水曜日 6 25, 2014

Java ME Embedded 8を使ったGPIOを操作するアプリケーション開発(1/2)

以前ブログにて紹介した、Java ME Embedded 8を使ったM2Mアプリケーション開発の記事をご覧いただけたでしょうか。今回はJava ME Embedded 8を使ったGPIOを操作するアプリケーションの開発手順をご紹介したいと思います。

概要

デスクトップ開発環境を利用してGPIOを操作するJava ME Embedded 8のアプリケーションを作成します。
スイッチボタン(入力)とLED(出力)はGPIOで接続していて、作成したアプリケーションを実行すると、ボタンを押すたびにLEDの状態を変更します。

ハードウェア要件

利用したハードウェアは以下になります。

  • Raspberry Pi Model B Revision 2.0 (512 MB)
  • ブレッドボード
  • ブレッドボードワイヤ
  • プッシュボタン(モーメンタリ、4ピン推奨)
  • LED(2.2V 順電圧、20mA推奨)
  • 10KΩ抵抗(プッシュボタン用)
  • 560Ω抵抗(LED用)

事前準備

開発環境の構築です。詳細は以下の記事を参考にしてください。
本記事ではRaspberry Piは利用しませんが、あわせて構築しておくことをおすすめします。

GPIOを利用するJava ME Embeddedプロジェクトの作成

NetBeansを使用してプロジェクトを作成し、Windowsエミュレータを使用して、ローカルでテストします。

NetBeansでのJava ME Embeddedプロジェクトの作成

  1. NetBeansを起動し、ファイル > 新規プロジェクトを選択します。
  2. カテゴリJava ME EmbeddedプロジェクトJava ME Embeddedアプリケーションを選択し、次 >をクリックします。
  3. 新規Java ME Embeddedアプリケーションウィンドウで以下のように変更し、終了をクリックします。
    • プロジェクト名にTestGPIOと入力
    • デバイスはEmbeddedDevice1を選択
    • MIDletの作成にcom.example.GPIOIMletと入力

GPIOPinTestクラスの追加と実装

GPIOPinTestクラスは入力ピン(プッシュボタン)での変更をし、出力端子(LED)の状態を変更する

  1. com.exampleを右クリック、新規 > Javaクラスを選択します。
  2. クラス名GPIOPinTestと入力し、終了をクリックします。
  3. PinListenerインターフェースを実装するクラスを変更します。

    public class GPIOPinTest implements PinListener {

    }


  4. クラス内にボタン(入力)とLED(出力)で利用するGPIO端子のクラスフィールドを記入します。

      // Emulator Pin values
      private static final String LED1 = "LED 1";
      private static final int LED1_ID = 1;
      private static final int Button_Port = 0;
      private static final int Button_Pin = 0;
      private GPIOPin led1;
      private GPIOPin button1;

  5. startメソッドではボタンとLEDコンポーネントを初期化します。以下のメソッドをクラス内に記入します。

      public void start() throws IOException {
        // Open the LED pin (Output)
        led1 = (GPIOPin) DeviceManager.open(LED1_ID);
        // Config file for the button - trigger on a rising edge (from low to high)
        GPIOPinConfig config1 = new GPIOPinConfig(Button_Port, Button_Pin, GPIOPinConfig.DIR_INPUT_ONLY, DeviceConfig.DEFAULT, GPIOPinConfig.TRIGGER_BOTH_EDGES, false);

        // Open the BUTTON pin (Input)
        button1 = (GPIOPin) DeviceManager.open(config1);

        // Add this class as a pin listener to the buttons
        button1.setInputListener(this);

        // Turn the LED on, then off - this tests the LED
        led1.setValue(true);
        try {
          Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException ex) {
        }
        // Start the LED's off (false)
        led1.setValue(false);
      }

