cè)機(jī)制，混合類型是禁止的，數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換是允許的，但有嚴(yán)格的規(guī)范。C語言的數(shù)據(jù)類型檢測(cè)功能較弱，在數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，C++有改進(jìn)。Modula-2 對(duì)數(shù)據(jù)類型檢測(cè)嚴(yán)格，不允許不明確的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換。 　?。?） 程序控制結(jié)構(gòu) 　　Ada 提供了一整套嚴(yán)格的程序控制結(jié)構(gòu)以支持分支、循環(huán)等功能，也支持無條件轉(zhuǎn)移；C/C++提供了分支、循環(huán)等控制結(jié)構(gòu)，方便靈活，但在使用時(shí)應(yīng)注意避免不安全因素；Modula-2在分支、循環(huán)控制方面是很嚴(yán)格的，但在使用CASE-ELSE結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)注意，在無條件轉(zhuǎn)移時(shí)，用EXIT跳出循環(huán)，用RETURN結(jié)束進(jìn)程，使用時(shí)應(yīng)多加小心。 　?。?） 模塊結(jié)構(gòu)與獨(dú)立編譯 　　Ada程序的基本單元是subprogram、package、task和generic，而編譯的基本單元是subprogram和package，所有程序單元都可以獨(dú)立編譯，類型檢查嚴(yán)格，沒有公用數(shù)據(jù)區(qū)。C程序的基本單元是function，外部變量是全局變量，內(nèi)部變量是局部變量；C++程序是若干編譯文件的集合，每個(gè)文件可以定義class、function全局變量等類型，每個(gè)文件可以獨(dú)立編譯。Modula-2 的主程序由若干程序模塊和庫(kù)模塊組成，程序模塊是程序單元的最高層，各模塊可獨(dú)立編譯。 　?。?0） 異常事件處理 　　Ada提供了一個(gè)綜合錯(cuò)誤處理機(jī)制，用于處理由于語言本身和用戶自己引起的異常事件；C/C++語言沒有提供直接的異常事件處理機(jī)制，需由用戶自己處理，C++（V3.0）提供直接的異常事件處理功能；PIM Modula-2不提供異常事件處理功能，但也有一些其它編譯系統(tǒng)提供運(yùn)行錯(cuò)誤檢測(cè)和處理機(jī)制。 　?。?1） 任務(wù)（task）結(jié)構(gòu)支持 　　"task"是Ada程序標(biāo)準(zhǔn)的組成模塊，是該語言重要的和不可分割的組成部分；C中沒有獨(dú)立的"task"結(jié)構(gòu)，但可以通過"function"實(shí)現(xiàn)；在C++中可以通過"classes"實(shí)現(xiàn)；Modula-2中沒有獨(dú)立的"task"結(jié)構(gòu)，可以用"PROC"結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。 　?。?2） 數(shù)學(xué)模型支持 　　Ada提供了較好的數(shù)學(xué)模型支持，無論在何種微處理器上運(yùn)行，其程序行為都會(huì)受到嚴(yán)格檢查；C/C++支持定點(diǎn)、浮點(diǎn)運(yùn)算。但數(shù)學(xué)模型并不完善，容易引起一些無定義的行為，如被0除或上下溢出等；PIM Modula-2的數(shù)學(xué)模型與運(yùn)行環(huán)境有聯(lián)系，新標(biāo)準(zhǔn)在改進(jìn)。 　　（13） 語法與結(jié)構(gòu) 　　Ada英語式結(jié)構(gòu)及語法，程序易讀易懂；C/C++是一種簡(jiǎn)潔（terse）語言，程序比較難讀，C++更難讀；Modula-2語言結(jié)構(gòu)定義明確，程序容易閱讀。 　?。?4） 多任務(wù)支持 　　多任務(wù)支持是Ada語言的一大特點(diǎn)，是其不可分割的組成部分；C/C++不支持多任務(wù)；Modula-2通過"Coroutines"等機(jī)制支持多任務(wù)。 　?。?5） 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù) 　　Ada有豐富的基本功能庫(kù)；C/C++有非常豐富的庫(kù)程序，但在應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)注意兼容性；Modula-2有比較豐富的庫(kù)程序，但也應(yīng)注意兼容性。 　?。?6） OOP結(jié)構(gòu)支持 　　Ada83就是一個(gè)OOP語言，Ada95又有增強(qiáng)；C不支持OOP，C++具有較強(qiáng)的OOP功能；Modula-2不支持OOP，Modula-3支持OOP。 四、關(guān)于Java 　　Java語言是Sun Microsystems公司于1995年在Internet上發(fā)布的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言。