CN102622263A

CN102622263A - 机顶盒上基于嵌入式系统虚拟机的实现方法

Info

Publication number: CN102622263A
Application number: CN2012100371445A
Authority: CN
Inventors: 李明春; 贺旺喜; 刘焱清; 郭湘南; 石磊; 王子键
Original assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Current assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2032-02-20
Also published as: CN102622263B

Abstract

本发明公开了一种机顶盒上基于嵌入式系统虚拟机的实现方法，包括步骤：基于不同的平台，生成相应的编译脚本，编译相应的QT图形库，在编译生成QT图形库的编译脚本中指定对应的平台，并移植QT图形库到高版本QT图形库；移植虚拟机底层的中央处理器CPU指令和内存、文件读写方式，编译生成适应不同平台的Java虚拟机程序，通过调用Java虚拟机程序在机顶盒上运行基于Java的增值业务。本发明能实现机顶盒上基于通用嵌入式系统的Java虚拟机，符合嵌入式系统对性能和空间的要求，开发维护简单，功能统一，减少了由于平台不同产生的研发工作量，开发维护成本降低。

Description

机顶盒上基于嵌入式系统虚拟机的实现方法

技术领域

本发明涉及IPTV(Internet Protocol Television，交互式网络电视)系统终端机顶盒(Set Top Box)技术领域，特别是涉及一种机顶盒上基于嵌入式系统虚拟机的实现方法。

背景技术

目前三网融合的技术层面已基本成熟，随着三网融合理念的不断深入人心，IPTV业务在经历了多年的发展积累后，其产业形态已日趋成熟，产业价值也不断提升，目前已成为三网融合进程中的主导型业务，为三网融合开创了一种切实可行的发展模式。三网融合发展的关键在带宽、交互与增值，而IPTV增值业务的灵活开展必将成为助推其快速发展的重要因素之一。

在IPTV的建设过程中，电信运营商积极推动平台和终端的开放和互联互通，例如中国电信制定了IPTV2.0规范，在一定程度上解决了IPTV机顶盒与平台之间的互联互通问题，但由于芯片、操作系统、浏览器等的不统一，IPTV机顶盒之间差异巨大，各类IPTV增值应用难以大规模推广应用，这严重影响和制约了IPTV增值业务的开展。因此，作为目前IPTV增值业务运行的通用平台Java虚拟机(JavaVirtual Machine)，如何使其在不同芯片和不同操作系统上可靠的运行，如何提供一个统一的增值业务运行平台，使IPTV增值业务得以大规模顺利开展和推广，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种机顶盒上基于嵌入式系统虚拟机的实现方法，能够实现机顶盒上基于通用嵌入式系统的Java虚拟机，符合嵌入式系统对性能和空间的要求，开发维护简单，功能统一，极大的减少了由于平台的不同产生的研发工作量，降低了开发成本和维护成本。

本发明提供的机顶盒上基于嵌入式系统虚拟机的实现方法，包括以下步骤：A、基于不同的平台，生成相应的编译脚本，编译相应的QT图形库，在编译生成所述QT图形库的编译脚本中指定对应的平台，并移植所述QT图形库到高版本QT图形库；B、移植虚拟机底层的中央处理器CPU指令和内存、文件读写方式，编译生成适应不同平台的Java虚拟机程序，通过调用Java虚拟机程序在机顶盒上运行基于Java的增值业务。

在上述技术方案中，步骤A中所述平台为arm、mips或者X86平台。

在上述技术方案中，步骤A中在所述编译脚本中指定交叉编译环境、源码路径、CPU类型、图形库路径版本和实现的功能开关。

在上述技术方案中，步骤A中通过宏定义开关对QT图形库进行裁剪，使QT图形库的大小适应嵌入式系统环境。

在上述技术方案中，步骤B中通过不同平台的编译脚本，调用对应的高版本QT图形库，编译移植后的虚拟机代码，生成在IPTV机顶盒上运行的适应不同平台的Java虚拟机程序。

