KVM在嵌入式Linux上的移植

    目前嵌入式Linux被廣泛應用於嵌入式設備，Java語言由於其"Write Once，Run Anywhere"的特性，開始被應用於掌上電腦、智能手機等嵌入式系統。本文以uCLinux嵌入式操作系統為例，介紹移植KVM的過程。分以下部分進行介紹：

1.  uCLinux及KVM簡介
2.  獲取並安裝交叉開發工具
3.  獲取KVM源代碼
4.  修改KVM的Makefile
5.  編譯uCLinux版本的KVM
6.  測試KVM
7.  小結

1 uCLinux及KVM簡介
    uCLinux是一款優秀的嵌入式Linux操作系統，是micro-Conrol-Linux的縮寫，同時也是開放源碼的嵌入式Linux的典範之作。uCLinux主要是針對目標處理器沒有存儲管理單元MMU(Memory Management Unit) 的嵌入式系統而設計的，它已經被成功地移植到了很多平台上。它秉承了標準Linux的優良特性，經過各方面的小型化改造，形成了一個高度優化的、代碼緊湊的嵌入式Linux。雖然它的體積很小，卻仍然保留了Linux的大多數優點：穩定、良好的移植性、優秀的網路功能、對各種文件系統完備的支持和標準豐富的API。它專為嵌入式系統做了許多小型化的工作，目前已支持多款CPU。其編譯后的目標文件可控制在幾百KB數量級，並已被成功地移植到很多平台上。
    KVM是一種專門為嵌入式設備使用的JAVA虛擬機，它主要為J2ME CLDC使用。KVM可以理解為K Virtual Machine或者是 KJava Virtual Machine。是一種精簡，可移植的，專門為小設備，有內存，CPU等資源限制（例如：手機，PDA，POS機等嵌入式設備）設計的JAVA虛擬機。
    KVM的目的是創造一個儘可能小的且儘可能完整的JAVA虛擬機，使開發者不用像開發C語言一樣關心硬體，而通過JAVA語言來進行開發，達到一次編譯，各種平台使用的目的。

2 獲取並安裝交叉開發工具
    從http://sourceforge.net/project/showfiles.php?group_id=58162&package_id=54041獲取arm-elf-tools交叉編譯安裝包。這裡筆者曾經使用arm-elf-tools-20030314.sh編譯KVM，但遇到編譯錯誤。所以建議各位讀者下載arm-elf-gcc3.0以上的版本進行編譯。

3. 獲取KVM源代碼
    從http://www.sun.com/software/communitysource/j2me/cldc/download.xml獲取KVM的源代碼文件。

4. 修改KVM的Makefile
    下載並且解壓CLDC后，下面講述KVM具體的移植過程：
    修改j2me_cldc/kvm/VmUnix/build/Makefile文件
    該Makefile是編譯KVM所用到的，因為KVM是用C語言實現的，所以從理論上來講，也只要使用針對不同體系結構CPU的編譯器編譯KVM即可，這樣也就是如何實現交叉編譯KVM的問題了。
    修改Makefile文件需要熟悉makefile的語法規則，這裡不對該語言規則詳細講述，只對修改Makefile過程中涉及的內容做解釋，請讀者參閱關於makefile語法規則方面的相關資料。所涉及的Makefile修改部分如下：

ifeq ($(PLATFORM), linux)
# 註釋掉原有LIBS = -lm -lnsl
# LIBS = -lm –lnsl
# 添加如下一行
LIBS =
# 註釋掉原有CPPFLAGS = -DUNIX -DLINUX -D$(ARCH)
# CPPFLAGS = -DUNIX -DLINUX -D$(ARCH)
# 修改CPPFLAGS 定義如下：
CPPFLAGS = -D$(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定義CC，並指明包括的頭文件路徑和編譯選項
CC=arm-elf-gcc -I$(include) -D__uClinux__ -D__USE_BSD=1
# 用arm-elf-ld定義LD，連接目標文件時使用
LD=arm-elf-ld

WEC_LDFLAGS=-L./ -L${lib} -L${lib}/lib -L${lib}/libc -L${lib1} -T${lib}/elf2flt.ld
EXTLIBS= -lc -lgcc -lc
LDFLAGS =

ifeq ($(GCC), true)
# 註釋掉CC = gcc， 事實上由於ifeq ($(GCC), true) 不成立，該處不會執行到。
# CC = gcc
CFLAGS = -Wall $(CPPFLAGS) $(ROMFLAGS) $(OTHER_FLAGS)
DEBUG_FLAG = -g
OPTIMIZE_FLAG = -O2
else
# 註釋掉CC = cc 一行，這樣，系統採用CC=arm-elf-gcc 編譯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 ... $@"
# 註釋掉@$(CC) $(OBJFILES) -o $@ $(LIBS) $(EXTLIBS) 一行
# @$(CC) $(OBJFILES) -o $@ $(LIBS) $(EXTLIBS)
# 用arm-elf-ld連接目標文件
$(LD) -o kvm.x $(WEC_LDFLAGS) -r -d $(OBJFILES) $(LIBS) $(EXTLIBS) -Map kvm.map

5. 編譯uCLinux版本的KVM
    修改Makefile后，切換到j2me_cldc/build/linux目錄，執行make命令編譯kvm。如果不能通過編譯，建議用arm-elf-gcc3.0以上版本的交叉編譯工具進行編譯。編譯完成後，將在j2me_cldc/kvm/VmUnix/build目錄下生成kvm.x文件，因為uClinux操作系統上可執行文件都必須為Flat格式，需用elf2flt工具對kvm.x進行轉換。在終端提示符下執行如下命令：
elf2lft –o kvm kvm.x
    生成kvm可執行文件，至此，整個kvm編譯過程完成。

6. 測試KVM
    這樣編譯出來的kvm是針對ARM體系結構的，所以在Red Hat Linux 7.3系統上無法運行，讀者可以編輯“Hello World”程序。然後在終端提示符下做如下測試：
./kvm –classpath j2me_cldc/samples/classes HelloWorld
程序報錯，這說明當前編譯出來的KVM不是針對X86體系結構。接下來下載kvm到運行uClinux操作系統的嵌入式設備上，再測試kvm。
    拷貝kvm以及HelloWorld.class到 uClinux-dist/romfs/bin目錄下執行make image，生成包含kvm及HelloWorld.class的romfs.img
    下載image.ram和romfs.img到板子上uClinux系統啟動后，輸入如下命令測試
./kvm –classpath /bin HelloWorld

7. 小結
    本文以uCLinux嵌入式操作系統為例討論了KVM的移植過程，若讀者希望在其他體系結構的嵌入式Linux（比如PPC Linux, MIPS Linux）系統上移植KVM，可以根據其編譯環境修改KVM的Makefile進行編譯。如果為讓系統支持更多的功能，如MIDP等，則需要作進一步的研究與探索。