其主要研制人是Gosling。他的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)能夠運(yùn)行于規(guī)模巨大、地域分布、體系異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的語言系統(tǒng)，完成多個(gè)電子設(shè)備之間的通訊與協(xié)同工作。Gosling在設(shè)計(jì)中采用了虛擬機(jī)器碼（virtual machine code）方式，即Java語言編譯后產(chǎn)生的是虛擬機(jī)，虛擬機(jī)運(yùn)行在一個(gè)解釋器上，解釋器用來解釋Java編譯器編譯后的程序。這使得Java成為一個(gè)與平臺(tái)無關(guān)的計(jì)算機(jī)語言，即Java應(yīng)用程序不用修改即可在不同的軟硬件平臺(tái)上運(yùn)行。從而實(shí)現(xiàn)了"一次編程，到處可用"（Write once,Run anywhere），使得Java語言很快風(fēng)靡全球，甚至有人說是一場(chǎng)革命[8]。 　?。?） Java的特點(diǎn) 　　Java語言是一種網(wǎng)絡(luò)語言，但它又不僅僅局限于此。近兩年Java語言發(fā)展迅速，在很多領(lǐng)域得到廣泛使用。這說明Java確實(shí)具有鮮明的特色。 　　首先，Java是簡(jiǎn)單的。它刪除了一些高級(jí)語言不是絕對(duì)必要的東西，如運(yùn)算符重載、標(biāo)題文件、指針運(yùn)算、隱式類型轉(zhuǎn)換、多重繼承等，并通過自動(dòng)垃圾收集功能大大簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)者的內(nèi)存管理工作，使程序設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單。 　　第二，Java是面向?qū)ο蟮?。Java語言的設(shè)計(jì)集中于對(duì)象及其接口，它提供了簡(jiǎn)單的類機(jī)制及動(dòng)態(tài)的接口模型。對(duì)象中封裝了它的狀態(tài)變量及相應(yīng)的方法，實(shí)現(xiàn)了模塊化和信息隱藏；而類則提供了一類對(duì)象的原型，并通過繼承機(jī)制使子類可以使用父類的方法，實(shí)現(xiàn)代碼重用。 　　第三，Java的體系結(jié)構(gòu)是中立的。一般來說，網(wǎng)絡(luò)是由不同結(jié)構(gòu)的機(jī)器構(gòu)成，CPU和作業(yè)結(jié)構(gòu)均有不同。讓應(yīng)用程序在不同結(jié)構(gòu)的機(jī)器上運(yùn)行是一件困難的事；但Java編譯器能產(chǎn)生一種結(jié)構(gòu)中立的目標(biāo)文件格式，使編譯碼可以在不同的處理器上運(yùn)行。 　　第四，Java是健全的。Java在編譯和運(yùn)行程序時(shí)都要對(duì)可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行檢查，以防止錯(cuò)誤的產(chǎn)生。當(dāng)程序出現(xiàn)例外時(shí)，Java會(huì)把它拋棄，以保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不會(huì)崩潰。 　　第五，Java是安全的。Java不支持指針操作，避免了指針操作帶來的種種弊端。Java擁有多個(gè)階層的互鎖（interlocking）保護(hù)措施，能有效防止病毒的侵入和破壞行為的發(fā)生。字節(jié)碼驗(yàn)證被Web瀏覽器用來確保小程序不含病毒。 　　 第六，Java是多線程的。Java可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)線程，如它可以在進(jìn)行計(jì)算的同時(shí)與用戶交互對(duì)話。通常，編寫多線程程序是困難的；但Java提供了容易使用的同步機(jī)制，使程序設(shè)計(jì)方便容易。 　　第七，Java是可擴(kuò)展的。Java的設(shè)計(jì)使它能夠適應(yīng)不斷發(fā)展的環(huán)境。在類庫(kù)中可以自由地加入新的方法和實(shí)例變量而不影響用戶程序的執(zhí)行，同時(shí)，Java通過接口來支持多重繼承，使之比嚴(yán)格的類繼承具有更靈活的方式和更大的擴(kuò)展性。 　?。?） Java與嵌入式系統(tǒng) 　　Java是網(wǎng)絡(luò)語言，而嵌入式系統(tǒng)則在功能、價(jià)格、體積、功耗、上市時(shí)間等方面有特殊要求。因此Java語言受速度和代碼容量的限制，本身并不適合于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。但Sun公司并不愿意放棄這個(gè)發(fā)展?jié)摿薮蟮膽?yīng)用市場(chǎng)，對(duì)Java進(jìn)行改進(jìn)后發(fā)表了J2ME（Java2 Micro Edition）。