在上述技术方案中，步骤B中将编译生成的虚拟机程序打包，拷贝到IPTV机顶盒上，通过浏览器触发，从IPTV平台下载基于Java的增值业务客户端，在机顶盒的Java虚拟机上运行基于Java的增值业务，和运营商的IPTV平台进行通信。

在上述技术方案中，所述Java虚拟机统一屏蔽底层不同的CPU类型和操作系统类型。

在上述技术方案中，步骤A中移植所述QT图形库到高版本QT图形库的过程如下：在Java虚拟机的编译脚本中指定新版本QT图形库的位置，将Java虚拟机QT图形库从旧版本升级到新版本并移植QT图形库函数，对基于Java虚拟机的应用程序输出显示在屏幕上界面进行调试，验证各平台上QT图形库的移植是否成功。

在上述技术方案中，所述将Java虚拟机QT图形库从旧版本升级到新版本并移植QT图形库函数的过程如下：对于新旧版本QT图形库中均存在且功能相同的函数，直接移植该函数；对于新版本QT图形库中存在的与旧版本QT图形库函数功能相同的替代函数，移植所述替代函数；对于在新版本QT图形库中已被淘汰的函数，通过新版本QT图形库的接口开发实现相同功能的新函数。

在上述技术方案中，所述验证各平台上QT图形库的移植是否成功的过程如下：先在个人计算机PC的X86平台上进行调试修改，若QT图形库的编译通过且输出刷新正确，则判定QT图形库的移植修改成功，然后按照上述步骤验证arm、mips平台上QT图形库的移植是否成功。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)本发明通过采用业界普遍认可的Java虚拟机原型，对其底层CPU(Central Processing Unit，中央处理器)操作和内存操作进行针对不同的平台进行移植，对上层应用层提供统一的接口，对其关键移植部分图形库接口，采用目前比较流行的QT4.7，作为图形库的实现。QT是诺基亚开发的一个跨平台的C++图形用户界面应用程序框架，由于QT图形库本身具备很好的移植功能，已基本支持arm、mips和X86三种不同类型平台，经过适当的裁剪，去掉不必要的部分以后，其核心库只有3M左右，所以QT图形库能很好的适应嵌入式系统的要求。

(2)本发明的Java虚拟机能够适应目前通用的各种嵌入式CPU类型，例如arm、mips、X86系列，当前的IPTV机顶盒一般是基于arm，mips和X86三个平台，本发明解决了IPTV机顶盒上基于Java的增值业务运行的问题，为典型的基于IPTV的增值业务的推广提供一个通用的运行平台。同时由于它是基于Java语言运行平台，以及Java语言的跨平台型和较好的面向对象性，使基于IPTV系统的增值业务的开发与在PC(Personal Computer，个人计算机)上开发一样简单。

(3)对于Java虚拟机本身和QT图形库，本发明只需要维护一套代码，在各个不同的平台下，采用不同的编译开关和脚本，生成适应不同平台的可执行程序，实现机顶盒上基于通用嵌入式系统的Java虚拟机，维护简单，且功能统一，极大的减少了由于平台的不同产生的研发工作量，降低了开发成本和维护成本。

(4)只需要移植一次QT图形库，就可以在arm、mips和X86三种不同类型平台上使用，极大的减少了移植图形库的时间，同时由于新版本QT图形库在旧版本QT图形库进行了优化和升级，其性能和功能都得到了很大的提升。

(5)对arm、mips和X86三种不同类型平台的支持，使IPTV机顶盒在芯片选型上有更多的选择，对三种类型芯片的支持以及Java语言的跨平台性，使用户在考虑采购芯片、研发成本时不再有由于结构不同导致的太多顾虑。

(6)Java虚拟机经过移植测试后，不仅性能很好，而且改进了Java应用程序的启动时间和执行速度，其大小总共只有4M左右，很符合嵌入式系统对性能和空间的要求。

(7)从标准来看，本发明不仅遵循CLDC(Connected LimitedDevice Configuration，有限连接设备配置)系列规范，还实现了高效的资源管理，以及对多任务的支持等。

