1. mbed fest 2013
- Nagoya, Yokohama, Sapporo JPN
13年9月17日火曜日

2. 軽量Java VMで動かす
Cortex-M0+とその利点
13年9月17日火曜日

3. • プロセッサ非依存開発環境
• インタプリタを自作すると良い事ひとつも無い
• 主要なVM紹介
• JVMで動くのはJavaだけ？
• RaVem JVM
• 競合するJVM比較
• バイトコードの概要
• メモリ管理とガーベジコレクション
• マルチスレッドに対応する
• オリジナル関数(メソッド)追加方法
Agenda
13年9月17日火曜日

4. • プロセッサ非依存開発環境
• インタプリタを自作すると良い事ひとつも無い
• 主要なVM紹介
• JVMで動くのはJavaだけ？
• RaVem JVM
• 競合するJVM比較
• バイトコードの概要
• メモリ管理とガーベジコレクション
• マルチスレッドに対応する
• オリジナル関数(メソッド)追加方法
Agenda
13年9月17日火曜日

5. • プロセッサ非依存開発環境
• インタプリタを自作すると良い事ひとつも無い
• 主要なVM紹介
• JVMで動くのはJavaだけ？
• RaVem JVM
• 競合するJVM比較
• バイトコードの概要
• メモリ管理とガーベジコレクション
• マルチスレッドに対応する
• オリジナル関数(メソッド)追加方法
Agenda
Java VMの仕組みとmbed上での動作確認
13年9月17日火曜日

6. • プロセッサ非依存開発環境
• インタプリタを自作すると良い事ひとつも無い
• 主要なVM紹介
• JVMで動くのはJavaだけ？
• RaVem JVM
• 競合するJVM比較
• バイトコードの概要
• メモリ管理とガーベジコレクション
• マルチスレッドに対応する
• オリジナル関数(メソッド)追加方法
Agenda
13年9月17日火曜日

7. • 事の発端
• FPGA + コプロセッサ + 他のシステム
Processor-independent devel environment
FPGA
Co-processor
CAM
x
Command
Config
CameraLink™
CPU +
PowerVR
64bit bus
Peripheral
13年9月17日火曜日

8. • 事の発端
• FPGA + コプロセッサ + 他のシステム
Processor-independent devel environment
FPGA
Co-processor
CAM
x
Command
Config
CameraLink™
CPU +
PowerVR
64bit bus
Peripheral
C/C++
HDL +
Simulink
Java /
.net CF
13年9月17日火曜日

9. • 低レイヤーの開発環境を持っていない
• 上位層のテストの為だけにコード変更…
• 単体テスト∼システムテストまで終わっている
• コードを見せたくない or 触らせたくない
• プロセッサ非依存開発環境
Processor-independent devel environment
13年9月17日火曜日

10. • プロセッサ非依存開発環境
• インタプリタを自作すると良い事ひとつも無い
• 主要なVM紹介
• JVMで動くのはJavaだけ？
• RaVem JVM
• 競合するJVM比較
• バイトコードの概要
• メモリ管理とガーベジコレクション
• マルチスレッドに対応する
• オリジナル関数(メソッド)追加方法
Agenda
13年9月17日火曜日

11. my own interpreter
• 三重苦
• 文字列認識(対話)型 or 中間コード生成方式
• エラー発生
• 単なるコードエラー？
• 仕様の想定を超えていた？
• 仕様から作り直しだよksg
• 独自インタプリタの使い方を教える必要
• もうだめぽ
13年9月17日火曜日

12. my own interpreter
• すでにあるVM規格のある言語仕様を活用
Language for embedded requirements
Python P14P(ex.PyMite) Flash:55kB~,RAM:8kB~
Lua eLua Flash:256kB~,RAM:64kB~
Ruby mruby Flash:512kB,RAM:1MB?
Java Java ME and so on... Flash:130kB,RAM:8kB
13年9月17日火曜日

13. VM
• すでにあるVM規格のある言語仕様を活用
Java
VB
Python
JavaScript
Ruby
Perl
※VMの実装がある言語に限った
13年9月17日火曜日

14. VM
• すでにあるVM規格のある言語仕様を活用
54%
13%
12%
7%
7%
7%
人気のある言語(Tiobe Programming Community調べ,Aug 2013)
Java
VB
Python
JavaScript
Ruby
Perl
※VMの実装がある言語に限った
13年9月17日火曜日

