在J2ME/MIDP中实现图像旋转

Z时代
2024-01-10
分类：IT

J2ME是标准版java（J2SE）面向手机、PDA等各类移动和嵌入式设备的缩减版本，是一种获得众多厂商的支持和广泛使用的移动设备开发平台。图一展示了J2ME技术的体系结构。它分为三层：虚拟机层，配置层，和简表层。　　配置层（Configuration）通过对功能的描述，把千差万别的嵌入式设备进行了功能的说明和分类。它把运算功能有限、内存较小、电力有限的设备，定义在CLDC(有限连接设备配置)规范中，这类设备有PDA 、手机等；把运算能力相对较佳、内存相对较大、电力供应比较充足的设备，定义在CDC(连接设备配置)规范之中，这类设备有电冰箱、机顶盒、车载计算设备等。　　虚拟机层（Virtual Machine）基于宿主操作系统，按照某一种配置，实现了Java虚拟机。CDC配置对应的虚拟机叫CVM，CLDC对应的虚拟机叫做KVM。　　简表层（Profile）建立在配置层之上，提供了面向用户的更高层次的功能，如用户接口，网络，数据存储等。基础规范（Foundation Profile）和个人规范（Personal Profile）是CDC之上的两个重要的规范，移动信息设备规范（MIDP）和PDA规范（PDAP）是CLDC之上的两个重要的规范。当前，无线应用程序的开发主要是在MIDP之上进行的。　　配置层和简表层共同构成了J2ME的运行环境。如CLDC/MIDP架构构筑了手机应用程序的开发和运行环境。本文所实现的图像旋转算法便是基于这种架构的。　　　　图一 J2ME 体系结构　　需要注意的是，这些规范也是在不断发展的。如早期很多的设备的计算能力非常有限，CLDC1.0就只支持整型数值。后来数随着设备运算能力的提高，CLDC1.0发展到CLDC1.1，就加如了对浮点运算的支持。对MIDP规范也一样，从1.0发展到2.0，它通过扩充类和接口的功能，加强了对游戏开发的支持，增加了图像处理功能（旋转要用到），增强了对网络功能的支持，如串口、套接字、https等。　　2D旋转的数据基础　　考虑笛卡儿直角坐标系中单个点旋转的情况。如图二示，这里点P(x,y)到原点O绕O点逆时针旋转角度θ后到点P′(x′,y′)。由三角函数的几何意义，有x = r*cos α ,y = r*si n α和x′ = r*cos(α +θ) , y′ = r*sin(α + θ)，推出：　　x′ = x * cos θ – y * sin θ 　　y′ = y * cos θ + x * sin θ 　　当把旋转点一般化为Q（x0,y0）,得到：　　x′ = x0 + (x - x0) cos θ - (y - y0) sin θ 　　y′ = y0 + (y - y0) cos θ + (x - x0) sin θ 　　在开发时，我们使用设备坐标系，它以屏幕的左上角为坐标原点，y轴方向向下。此时，我们不妨视θ为饶旋转点顺时针旋转的角度，这样，上面的公式依然成立。　　

　　图二 2D点的旋转一般图像的旋转算法

摘要提出一种适用于嵌入式系统的模块动态加载技术，设计实现简单，占用资源少，开销小，并且成功运用于DeltaOS．可提高系统的灵活性和扩属性.介招加载与动态链接的原理和应用情况，解释相关术语，描述基本设计思路：详细说明该技术的核心。即模块声明、调用库、两级重定位表，最后给出结论。　关键词模块动态加栽嵌入式系统DeltaOS

引言　随着电子技术的飞速发展，嵌人式设备应用越来越广泛，复杂度也越来越高。这使得硬件和软件设计比例发生了很大变化，软件开发的比重越来越大。然而传统嵌入式开发过程中需要将应用与操作系统编译链接成一个整体，然后下载到目标机上运行。如果在调试过程中发现问题，需要重新编链接然后重复下载运行的过程。这样的开发流程周期长而且繁琐，已经越来越不适应快速市场化的需要。

为了适应多样化的嵌入式应用和加快嵌入式系统的开发过程，除了需要可靠的基础平台软件的支持，如带有文件系统、网络协议栈的RTOS和配套的集成开发环境，更重要的是需要可以动态扩展的系统平台。近年来，新一代的嵌入式操作系统已经开始使用动态扩展技术：将基本系统(包括操作系统以及其他共享功能调用库)和应用程序开发分开处理，支持模块更新和动态加载技术。很多主流的传统嵌入式操作系统厂商，如windRiver、Green HilIs、Lynxworks，都推出了面向航空航天、基础通信设备等领域的高可靠、高性能的RTOS版本，支持应用和系统组件的动态加载和更新；而在消费电子领域，相关的操作系统厂商，如symbian、Palm、Microsoft，更是积极推出了具有相应功能的操作系统，在新一代移动设备上得到了广泛应用。