它是Java API的一個(gè)子集，只包含了Java的關(guān)鍵特性，是專門針對(duì)對(duì)內(nèi)存具有苛刻要求的嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。J2ME粗略地將應(yīng)用對(duì)象劃分為兩大類：內(nèi)存在128KB～512KB之間的設(shè)備和內(nèi)存大于512KB的設(shè)備，根據(jù)不同的類別提供不同的用戶接口和軟件包。 　　但是由于嵌入式系統(tǒng)的特殊性，一些在Java語言中被認(rèn)為是特性優(yōu)異的東西卻在嵌入式系統(tǒng)中成了十分棘手的問題。如缺乏指針尋址和運(yùn)行于Java虛擬機(jī)模式中的安全特性都使Java很難對(duì)硬件進(jìn)行直接控制；自動(dòng)垃圾收集功能使應(yīng)用失去了實(shí)時(shí)決策能力，即它不能以可預(yù)知、可重復(fù)的時(shí)間長(zhǎng)度來處理一個(gè)具體的代碼部分。實(shí)際上Java在進(jìn)行垃圾收集時(shí)暫停了整個(gè)應(yīng)用程序的執(zhí)行，因此，開發(fā)人員幾乎不能控制垃圾收集的時(shí)間。令人鼓舞的是這些問題已經(jīng)或正在被解決。即時(shí)編譯（just-in-time-compiler）程序和預(yù)先編譯（ahead-of-time-compiler）程序都可以提高Java代碼的執(zhí)行速度。如New Monic公司的Real Time Executive和WindRiver公司的Fast J都可以在一定程度上保證絕對(duì)時(shí)間決策應(yīng)用的開發(fā)。 　　另一方面，為能夠從硬件上更好地支持Java，很多廠家都致力于Java芯片的開發(fā)研制，以充分發(fā)揮嵌入式Java小巧靈活的特點(diǎn)來開拓嵌入式市場(chǎng)。如HP公司正在開發(fā)、完善自己的編譯工具和Java虛擬機(jī)。其目的是要Java嵌入到如打印機(jī)、醫(yī)學(xué)監(jiān)視器、自動(dòng)取款機(jī)等設(shè)備中，使設(shè)備具有一定的智能，增加設(shè)備的可管理性和可用性，大大提高設(shè)備的工作效率。Sun公司宣稱將在J2ME中以Profile的形式為每個(gè)領(lǐng)域規(guī)定API組件。Java TV就是其中面向雙向數(shù)碼電視的API組件。Sun表示，Java TV技術(shù)將提供雙向電視所需的基本環(huán)境、安全性、擴(kuò)展性及可攜帶性。通過Java TV技術(shù)，開發(fā)人員可以開發(fā)出更加富有吸引力的信息內(nèi)容和服務(wù)。Sun還宣布，將和通用汽車公司達(dá)成合作伙伴關(guān)系，共同致力于汽車工業(yè)Java標(biāo)準(zhǔn)的確立。一旦Java成為汽車工業(yè)的電腦標(biāo)準(zhǔn)語言，Java將增加數(shù)百萬用戶。在過去的一年里，J2ME在無線通訊領(lǐng)域得到了充分的重視和廣泛的應(yīng)用。因?yàn)镴2ME中包含了能夠在大多數(shù)消費(fèi)者的設(shè)備中運(yùn)行的Java虛擬機(jī)、專用的API函數(shù)庫(kù)和用于開發(fā)和設(shè)置的工具。因此，手機(jī)生產(chǎn)商紛紛推出能夠上網(wǎng)的手機(jī)供用戶選用。 　　在控制系統(tǒng)中，Java可以使所有操作在由標(biāo)準(zhǔn)Web瀏覽器提供的面板上完成。這些控制面板就是Java Applet。Web瀏覽器可以用來監(jiān)視或設(shè)置系統(tǒng)。這些監(jiān)視和設(shè)置操作均可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程進(jìn)行，這使得系統(tǒng)更加容易管理，特別是那些設(shè)置在危險(xiǎn)的、遙遠(yuǎn)的或不易接近地區(qū)的設(shè)備尤其需要Java的介入。 　　Java不僅是一門語言，更是一種思想。它將使軟件開發(fā)在設(shè)計(jì)風(fēng)格、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)過程等方面發(fā)生根本性變化。它將成為軟件再實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，未來OS的核心，各種應(yīng)用軟件的開發(fā)平臺(tái)和實(shí)現(xiàn)環(huán)境。但Java并不是萬能的，它有自己的應(yīng)用范圍，在網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、面向?qū)ο蟮膽?yīng)用、可視化操作、交互式應(yīng)用領(lǐng)域Java是優(yōu)秀的；但在實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域，如火箭控制、傳感器控制、宇宙飛行器的方位控制等方面C或匯編語言依然是最佳選擇。 總結(jié) 　　近年來計(jì)算機(jī)語言發(fā)展很快。新的語言不斷產(chǎn)生；流行語言不斷改進(jìn)，逐步完善；不適用的語言逐步被淘汰。計(jì)算機(jī)語言的發(fā)展呈現(xiàn)出生機(jī)勃勃的景象。