15. Variants Java VM
• Java for embedded
JVM System requirements
Oracle Java ME
Embedded for
STM32F
Flash :130kB~
RAM: ?
Binary only
uJ
Flash :64kB~
RAM:192bytes~
thread,runnable,GC,
original String type
nanoVM
Flash :8kB~
RAM: 1kB~
for AVR
Single thread
RaVem
Flash :5kB~
RAM: 256bytes~
thread,runnable,
Integer only
13年9月17日火曜日

16. • 開発はC言語だけど、それぞれのCPU用のコンパイラが
必要
C compiler
ARM
intel
AVR
PIC
Applica
tion
13年9月17日火曜日

17. • 開発はC言語だけど、それぞれのCPU用のコンパイラが
必要
C compiler
Compiler
Compiler
Compiler
Compiler
ARM
intel
AVR
PIC
Applica
tion
13年9月17日火曜日

18. • Java:一度VMをマイコンに実装すればデバイス非依存
•
Java
managed
code
ARM
intel
AVR
PIC
VM
13年9月17日火曜日

19. • Java:一度VMをマイコンに実装すればデバイス非依存
•
Java
managed
code
ARM
intel
AVR
PIC
VM
device-independent
13年9月17日火曜日

20. • Java:一度VMをマイコンに実装すればデバイス非依存
•
Java
managed
code
ARM
intel
AVR
PIC
VM
device-independent
write once run anywhere
13年9月17日火曜日

21. VM
• バイトコードを解釈する機構を実装
•バイトコードって何が書いてあるの？
13年9月17日火曜日

22. byte code
• バイトコードの中身
• 定数プール(constant pool)
• 命令(Code Attribute)
• 例外(Exception)
• big endian
CA FE BA BE........
...........................
...........................
...........................
...........................
...........................
...........................
...........................
...........................
13年9月17日火曜日

23. byte code
• バイトコードの中身
• 定数プール(constant pool)
• 命令(Code Attribute)
• 例外(Exception)
• big endian
CA FE BA BE........
...........................
...........................
...........................
...........................
...........................
...........................
...........................
...........................
13年9月17日火曜日

24. byte code
• バイトコードの中身
• 定数プール(constant pool)
• 命令(Code Attribute)
• 例外(Exception)
• big endian
CA FE BA BE........
...........................
...........................
...........................
...........................
...........................
...........................
...........................
...........................
13年9月17日火曜日

25. byte code
• バイトコードの中身
• 定数プール(constant pool)
• 命令(Code Attribute)
• 例外(Exception)
• big endian
CA FE BA BE........
...........................
...........................
...........................
...........................
...........................
...........................
...........................
...........................
13年9月17日火曜日

26. byte code
• 具体例(hello world)
• 例：定数プール(20)→”hello
world”
• 命令
• 定数プール20番をスタック
• printlnメソッドを呼び出せ
cp[1]=........
........
cp[20]=”hello world”
........
load cp[20],stack
call “println”
System.out.println(“hello world”);
13年9月17日火曜日

27. byte code
• 具体例(hello world)
• 例：定数プール(20)→”hello
world”
• 命令
• 定数プール20番をスタック
• printlnメソッドを呼び出せ
cp[1]=........
........
cp[20]=”hello world”
........
load cp[20],stack
call “println”
13年9月17日火曜日

28. stack
• スタック(Operand Stack)
• 積み木(順番に積み上げて、上から取る)
13年9月17日火曜日

29. stack
• スタック(Operand Stack)
• 積み木(順番に積み上げて、上から取る)
data1
data2
data3
13年9月17日火曜日

30. stack
• スタック(Operand Stack)
• 積み木(順番に積み上げて、上から取る)
data1
data2
data3
13年9月17日火曜日

31. example: add
• 具体例(加算)
int x, y, z;
x = 10;
y = 20;
z = x + y;
System.out.println(z);
13年9月17日火曜日