(8)本发明能够满足基于不同CPU架构嵌入式系统IPTV机顶盒上运行Java增值业务的需求，为电信运行商快速开发和部署基于Java的增值业务，提供了很好的技术支撑。同时由于将基于Java虚拟机的QT图形库移植到更高的版本，其使在机顶盒上开发基于Java的图形应用程序功能也更强大，运营商可以根据需要灵活实现各种各样的增值业务。

附图说明

图1是本发明实施例中Java虚拟机在IPTV机顶盒软件中的层次结构示意图。

图2是本发明实施例中的方法流程图。

图3是本发明实施例中移植QT图形库的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。

由于机顶盒软件系统属于嵌入式系统领域，软件运行效率受CPU频率、内存资源等制约，软件体积受单板存储器的限制。同时开发机顶盒软件要考虑对多种芯片方案的兼容性和可移植性。因此，软件结构一般采用分层设计，功能模块化，降低系统耦合，使系统具备可重用、可移植能力。代码设计上尽量选用可以共用的软件库，例如QT图形库，Java虚拟机和浏览器可以共用。IPTV机顶盒是整个IPTV系统的客户端设备，对IPTV机顶盒上Java虚拟机的开发是在嵌入式环境下进行的。

参见图1所示，一个完整的IPTV机顶盒由硬件平台和软件系统组成，其中整个机顶盒系统可以分为4层，从底层向上分别为：硬件层、操作系统层、中间层和应用层。Java虚拟机软件在应用层中，图形库位于中间层。Java虚拟机通过下面的三个层次(硬件层、操作系统层、中间层)的屏蔽，很好的解决了Java虚拟机由于硬件、操作系统、CPU类型等不同带来的兼容性问题。参见图1所示的IPTV机顶盒系统软件层次结构，操作系统层包括基于芯片的操作系统和驱动SDK(Software Development Kit，软件开发工具包)，完成操作系统的加载，提供上层软件的运行环境；应用层提供可用于EPG(ElectronicProgram Guide，电子节目菜单)首页显示和操作的嵌入式浏览器功能，其支持电信颁布的IPTV系统序列标准规范2.0版本，保证了机顶盒和电信运营商IPTV平台的互联互通。

电信IPTV平台上基于Java的增值业务运行过程一般如下：首先在应用层通过浏览器调用，将增值业务客户端从IPTV平台处下载到终端机顶盒上，然后Java虚拟机通过调用中间层的图形库，来加载运行该增值业务客户端和IPTV平台进行通信。在中间层的图形库，通过调用操作系统层的各种芯片的绘图SDK进行最终的图形绘制，最终将图形界面通过输出端口输出到电视等显示终端上进行显示。同时位于中间层的图形库，其作为公共资源，还可以作为浏览器和播放器的图形接口使用，给用户展示各种直播点播节目和新闻页面等信息。

本发明实施例提供的机顶盒上基于嵌入式系统虚拟机的实现方法，包括以下步骤：

A、基于不同的平台，生成相应的编译脚本，编译相应的QT图形库，在编译生成所述QT图形库的编译脚本中指定对应的平台，并移植所述QT图形库到高版本QT图形库；

B、移植虚拟机底层的中央处理器CPU指令和内存、文件读写方式，编译生成适应不同平台的Java虚拟机程序，通过调用Java虚拟机程序在机顶盒上运行基于Java的增值业务。

参见图2所示，本发明实施例中的实现方法，具体包括以下步骤：

步骤S101：首先基于不同的平台(arm、mips、X86)生成不同的编译脚本，各个编译脚本需要指定交叉编译环境、源码路径、CPU类型、图形库路径版本等信息，还有需要实现的功能开关等。