  6. stopメソッドではボタンとLEDリソースをクローズします。以下のメソッドをクラス内に記入します。

      public void stop() throws IOException {
        if (led1 != null) {
          led1.setValue(false);
          led1.close();
        }
        if (button1 != null) {
          button1.close();
        }
      }

  7. valueChangedメソッドは入力ピン(ボタン)の状態が変化したときに呼び出されます。以下のメソッドをクラス内に記入します。

      @Override
      public void valueChanged(PinEvent event) {
        GPIOPin pin = (GPIOPin) event.getDevice();

        // Simple one button = one LED
        try {
          if (pin == button1) {
            System.out.println("setting led1" );
            led1.setValue(!led1.getValue()); // Toggle the value of the led

          }
        } catch (IOException ex) {
          System.out.println("IOException: " + ex);
        }
      }

  8. Ctrl + Shift + Iを押し、必要なインポート文を追加します。

GPIOIMletクラスの実装

  1. GPIOIMletクラスに次のクラスフィールドを追加します。

      private GPIOPinTest pinTest;

  2. startAppメソッドはIMletが一時停止から起動中に状態が変化したときに呼び出されます。NetBeansが生成したstartAppメソッドを以下のコードに書き換えます。

      @Override
      public void startApp() {
        pinTest = new GPIOPinTest();
        try {
          pinTest.start();
        } catch (IOException ex) {
          System.out.println("IOException: " + ex);
          notifyDestroyed();
        }
      }

  3. NetBeansが生成したpauseAppメソッドを削除します。
  4. destroyAppメソッドはIMletが実行中または一時停止から破棄された状態に変化したときに呼び出されます。NetBeansが生成したdestroyAppメソッドを以下のコードに書き換えます。

      @Override
      public void destroyApp(boolean unconditional) {
        try {
          pinTest.stop();
        } catch (IOException ex) {
          System.out.println("IOException: " + ex);
        }
      }

  5. Ctrl + Shift + Iを押し、必要なインポート文を追加します。

API権限の設定

Device Access APIへのアクセスを必要とするアプリケーションでは、JADファイル内に適切な権限を設定する必要があります。 以下の手順で権限を付与します。

  1. TestGPIOプロジェクト上で右クリックし、プロパティを選択します。
  2. [プロジェクト・プロパティ]ウィンドウで、カテゴリからアプリケーション・ディスクリプタを選択し、API権限タブの追加をクリックします。
  3. [APIの権限の追加]ウィンドウで、以下の手順で権限の追加を行います。
    1. 権限プルダウンでjdk.dio.DeviceMgmtPermissionを選択
    2. 保護されたリソース名に*:*を入力
    3. 要求されたアクションにopenを入力
    4. OKをクリック
  4. 3.同様、以下の手順で権限の追加を行います。
    1. 権限プルダウンでjdk.dio.gpio.GPIOPinPermissionを選択
    2. 保護されたリソース名に*:*を入力
    3. 要求されたアクションにopenを入力
    4. OKをクリック
  5. 3.同様、以下の手順で権限の追加を行います。
    1. 権限プルダウンでjdk.dio.gpio.GPIOPortPermissionを選択
    2. 保護されたリソース名に*:*を入力
    3. 要求されたアクションにopenを入力
    4. OKをクリック
  6. OKをクリックします。

Windowsエミュレータ上での実行とテスト

  1. TestGPIOプロジェクトを右クリックし、実行を選択します。

    エミュレータが起動し、IMletが実行状態で表示されます。
  2. GPIOピンタブをクリックし、現在のピン状態のビューを開きます。
    LED 1BUTTON 1のオープンカラムが排他的となっていることを確認してください。

  3. 外部イベントの作成アイコンをクリックします。
  4. 外部イベントの作成画面のGPIOタブをクリックします。
  5. BUTTON 1をクリックします。(ボタンのラベルは、現在の状態を示していて、低はオフの状態を示しています。)