32. example: add
• 具体例(加算)
13年9月17日火曜日

33. example: add
• 具体例(加算)
10
20
13年9月17日火曜日

34. example: add
• 具体例(加算)
30
13年9月17日火曜日

35. Java VM
• Java VMは
• 定数プールを引用する仕組み
• スタックを管理する仕組み
• 命令を実行する仕組み
があれば作れてしまう
13年9月17日火曜日

36. Java VM
• Java VMは
• 定数プールを引用する仕組み
• スタックを管理する仕組み
• 命令を実行する仕組み
があれば作れてしまう
なのでCortex-M0+でJavaVM作ってみた
13年9月17日火曜日

37. RaVem JVM
RaVemRaVem
Rapid VM embbededRapid VM embbeded
• Flash 5kbytes~
• RAM 128bytes
• int type only
• all code written in C (about 700 sloc)
• github (for LPC812)
• https://github.com/lynxeyed-atsu/RaVem
• port on mbed
• http://mbed.org/users/lynxeyed_atsu/code/FRDM_RaVem_JVM
13年9月17日火曜日

38. blink LEDs with JVM
• GPIOを操作するメソッド: portWrite(bit, value)
• 一定時間でLEDをon/offするコードを書く
• 上記を4-thread化
13年9月17日火曜日

39. blink LEDs with JVM
• GPIOを操作するメソッド: portWrite(bit, value)
• 一定時間でLEDをon/offするコードを書く
• 上記を4-thread化mbed.portWrite(port_bit, 0);
Thread.sleep(time);
mbed.portWrite(port_bit, 1);
Thread.sleep(time);
13年9月17日火曜日

40. blink LEDs with JVM
• GPIOを操作するメソッド: portWrite(bit, value)
• 一定時間でLEDをon/offするコードを書く
• 上記を4-thread化mbed.portWrite(port_bit, 0);
Thread.sleep(time);
mbed.portWrite(port_bit, 1);
Thread.sleep(time);
BlinkLED LED1 = new BlinkLED(0, 90);
BlinkLED LED2 = new BlinkLED(1, 100);
......
Thread th1 = new Thread(LED1);
Thread th2 = new Thread(LED2);
......
th1.start();
th2.start();
13年9月17日火曜日

41. blink LEDs with JVM
• mbedにRaVem JVMのVM(.bin)ファイルを書き込み
• javaコードをjavacでコンパイル
• .classファイル生成(byte code)
• Test.claにリネーム
• mbedにコピー
• リセット後スタート
public static
void main(){int a, b;........
}
CA FE BA BE
00 00 00 32
00 22 07 00
02 01 00 05
48 65 6c 6c
6f 07 00 04
01 00 10 6a
javac
copy
13年9月17日火曜日

42. まとめ
• Java VMをmbedやLPC81xに移植した
• mbed:D&DでJavaのバイトコードをコピー、実行
• others:バイトコードを配列にしてコンパイル
• 利点：デバイス依存なC環境が用意できない環境でも
Javaである程度の開発ができる
• ブログ：
• http://lynxeyed.hatenablog.com/
13年9月17日火曜日

43. ご清聴ありがとうございました
13年9月17日火曜日

44. ここから質疑応答用スライド
13年9月17日火曜日

45. RaVem JVM
• 新しいメソッドfoobarの追加
• invokestatic_callFunction (in ravem.c)
• if(strncmp(func_name,"foobar",6) == 0){.... }
• クラスファイルにフェイクでメソッドを追加
• 実動作は書かなくてよい(戻り値あるなら適当に
return NULLとでも)
13年9月17日火曜日

46. byte code
• バイトコードの中身
• 命令(Code Attribute)
• main method
• run method in thread
• RaVem JVMでは以下を管理
• vm_object
• start address
• end address
• num. of stack
• local registor
• thread number
CA FE BA BE........
...........................
...........................
...........................
...........................
...........................
...........................
...........................
...........................
13年9月17日火曜日

47. rights of Java VM
• Copyright law does not confer ownership over any and
all ways to implement a function or specification, no
matter how creative the copyrighted implementation or
specification may be.
• The Act confers ownership only over the specific way in
which the author wrote out his version. Others are free to
write their own implementation to accomplish the identical
function, for, importantly, ideas, concepts and functions
cannot be monopolized by copyright.
-- William Alsup, the judge Google v. Oracle.
13年9月17日火曜日