物聯網、UI/UX 和 AI 等嵌入式系統每天都變得越來越復雜。過去只有一個或兩個功能的產品現在為用戶提供了更多的實用程序，需要反映用戶界面提供的體驗。物聯網正在改變我們處理硬件的方式，保證了互聯、自動化甚至更智能的日常生活。Java是最常用的編程語言之一，特別是因為它易于開發和跨平臺使用。但是，Java尚未在嵌入式系統的開發中被廣泛采用。事實上，C/C++仍然是嵌入式系統中最流行的編程語言。大約80%的嵌入式系統項目是用C/C++編寫的，但將來不會這樣。可能會采用新的語言來滿足市場增長。使用 C/C++ 構建項目非常耗時，并且很難找到或培訓新的 C/C++ 專業人員。本文的目的是展示使用Java進行嵌入式系統開發的主要優點，以及這種語言的缺點（以及建議處理和解決這些缺點的方法）。

物聯網和嵌入式系統與Java的比較

多年來，參與嵌入式系統開發的專業人員數量大幅增長。當然，這種專業人員與從事臺式機和移動設備應用程序開發的人數之間存在巨大差異。但是，根據IC Insights的數據，嵌入式設備MPU的銷量將在三年內與智能手機處于同一水平。

一般來說，機器已經配備了真正的技術武器庫。我們周圍的產品，如汽車和家用電器，已經創造出能夠響應人類需求的不同事件和要求的能力。在這種情況下，物聯網代表的不是未來的趨勢，而是現在正在發生的事情。這也可以在工業環境中看到。工業自動化需要更多的連接性、數據分析，當然還有新的儀表板。

考慮到所有這些，有必要關注未來的預期。盡管 C 和 C++ 需要更少的內存和 CPU 周期，但 Java 應該被視為嵌入式系統的更好選擇，因為它是最有組織的編程語言之一，非常適合大型項目。Java 具有嵌入式系統環境的理想特征，包括可移植性、代碼重用、可靠性、安全性、WEB 以及與其他嵌入式系統的連接。為了提供嵌入式世界需要（并且已經要求）的東西，使用像Java這樣的高級語言是很重要的。此外，世界上有很多Java開發人員，遷移到嵌入式系統對他們來說應該不是問題。

在嵌入式系統上使用 Java 的優勢

使用Java為嵌入式設備開發應用程序，除了最佳的語言質量外，由于各種用途和現有支持，還可以減少應用于項目創建的時間和成本。那么，讓我們看看為什么你應該將Java用于嵌入式系統的其他一些原因：

上市時間很重要，提供更少的開發時間：Java具有理想的內存管理，并且更容易檢測錯誤（并修復它們）;

建議用于超過 5 個屏幕的 GUI 項目;

從第一個版本開始就堅固耐用（得益于封裝概念、設計模式和 SOLID 原則）;

單純;

可移植到不同的CPU或操作系統（無需重寫代碼）;

安全性，支持加密敏感數據;

大量獨立于操作系統的庫;

可在桌面和遠程調試;

在高級語言和高性能方面的最佳折衷方案（取決于所使用的虛擬機）;

看起來很完美！但是（就像世界上的一切一樣）也有一些缺點。讓我們看看Java在嵌入式系統面臨的挑戰。

將 Java 用于嵌入式系統的缺點

選擇Java有很多很好的理由。但是，在嵌入式系統上使用 Java 有三個主要缺點：

Java非常冗長;

它復雜而龐大（217 個包，4240 個類）;

性能低。

甚至甲骨文自己也創建了Java SE Embedded來解決這類問題，并針對嵌入式設備優化了虛擬機。但是，對于大量針對低端設備的項目來說，這還不夠。

這種擔憂一直是Java進入嵌入式系統的主要障礙。但好消息是，有一些新技術旨在解決所有這些問題。

嵌入式系統占用空間小，性能高

為了實現這一目標，有必要找到完整Java和Java虛擬機的替代方案。在這種情況下，TotalCross是一個有趣的框架。

TotalCross是嵌入式系統的SDK，使用自己的虛擬機，稱為TotalCross虛擬機（TCVM）。TCVM 不是基于堆棧的 JVM，而是基于寄存器的虛擬機。這在運行時間上產生了巨大的差異，因為它減少了加載的指令數量。正如您在以下示例中看到的，一個簡單的操作在 JVM 上加載四條指令，而在 TCVM 上運行時只加載一條指令。

除了TCVM之外，還基于統計研究創建了一個稱為TotalCross字節碼的優化字節碼，以確定對性能影響最大的最常用的函數。除了這些函數減少指令數量的壓力外，這種優化的字節碼還確保了低占用空間，因為它使用了一個名為 Nano Java 的 Java 子集，該子集只有 86 個包和 1184 個類（完整 Java 的 1/4）。

TotalCross不使用所有的Java架構，而只使用嵌入式應用程序開發所需的架構。所有這些特性為嵌入式系統提供了5MB的占用空間和高性能。

結論

在嵌入式系統上使用Java的優點多于缺點，特別是因為代碼的質量和已經能夠使用Java編程的大量人員。將Java社區納入嵌入式系統領域尤為重要，因為它是編程世界中的第三大社區。但是，正如我們所看到的，足跡和性能會影響項目結果。因此，建議使用能夠打破這些障礙的替代方案，例如TotalCross框架。有了它，可以享受Java的所有優點，并且仍然保證嵌入式系統的低占用空間和高性能。

審核編輯：郭婷