    ボタンのラベルが[高]に変わります。

    ボタンが[高]に変化したので、LED 1の値が[高]に変わります。

  6. 再びBUTTON 1をクリックすると、LED 1の値が[低]に変わります。

次回はエミュレータ上で動作したアプリケーションをRaspberry Pi上で動作させます。

火曜日 6 10, 2014

メモリの最適化について - Java SE Embedded 8

JavaはOSから見ると、1つのプロセスとして動作しますが、内部的には大きく分けて以下のような3つのメモリ領域が存在します。

HEAP: Javaアプリがインスタンスを生成すると、この領域にメモリが確保されます。

NON-HEAP: NON-HEAP領域は、JVMが実行の最適化のために使用する領域で、Code CacheとMetaspaceという2つの領域に分かれています。

Code Cache: 実行中にJITコンパイラにより変換されたマシン語を保持するための領域
Metaspace: HEAPにロードされたクラスに関するメタ情報等を保持する領域  

JavaVM内部で使用される領域: VMが実行時に内部的に使用する領域です。


メモリの構成と測定方法について

次に、メモリが実際にどのぐらい使われているかを計測する方法についてです。以下はそれぞれの領域と、メモリの状況を見る方法について表した図となります。



HEAPはJava Mission Controlを使って画面から確認することもできますし (下図参照)、 あるいはJava SE標準で提供されている下記のAPIをアプリから呼び出すことで実際の使用量を取得することが可能となっています。 Mission Controlを使うか、APIをご使用になるかは状況次第で使い分けていただければと思います。さてAPIですが、以下のようになります。

HEAPの最大値を取得できます。 VMの起動オプション"-Xmx"で指定した値の近似値となります。
java.lang.Runtime.maxMemory();

利用可能なHEAPの総量を示します。 基本的にはVMの起動オプション"-Xms"で 指定した値の近似値となり、 "-Xms"がない場合は、"-Xmx"の近似値となります。
java.lang.Runtime.totalMemory();

測定時点での使用可能なHEAPサイズの概算値を返します。
java.lang.Runtime.freeMemory();

またNON-HEAPの状況を見る場合ですが、 APIによる計測方法はなく、 Java Mission Controlを利用して行います。 以下は参考となりますが、Java Mission Controlの該当する画面をキャプチャしたものとなります。 タイプが"NON_HEAP"となっている箇所がNON-HEAPとなります。

最後に、 HEAPでもなくNON-HEAPでもない領域についてですが、 Java VM内部で使用する領域ということもあり、この部分だけを解析するツールは存在しません。 強いてやるとするならば、プロセス全体が使っているメモリの量を計測し、 そこからHEAP/NON-HEAPのサイズを差し引く。というやり方になるかと思います。 OSにより様々かとおもいますが、 Linuxを例にとると、procfsでJavaプロセスが使用中の全物理メモリのサイズ (VmHWM or VmRSS) を計測し、 そこからHEAP/NON-HEAPを引くことで概算値を取得することができるかと思います。


使用メモリを調節するためのオプション

さて、実際にJVMのメモリの使用量を調節するにあたり、 まずは大前提として実行環境に最適なJVMが選択されていることを確認してください。 最適なJVMというのは、

  1. 組み込みデバイス向けには、 Embedded版のJVMが使われていること。 特にEmbedded向けのOracle JVMは組み込み用CPUに内部の処理が最適化されていたり、無駄なクラスをロードしないよう配慮されています。 なので、同じCPUアーキテクチャでも組み込みとそれ以外の環境によって適切な選択を行ってください。
  2. Minimal/Client/Server版のJVMが適切に使い分けられていること。 これらはJVMの起動オプションによって選択可能です。(参考URL: http://docs.oracle.com/javase/8/embedded/develop-apps-platforms/embedded-jvms.htm#CHDCHECF
  3. 必要最小限のCompactプロファイルが選択されていること。(参考URL: http://docs.oracle.com/javase/8/embedded/develop-apps-platforms/compact-profiles.htm#CHDGIIGE