步骤S102：针对不同的平台，编译相应的QT图形库，在编译生成QT图形库的编译脚本中，需要指定对应的平台(arm、mips、X86)，同时通过宏定义开关对QT图形库进行裁剪，裁剪掉不需要的部分，使图形库的大小更小，以适应嵌入式系统环境。

步骤S103：移植Java虚拟机QT图形库到高版本QT图形库。鉴于Java原型机所供的图形库接口所使用的QT版本较低，且实现功能有限，此部分需要移植到高版本的QT图形库，所以此部分工作量较大(该部分的移植流程将在以下介绍中结合附图进行详细说明)，但是只要移植成功后，便可以在不同平台之间使用该图形库接口，可以一劳永逸，所以此步骤是实现通用Java虚拟机的关键所在。

步骤S104：移植虚拟机底层的CPU指令和内存文件读写方式，由于该部分需要屏蔽各种平台底层对各种资源操作的差别，所以需要对各个平台下不同内存、地址操作需要熟悉，其中主要是基于Mps平台的有关字节序的问题和对文件进行读写的标志位操作的问题需要搞清楚。

步骤S105：编译生成适应不同平台的Java虚拟机程序。通过步骤S101成的各种不同平台的编译脚本，调用步骤S103成的对应平台的QT高版本图形库，编译步骤S104移植后的虚拟机代码，最终生成可以在IPTV机顶盒上的适应不同平台的Java虚拟机运行程序。

步骤S106：通过调用Java虚拟机程序，在机顶盒上运行基于Java的增值业务。将步骤S105编译好的虚拟机程序打包后，拷贝到IPTV机顶盒上，通过其他终端软件如浏览器进行触发运行，其通过浏览器从IPTV平台下载基于Java的增值业务客户端，在机顶盒的Java虚拟机上运行，和运营商的IPTV平台进行通信。对于底层不同的CPU类型和操作系统类型，则统一由Java虚拟机来屏蔽。

需要特别强调的是：步骤S103是本发明实施例中Java虚拟机实现流程中工作量最大的部分，由于新旧QT图形库的结构有很大的改变，因此移植过程需要对新旧版本QT图形库有深入的了解。

参见图3所示，步骤S103中移植QT图形库的具体流程如下：

步骤S201：由于QT图形库接口部分是集成在整个Java虚拟机内部，所以如果需要对其进行调试和修改，需要重新编译整个虚拟机。因此需要在编译Java虚拟机的脚本中指定新版本QT图形库的位置。

步骤S202：将Java虚拟机QT图形库从旧版本升级到新版本并移植QT图形库函数，针对新旧版本图形库不兼容的情况，分别采取如下三种不同的实现方式：

步骤S202a：对于在新旧版本QT图形库中均存在且功能相同的函数，移植过程中直接使用该函数，无需做任何改变；

步骤S202b：对于在新版本QT图形库中存在的与旧版本QT图形库函数功能相同的替代函数，移植该替代函数；

步骤S202c：对于在新版本QT图形库中已经被淘汰或者不再使用的函数，通过新版本QT图形库的接口开发，重新实现相同功能的新函数。

步骤S203：由于新旧版本QT图形库对图形画面的刷新、绘制、缓冲有很大的差异，需要专门针对新版本QT图形库进行设计移植。

步骤S204：由于在机顶盒上运行的基于Java的增值业务大部分是通过浏览器进行调用的，其对屏幕输出的位置由于相对坐标的不同需要调整，因此需要对基于Java虚拟机的应用程序在屏幕上输出的部分进行调试，将应该显示的部分显示出来，不应该显示的部分不让它显示出来。

步骤S205：将以上有关新旧版本QT图形库的所有差异修改完成后，先在PC上X86平台上进行调试修改，若QT图形库的编译通过且输出刷新正确，则判定QT图形库的移植修改成功，然后按照上述步骤验证arm、mips平台上QT图形库的移植是否成功。

