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JCVM解释器的研究与设计

作　者: 谢晶晶
导　师: 李代平
学　校: 广东工业大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: Java卡 Java卡虚拟机解释器 Java栈异常处理
分类号: TN409
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 41次
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内容摘要

随着我国信息化建设的不断深入发展,智能卡在我国各行业的应用越来越广泛,在智能卡技术和智能卡应用领域进一步规范化的背景下,Java卡技术以其平台无关性、多应用性和动态下载的特点成为智能卡领域研究和发展的热点。Sun公司给出的Java卡规范只是一个纲领性文档,它给出了构建Java卡的指导性原则,但却没有给出构建Java卡的细节。因此,构建Java卡的方法很可能各不相同,甚至差别很大。如何实现Java卡规范的基本要求,并尽可能确保Java卡的运行效率和鲁棒性是构建Java卡时需要研究的主要问题。Java卡技术体系中,最为关键的是Java卡虚拟机的设计与实现。而解释器则是Java卡虚拟机的核心,它负责解释执行Java应用程序转换后的字节码。本文主要目标是对Java卡虚拟机的研究,并设计和实现一个符合Java卡规范的虚拟机解释器。本文首先通过对Java卡虚拟机模型进行分析,阐述了实现一个Java卡虚拟机解释器的要点问题。主要从Java卡虚拟机所涉及到的数据类型,运行时数据区,二进制表示文件EXP和CAP的格式对Java卡虚拟机进行分析。并据此来设计解释器的寄存器、Java栈、堆空间和异常处理等功能模块,具体给出了它们的设计以及Java卡虚拟机规范2.2.2中的指令集的实现过程。本文在设计与实现解释器的过程中,通过串行链接来实现Java栈的动态扩大和缩小；通过指令预取方式来提高解释器的执行效率；通过共享参数机制来节约空间和简化方法调用时的参数传递。最后对所设计实现的解释器进行测试,表明本人设计的Java卡虚拟机解释器能够实现Java卡虚拟机规范2.2.2所规定的解释功能要求,以及解释和执行符合Java卡规范2.2.2编写的Java应用程序。本论文的研究内容是开发具有自主知识产权的Java卡产品的一次有益的尝试,也可为我国Java卡技术的进一步深入研究和应用提供和积累相关的经验和资料。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
CONTENTS  9-11
第一章绪论  11-15
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 研究现状  12-13
  1.3 选题意义  13
  1.4 论文结构安排  13-15
第二章 JCVM模型分析  15-29
  2.1 总体结构  16
  2.2 数据类型  16-18
    2.2.1 基本类型  17
    2.2.2 引用类型  17
    2.2.3 抽象单元  17-18
  2.3 运行时数据区  18-20
    2.3.1 上下文  18
    2.3.2 程序计数器  18
    2.3.3 方法区  18-19
    2.3.4 常量池  19
    2.3.5 堆  19
    2.3.6 Java栈  19-20
    2.3.7 栈帧  20
  2.4 EXP和CAP文件格式  20-29
    2.4.1 EXP文件格式  21-22
    2.4.2 CAP文件格式  22-29
第三章 JCVM解释器的设计  29-46
  3.1 JCVM解释器  29-30
  3.2 指令集  30-35
    3.2.1 类型和JCVM  30-32
    3.2.2 装载和存储指令  32
    3.2.3 运算指令  32-33
    3.2.4 类型转换指令  33
    3.2.5 操作数栈管理指令  33
    3.2.6 控制转移指令  33-34
    3.2.7 对象创建和操纵指令  34
    3.2.8 方法调用和返回指令  34
    3.2.9 抛出异常指令  34-35
    3.2.10 finally子句相关的指令  35
  3.3 寄存器的设计  35-36
  3.4 Java栈的设计  36-40
    3.4.1 Java栈帧结构  36-38
    3.4.2 Java栈运行机制  38-40
  3.5 堆空间设计  40-41
  3.6 异常及其处理机制  41-46
    3.6.1 异常类结构  41-42
    3.6.2 异常处理表结构  42-44
    3.6.3 异常处理的设计  44-46
第四章 JCVM解释器的实现  46-65
  4.1 JCVM解释器实现的软硬件环境  46
  4.2 寄存器的实现  46-47
  4.3 Java栈的实现  47-50
  4.4 指令集的实现  50-63
    4.4.1 装载和存储指令  50-51
    4.4.2 运算指令  51-52
    4.4.3 类型转换指令  52
    4.4.4 操作数栈管理指令  52
    4.4.5 控制转移指令  52-54
    4.4.6 对象创建和操作指令  54-59
    4.4.7 方法调用指令和返回指令  59-62
    4.4.8 异常抛出指令  62-63
    4.4.9 finally子句相关的指令  63
  4.5 堆空间的实现  63-64
  4.6 异常处理的实现  64-65
第五章测试与运行效果  65-68
  5.1 测试方案  65
  5.2 运行效果  65-68
结论  68-69
参考文献  69-71
攻读学位期间发表的论文  71-73
致谢  73

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