またJVMの起動オプションの内、 メモリに影響を与えるものを以下に示します。

  • -Xms: ヒープサイズの初期値。 初期値を指定すると、 メモリ確保をコミットしようとする傾向から、使用している物理メモリの値が若干高くなる可能性があります。
  • -Xmx: ヒープサイズの最大値。
  • -XX:ReservedCodeCacheSize: Code Cacheのサイズ指定。 注) JITオプションを使わない場合でもCode Cacheの領域が使用されるため、0にはできません。
  • -Xint: JITオプションを無効とし、 インタプリタで動作します。 JIT使用時に比べメモリの使用量が減りそうですが、 意外とメモリサイズは変わりません。
  • -Xss: スレッド毎のスタックサイズを指定します。 スタックサイズの総数はスレッド数にも依存するため、 スレッド数が大きい場合はメモリの低減効果が大きくなります。
  • -XX:CompileThreshold: JITコンパイラは同じコードが指定回数以上呼び出されると動作し始めますが、 その時の呼び出し回数のしきい値を設定します。 指定した値が大きくなれば、 コンパイルされる可能性が下がるため、 Code Cacheの使用量が減るため、NON-HEAP領域のサイズが減る可能性があります。

上記のオプションは、 アプリを動作させるための要件にも依るため、 一概にどれを使えば良いかを言うのは難しいのですが、 パフォーマンスとメモリのバランスを取りながら、 少しずつパラメータの調整を行ってください。


火曜日 6 03, 2014

jdepsでCompactプロファイルの依存関係を調べる

Java SE Embedded 8からCompactプロファイルが導入され、 デバイスのROMサイズに応じたプラットフォームの選択が可能となりました。 Compactプロファイルは、compact1, compact2, compact3の3つがあります。 またさらに全てのSEのAPIを含んだFull JREも利用可能となっており、 エンベデッド向けのJava SEとしては、全部で4つの選択肢があることになります。

そこで、自分のアプリケーションがどのプロファイルであれば動作可能なのかを知る方法として、jdepsというツールを使って調べる方法を紹介いたします。なお、jdepsはJDK 8から新規追加されたツールで、JDKの中に同梱されており($JAVA_HOME/bin/jdeps)、いつでも無償にて利用することが可能です。

以下にサンプルとして、jdepsでCompactプロファイルを確認する方法を示します。

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 > jdeps -P helloworld.jar           # パッケージ単位で依存関係を調べる場合

helloworld.jar -> /opt/jdk1.8.0_05/jre/lib/rt.jar (compact1)
   com.example (helloworld.jar)
      -> java.io                                            compact1
      -> java.lang                                        compact1
      -> java.util.logging                              compact1

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

>jdeps -P -v helloworld.jar           # クラス単位で依存関係を調べる場合

com.example.HelloWorld                           -> java.io.PrintStream                             compact1
com.example.HelloWorld                           -> java.lang.Class                                   compact1
com.example.HelloWorld                           -> java.lang.InterruptedException           compact1
com.example.HelloWorld                           -> java.lang.Object                                  compact1
com.example.HelloWorld                           -> java.lang.OutOfMemoryError             compact1
com.example.HelloWorld                           -> java.lang.Runtime                               compact1
com.example.HelloWorld                           -> java.lang.String                                   compact1
com.example.HelloWorld                           -> java.lang.StringBuilder                        compact1
com.example.HelloWorld                           -> java.lang.System                                compact1
com.example.HelloWorld                           -> java.lang.Thread                                 compact1
com.example.HelloWorld                           -> java.lang.Throwable                            compact1
com.example.HelloWorld                           -> java.util.logging.Level                          compact1
com.example.HelloWorld                           -> java.util.logging.Logger                       compact1
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