通过以上详细说明，可以看出：本Java虚拟机的实现关键在于Java虚拟机图形库从旧版本到新版本的移植，同时，新版本的图形库既可以作为机顶盒上浏览器的图形库接口使用，又可以作为本Java虚拟机的图形接口使用，这样在基于嵌入式系统的机顶盒上节省了空间，同时基于QT图形库的跨系统(linux、windows)和跨平台(arm、mips、X86)性，该Java虚拟机图形库的实现只需要维护一套代码，即可以在各种不同的平台上使用，只是在编译时使用不同的编译脚本即可，这样就大大减低了研发的工作量，同时便于维护。

总之，本发明实施例实现的机顶盒上运行的Java虚拟机，可以很好的应用于目前电信运营商IPTV平台快速及时的开展各种基于Java的增值业务，同时在机顶盒上可以利用Java语言的平台无关性和已经移植好的图形接口，在机顶盒空间和性能允许的情况下，开发一些在机顶盒本地运行的图形界面程序，实现例如本地播放和图片浏览等功能。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种机顶盒上基于嵌入式系统虚拟机的实现方法，其特征在于包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的机顶盒上基于嵌入式系统虚拟机的实现方法，其特征在于：步骤A中所述平台为arm、mips或者X86平台。

3.如权利要求1所述的机顶盒上基于嵌入式系统虚拟机的实现方法，其特征在于：步骤A中在所述编译脚本中指定交叉编译环境、源码路径、CPU类型、图形库路径版本和实现的功能开关。

4.如权利要求1所述的机顶盒上基于嵌入式系统虚拟机的实现方法，其特征在于：步骤A中通过宏定义开关对QT图形库进行裁剪，使QT图形库的大小适应嵌入式系统环境。

5.如权利要求1所述的机顶盒上基于嵌入式系统虚拟机的实现方法，其特征在于：步骤B中通过不同平台的编译脚本，调用对应的高版本QT图形库，编译移植后的虚拟机代码，生成在IPTV机顶盒上运行的适应不同平台的Java虚拟机程序。

6.如权利要求5所述的机顶盒上基于嵌入式系统虚拟机的实现方法，其特征在于：步骤B中将编译生成的虚拟机程序打包，拷贝到IPTV机顶盒上，通过浏览器触发，从IPTV平台下载基于Java的增值业务客户端，在机顶盒的Java虚拟机上运行基于Java的增值业务，和运营商的IPTV平台进行通信。

7.如权利要求6所述的机顶盒上基于嵌入式系统虚拟机的实现方法，其特征在于：所述Java虚拟机统一屏蔽底层不同的CPU类型和操作系统类型。

8.如权利要求1至6中任一项所述的机顶盒上基于嵌入式系统虚拟机的实现方法，其特征在于：步骤A中移植所述QT图形库到高版本QT图形库的过程如下：在Java虚拟机的编译脚本中指定新版本QT图形库的位置，将Java虚拟机QT图形库从旧版本升级到新版本并移植QT图形库函数，对基于Java虚拟机的应用程序输出显示在屏幕上界面进行调试，验证各平台上QT图形库的移植是否成功。

9.如权利要求8所述的机顶盒上基于嵌入式系统虚拟机的实现方法，其特征在于：所述将Java虚拟机QT图形库从旧版本升级到新版本并移植QT图形库函数的过程如下：对于新旧版本QT图形库中均存在且功能相同的函数，直接移植该函数；对于新版本QT图形库中存在的与旧版本QT图形库函数功能相同的替代函数，移植所述替代函数；对于在新版本QT图形库中已被淘汰的函数，通过新版本QT图形库的接口开发实现相同功能的新函数。

10.如权利要求8所述的机顶盒上基于嵌入式系统虚拟机的实现方法，其特征在于：所述验证各平台上QT图形库的移植是否成功的过程如下：先在个人计算机PC的X86平台上进行调试修改，若QT图形库的编译通过且输出刷新正确，则判定QT图形库的移植修改成功，然后按照上述步骤验证arm、mips平台上QT图形库的移植是否成功。