PreonVM – Java VM für eingebettete Systeme

Die PreonVM ist eine virtuelle Maschine (VM) von VIRTENIO für den Einsatz in eingebetteten Systemen mit sehr geringen Ressourcen wie dem Funkmodul Preon32von VIRTENIO. Die virtuelle Maschine ist hoch optimiert, benötigt kein zusätzliches Betriebssystem und wird direkt auf dem verwendeten Mikrocontroller betrieben. Der Ansatz sieht vor, dass Anwendungen in Java™über einen Transformationsprozess für das Funkmodul Preon32 nutzbar werden. Im diesem Zusammenhang bietet VIRTENIO entsprechende Software-Bibliotheken für verschiedene Schnittstellen an. Damit wird die Programmierung von Anwendungen, die Sensordaten erfassen und Aktorensteuern,elegant möglich. Darüber hinaus sind die Funkschnittstelle für IEEE802.15.4 und eine AES-Verschlüsselung in Hardware als innovative Bestandteile genannt, die in der virtuellen Maschine einfach nutzbar sind

Eingebettete Systeme mit minimalen Ressourcen wurden bisher in speziellen und wenig komfortablen Sprachen programmiert. Komplexe Anwendungen sind deshalbzeitaufwendig und mit einem hohen Fehlerpotential umzusetzen. Der Ansatz von VIRTENIObringt den Komfort, die Sprachkomplexität und die Sicherheit einer virtuellen Maschine in Kombination mit einer objektorientierten Programmiersprache in die Welt der eingebetteten Systeme. Aktuell bietet VIRTENIO für sein Funkmodul Preon32 für drahtlose Netzwerke nach IEEE 802.15.4 die virtuelle Maschine als innovative Betriebssoftware an.

Gleichzeitig werden der Entwicklungsprozess der Hardware und des Anwendungsprogramms entkoppelt. Das Anwendungsprogramm wird gegen eine virtuelle Architektur mit entsprechenden Schnittstellen entwickelt, die über die Zeit unverändert bleibt.

Zudem wurde die virtuelle Maschine derart optimiert, dass Anwendungen auf einem 8/32-Bit-Mikrocontroller ab 8 KByte RAM und ab 128 KBtye Flash performant ausgeführt werden können. Die komplette virtuelle Maschine mit Anbindung der Peripherie wie dem Funk-Transceiver nach IEEE 802.15.4 hat daher einen Speicherplatzbedarf von weniger als 60KByte Flash.

Auf den drahtlosen Sensorknoten vom Typ „Preon32” wird die von Virtenio entwickelte virtuelle Maschine als Betriebssoftware eingesetzt. Mit dieser Betriebssoftware ist es möglich, dass Anwendungen, die als Quellcode in Java™ geschrieben sind, auf dem Preon32 genutzt werden können, nachdem Sie den folgenden Transformationsprozess durchlaufen haben.

Zunächst müssen alle Bestandteile der Anwendung im einfachsten Fall als Java™-Quellcode oder auch Jar-Archiven vorliegen. Dann werden Sie vom Java™-Compiler in Java™-Byte-Code übersetzt, der für jede Klasse eine Datei mit dem Klassennamen und der Dateiendung „.class“ erzeugt. Die Java™-Class-Dateien enthalten die Methoden der Klasse und viele zusätzliche Informationen, die jedoch auch einen zusätzlichen Speicherplatz belegen. Dieser ist im drahtlosen Sensorknoten nur sehr begrenzt verfügbar. Aus diesem Grund erfolgt als nächster notwendiger Schritt eine Informationsreduzierung und Bündelung von Java™-Class-Dateien mittels des VIRTENIO ClassLinkers zu einer einzigen Datei mit der Endung *.vmm. Diese enthält alle Informationen, die zur Programmausführung auf der virtuellen Maschine im Sensorknoten benötigt werden. Die Dateigröße der „prog.vmm” ist durch entsprechende Verfahren deutlich geringer als die Summe der einzelnen Java-Class-Dateien. Die „prog.vmm” kann mit dem NodeTool auf den Sensorknoten geladen und dort ausgeführt werden.

Um dem Entwickler für komplexe Anwendungen in verteilten eingebetteten Systemen wie drahtlose Netzwerken einen idealen Ausgangspunkt zu bieten, wurde die virtuelle Maschine durch viele Softwarekomponenten ergänzt. Mit dieser Voraussetzung können Anwendungen wie aus einem Baukasten schnell zusammengesetzt werden. Eigene Softwareteile aus vorhandenen Java™-Anwendungen für den Desktop können so ohne Anpassung der Quelldaten integriert werden. Mit den gewohnten Entwicklungswerkzeugen für Java™ können nun Anwendungen für drahtlose Sensornetzwerke umgesetzt werden.