また、出力結果をファイルに出力する場合は、"-dotoutput"オプションに出力ディレクトリを指定することで、ファイルへの書き出しが可能となっています。 ちなみに出力ファイルのフォーマットはDOT言語の形式となっています。

参考URL:

1. jdeps

http://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/jdeps.html

2. Compactプロファイルについて

http://www.oracle.com/technetwork/java/embedded/resources/tech/compact-profiles-overview-2157132.html?ssSourceSiteId=otnjp

3. CompactプロファイルのFootprint

http://www.oracle.com/technetwork/java/embedded/resources/se-embeddocs/index.html#sysreqs

Java Mission Control for SE Embedded 8

今まで主にサーバ環境でのJavaの診断・監視目的で使われてきた、Java Mission Controlですが、Java SE 8 Embeddedからエンベデッド環境のJavaでも利用できるようになりました。Java Mission Controlを使うことにより、JVMやJavaアプリについての、 CPUやメモリの使用状況、 スレッドの状態、 詳細ログの取得等が、 グラフィカルなUIから簡単に行えるようになります。 エンベデッド環境でも使える機能自体は同じなのですが、若干注意する点があり、それを踏まえつつ以下に紹介させていただきます。(Java Mission Controlの一般的なことについては、ページ最下部のリンクを参照してください)

1. Java Mission Controlが利用可能な、 Javaエンベデッドプラットフォーム

 JMXコンソール(MBeanサーバー)

  → Java SE Embedded 8のCompact 3とFull JREでサポート(ただしMinimal版VMは未サポート)

 フライト・レコーダ

  → Java SE Embedded 8のFull JREのみサポート(ただしMinimal版VMは未サポート)

 ※ ちなみに現状、Java ME 8では利用することができません。

2. 監視対象となるJVMの起動方法

    2.1. JMXコンソール(MBeansサーバ)を使う場合

 >java -Dcom.sun.management.jmxremote=true
              -Dcom.sun.management.jmxremote.port=7091                # ポート番号の設定
              -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false   # 認証設定
              -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false                  # SSL有無
              -jar appliation.jar

※ 監視対象デバイスにつながらない場合は、以下のJVM起動オプションを追加してみてください。

"-Djava.rmi.server.hostname=192.168.0.20"                     # 監視対象デバイスのIPアドレス/ホスト名

もしくはこちらのリンク(http://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/management/faq.html)の5に書かれている内容について調べて見てください。

    2.2. フライト・レコーダを使う場合

  JVMの起動オプションに以下を追加してください。

  "-XX:+UnlockCommercialFeatures -XX:+FlightRecorder"

3. Java Mission Controlの起動方法。 JDKに同梱されているjmcコマンドを起動します。

 >$JAVA_HOME/bin/jmc

4. Java Mission ControlからJVMへの接続方法

 Java Mission Controlの「ファイル」→「接続」→「新規接続の作成」を開き、以下を設定してください。

- 監視対象となるデバイスのIPアドレス・ポート番号を設定します。ポート番号はJVMの起動オプションで指定したものを使います。

- 必要に応じて認証情報(ユーザ名・パスワード)を指定してください。

- 接続名は任意のものでOKです。

設定が終わったら接続のテストを行い、問題がなければ設定画面を閉じてください。接続が完了していれば、自動的に監視対象となるJavaプロセスがJava Mission Controlに表示されます。



参考URL)

http://www.oracle.com/technetwork/jp/java/javaseproducts/mission-control/index.html

http://www.oracle.com/technetwork/jp/java/javaseproducts-old/mission-control/java-mission-control-wp-2008279-ja.pdf

http://www.oracle.com/technetwork/java/embedded/resources/tech/java-flight-rec-on-java-se-emb-8-2158734.html

About

日本オラクルのエンベデッドJavaチームから、最新情報をお送りしていきます。

Search

Archives
« 6月 2014
1
2
4
5
6
7
8
9
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
26
27
28
29
30
     
       
Today