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)高級(jí)編程語言倍受重視，逐步形成了百花齊放，百家爭(zhēng)鳴的局面。未來的嵌入式系統(tǒng)編程語言誰主潮流，現(xiàn)在還很難預(yù)測(cè)。Ada語言定義嚴(yán)格，易讀易懂，有較豐富的庫(kù)程序支持，目前在國(guó)防、航空、航天等相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛，未來仍將在這些領(lǐng)域占有重要地位。C語言具有廣泛的庫(kù)程序支持，目前在嵌入式系統(tǒng)中是應(yīng)用最廣泛的編程語言，未來仍將在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域占重要地位。C++在PC機(jī)系統(tǒng)和工作站系統(tǒng)中都是重要的編程語言。Visual C++將在圖形用戶接口——GUI方面有較大作用。但C++的目標(biāo)代碼往往比較龐大和復(fù)雜，在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中應(yīng)充分考慮這一因素。Modula-2定義清晰，支持豐富，具有較好的模塊化結(jié)構(gòu)，在教學(xué)科研方面有較廣泛的應(yīng)用。雖然該語言的開發(fā)應(yīng)用一直比較平緩，但近兩年在歐洲有所復(fù)蘇。Java語言相對(duì)年輕，但發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁。它的"一次編程，到處可用"的特性使得它在很多領(lǐng)域倍受歡迎。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，Java及嵌入式Java的應(yīng)用也將越來越廣泛。 　　從運(yùn)行特性來說，Ada語言具有較好的運(yùn)行行為。因?yàn)樗瓦\(yùn)行環(huán)境聯(lián)系較少，語言本身定義嚴(yán)格，因此其運(yùn)行行為是比較出色的。C/C++語言程序的運(yùn)行行為和硬件環(huán)境及編譯系統(tǒng)有較大聯(lián)系，因此，可能會(huì)產(chǎn)生較多意想不到的問題。在某個(gè)環(huán)境下運(yùn)行的程序換個(gè)機(jī)器或換個(gè)編譯系統(tǒng)就可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。因此，無論是C還是C++都有幾頁無定義行為的說明。 Modula-2也有比較好的運(yùn)行行為，且仍在改進(jìn)。Java語言采用虛擬機(jī)技術(shù)，使得其應(yīng)用程序的運(yùn)行與具體的應(yīng)用平臺(tái)無關(guān)，因此，具有良好的運(yùn)行特性。 　　雖然我們僅僅討論了Ada、C/C++、Modula-2三種語言的基本特性，對(duì)Java語言做了簡(jiǎn)要介紹。但這足以提示我們?cè)谇度胧较到y(tǒng)開發(fā)應(yīng)用中，應(yīng)高度重視高級(jí)語言在嵌入式系統(tǒng)編程中的優(yōu)勢(shì)所在，并應(yīng)合理地選擇、研究、開發(fā)、應(yīng)用適合自己的嵌入式系統(tǒng)高級(jí)編程語言。這不僅是未來嵌入式系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用的發(fā)展方向，而且對(duì)我國(guó)的嵌入式技術(shù)發(fā)展意義重大。MES 參考文獻(xiàn) 1 Kernebeck U.Component libraries for software re-use.Microprocessors and Microsystems, 1997，21（1）:49～54 2 Hill A D.The choice of programming languages for highly reliable software-a comparison of C and Ada.Ada user, 1991（3）:11～103 3 http://www.ada-usa.com/about-ada-page.html/ 4 Stroustrup B.The C++ programming language.3rdedn, Reading MA:Addison-Wesly, 1997 5 K H Ha.C language for finite element programming.Comput.Struct,1990,37（4）:873～880 6 Wirth W.Programming in modula-2.Springer-verlag, Berlin, 4thedn, 1988 7 Cooling J E.Languages for the programming of real-time embedded systems-a survey and comparison.Microprocessors and Microsystems, 1996,20（1）:67～77 8 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