为了成为可动态扩展系统平台，大部分嵌入式操作系统需要使用动态加载技术。总的来说，动态加载是指应用或者系统在运行过程中需要使用某模块的服务，于是通过一系列预定的动作将指定模块加载到系统中，让调用者继续顺利工作。它实现的关键就是加载与动态链接技术。因为加载和动态链接互相依赖，关系紧密，所以将两者放在一起进行讨论。

1 加载与动态链接机制　加载主要负责将模块程序从二级存储设备(比如硬盘或者Flash)搬移到指定内存空间，并且将模块交由系统加载器统一管理。

程序链接分为静态链接、加载时链接和运行时链接。静态链接就是将程序和它运行所需的全部库链接成一个执行文件。它的优点是可以独立运行、速度快，但是它链接生成的代码尺寸比较大。加载时链接是指程序在编译链接时不会把它用到的库链接到执行程序中，而是在它被加载器加载时才解析执行文件，依次把用到的库装载到系统中让其运行。它的优点是程序本身代码量减小，但运行时程序占的内存并没有减小，同时增加了加载器的工作量。动态链接是加载时链接的进一步发展，它是指将库的加载过程延迟到程序运行时执行。这种方式不会给程序引入额外的代码，也不会增加加载器的开销，只有当应用真正使用某库时才会加载该库，减少了不必要的空间占用。它的缺点是可能会有一些运行开销。

嵌入式系统中动态加载和普通的动态链接概念类似，但是嵌入式系统中的加载链接器有其自身的特点：它是交叉加载，主机端做一部分工作，比如程序的重定位，执行文件的解析等等；而目标机端相对简单，主要做模块搜索定位和空间分配，以及指定物理地址或者映射虚拟地址让其运行。一部分嵌入式系统不支持虚拟内存，应用和内核共享存储空间。当系统加载了多个应用到系统中时，一般需要使用overlap技术来解决内存空间有限的问题，即是当多个应用的运行地址空间冲突时，加载器会冻结当前暂时不运行的应用，让新加载的应用使用指定的地址空间，PairnOS中就采用了这样的设计。对于支持虚拟内存的嵌入式系统，加载器的工作被大大简化，每个应用都有可以运行在同样的虚拟的空间，不需要加载器为其重定位或使用overlap技术，因此提高了工作效率。Vxworks6．O，WinCE都使用了这种设计。两种方式在不同的领域都有比较多的应用。

文中提出的模块动态加载技术是基于支持MMU(Memory Management Unit)的32位嵌入式操作系统，采用了加载与动态链接技术。使用该技术构建的嵌人式系统面向高端市场，特别是对系统可靠性、安全性要求很高的领域。在DeltaOS新一代高可靠的版本HAR(High Available Reliable system)的研发过程中，即成功地实现了基于该设计的加载器LambdaLoader，达到了预期的性能要求。

2 模块动态加载的设计　2.1 设计思路　首先定义一些概念：模块、目标程序、接口函数地址表和调用库(call Library)。　①模块，主要是指加载器加载的一个单位，并且这里模块的概念主要是强调它是为应用或者系统提供一系列服务的提供者。　②目标程序，是指模块的使用者。它可以是应用，也可以是另一个模块。　③接口函数地址表(文中也称之为模块重定位表)，指在模块中有一个数组表，该数组表的内容是该模块对外提供的函数接口的地址。　④调用库，是供模块调用者链接使用的专有库。它与相关模块一一对应，将封装了的模块接口供目标程序使用。除此以外，它还有一个运行时才确定的模块重定位表地址指针和模块动态查找定位的代码。

如果在系统中要实现动态加载，首先需要一种模块定位机制，使得调用者能够在系统中动态定位需要的模块，其次是要能让模块与目标程序动态的关联在一起，协调工作。为了解决这些问题，需要一系列相关的设计：规定模块的声明方式；简化目标机端模块地址空间定位的工作；重定位表的机制等等。基于这样的设计，系统可以比较顺利地实现动态加载。模块动态加载的工作流程如图l所示。这里描述的主要是目标机端的工作。

　2.2 模块的声明　模块首先要定义它的相关属性。这里使用模块声明文件来完成这个工作。模块声明文件中需要定义：模块名字、版本、对外提供的API接口。在系统编译模块程序后，会调用一系列的script代码。这些script会根据模块名字查找模块对应的模块声明文件，并根据该文件生成供模块调用者使用的调用库和与模块一起链接的附加库。