Java 2 Micro Edition ( Java2ME )

Informatikseminar
J2ME – Java 2 Platform, Micro Edition
Mit Focus auf Geräte mit CLDC-Configuration und
MIDP2-Profil
Jochen Rink,
30.05.2005
1
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no
Inhalt
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• Java für Devices mit CLDC Geräte – Profil Æ Mobile
Phones
• Devices mit J2ME Unterstützung
• Aufbau von J2ME Java Applikationen, sog. MIDlets
• J2ME-Emulatoren
• Installation von MIDlets auf Mobile Phones
• Stand der Technik und Ausblick
• Alternative zu Java
2
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Java
Editions
J2M
E
Java Virtual Machines
Quelle: White Paper "CLDC HotSpot™ Implementation Virtual Machine "
3
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Sun Microsystems, 04.2004, Figure 2-1 - „The J2ME, CLDC and MIDP specifications"
Java 2 Platform Micro Edition
• J2ME wurde von Sun Microsystems mit Java 2 vorgestellt: http://java.sun.com/j2me/
• Einsatzmöglichkeiten von J2ME:
Mobile Phones, PDAs, Pager, SetTop Boxen, Fernseher…
• Speziell für Geräte mit Hardwareeinschränkungen
• J2ME ist nach diesen Geräten (Profile) unterteilt:
• CDC Connected Device Configuration
• CLDC Connected Limited Device Configuration
• CDC wird im Gegensatz zu CLDC kaum eingesetzt
• CLDC 1.0 wurde im März 2003 auf CLDC 1.1 erweitert
• J2ME steht quasi nur in Verbindung mit Mobile Phones
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CDC / CLDC: Geräte-Konfiguration in J2ME
• Gerätegruppen zu sog. "Confgurations" zusammenfassen
• Zur Zeit stehen die Configurations "CDC" und "CLDC" zur Verfügung
• Unterteilung auf Basis von Hardwaremerkmalen
• Für jede Configuration werden spezielle Klassenbibliotheken bereitgestellt
• Die Configurations wurden vom JCP im Jahre 2000 definiert
http://jcp.org/en/home/index
• Auf den Configurations setzt die Profilebene auf
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Beispiele für Geräte mit CDC-Configuration
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Beispiele für Geräte mit CLDC-Configuration
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Anforderungen CDC vs. CLDC
Connected Device Configuration
Min. 32 Bit Prozzesor
Min. 2 MB ROM
„ Min.
2 MB RAM für VM und CDC
Klassen
„ Netzwerkverbindung darf drahtlos sein
„ Bandbreite unter 9600 Baud erlaubt
„ Verbindung wahlweise möglich
„ Stabile Verbindung nötig
„ Verbindung basiert auf TCP/IP
„ Compact Virtual Machine
Connected Limited Device Configuration
„
„
„
„
„
„
„
„
„
„
„
„
„
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Min. 160 KB ROM
Min. 32 KB RAM
Netzwerkverbindung darf drahtlos sein
Bandbreite unter 9600 Baud erlaubt
Verbindung wahlweise möglich
Verbindung basiert nicht auf TCP/IP
Instabile Verbindung möglich
Mobile Stromversorgung möglich
Minimales OS für Hardwarezugriffe
Keine getrennten Adressräume nötig
Kilo Virtual Machine
Schnittmenge der Klassen aus J2EE, J2SE, CDC
und CLDC
CDC
CLDC
J2SE
J2EE
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Klassenbibliotheken in CLDC
CLDC 1.0
• Java.io (InputStream, OutputStrem, Reader, Writer, ...)
• Java.lang (Class, Thread, System, String, Math, Integer, ...)
• Java.util (Vector, Stack, Date, Calendar, Hashtable, ...)
CLDC 1.1 Æ Erweiterung der CLDC 1.0
• Floating Point Arithmetic
• Exception Handling
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J2ME Profile
• Profiles setzen auf den Configurations auf
• Profile sind die wichtigste Schicht für den Entwickler
• Legt die Mindestanforderung der J2ME fest
• Beispiele für Profile:
• MIDP – Mobile Information Device Profile
Erweiterung der CLDC für Mobile Phones
• PDA-Profile – Erweiterung der CLDC für PDAs
• IMP – Information Modul Profile
• Foundation Profile – Erweiterung der CDC als Basis für weitere Profile
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Mobile Information Device Profile - MIDP
• MIDP wurde speziell für Mobile Phones und Pager entwickelt
• MIDP ist herstellerunabhängig
• Alle MIDP-Geräte müssen die selben Schnittstellen implementieren
• MIDP ist der kleinste gemeinsame Nenner
• MIDP 1.0 ist im Jahre 2000 erschienen
• Im Moment ist das im Jahr 2003 erschienene MIDP 2.0 aktuell
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Klassenbibliotheken in MIDP 1.0
• javax.microedition.io
In- / Output über Streams
• javax.microedition.lcdui
UI-API
• javax.microedition.midlet
Die eigentliche Anwendung auf dem Phone
• javax.microedition.rms
Persistente Datenspeicherung
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Erweiterungen in MIDP 2.0
MIDP 2.0 erweitert die bestehende Bibliotheken aus MIDP 1.0:
• Verbessertes UI
• Bessere Multimediaunterstützung
• Erweiterte Connectivity ( https, datagram, socket )
• End to End Security (HTTPS, WTLS)
• Push – Ereignisse
• Over-The-Air - Installation Æ OTA
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Zusammenhang VM, Configuration, Profiles
Quelle: Buch "Java 2 MicroEdition "
dpunkt Verlag, Abbildung 2-1 - "Editionen, Konfigurationen, Profile und optionale Pakete "
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Einfachstes JAVA Programm
J2ME – Applikationen werden "MIDlet" genannt
public class FirstMIDlet extends javax.microedition.midlet.MIDlet
{
protected void startApp()
{
}
protected void pauseApp()
{
}
protected void destroyApp(boolean arg0)
{
}
}
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User Interfaces in MIDP 2.0
• Sehr einfaches User Interface
• User Interfaces sind in der Klasse javax.microedition.lcdui implementiert
• Klasse "Display" stellt den logischen Bildschirm dar
• Es gibt nur ein sog. "High-Level" und "Low-Level" UI
• High-Level-Api: Besteht aus vordefinierten Elemente
• Low-Level-Api: Keine vordefinierten Elemente
• Kein System.out.println( ) wie in der J2SE
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Zusammenhang der UI Klassen
Display
Displayable
Screen
Canvas
Alert
Gauge
Textfield
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List
Form
StringItem
ChoiceGroup
Textbox
ImageItem
Form
• Die Form ist vergleichbar mit einem Panel in AWT / SWING
• Eine Form ist ein Screen
• Eine Form kann direkt auf ein Display hinzugefügt werden
• Auf einer Form können mehrere UI-Elemente dargestellt werden
• Funktionen wie Layout, Markieren, Selektieren sind bereits implementiert
• Es werden nur von Item abgeleitete Objekte auf einer Form dargestellt:
TextField, StrinItem, ImageItem, Gauge, ChoiceGroup…
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TextField
• Einfache Benutzerinteraktion
• Muss auf eine Form geadded werden, da von Item abgeleitet
• Mehrere TextFields können in einer Form (gleichzeitig ) angezeigt werden
• Folgende Constraints sind bei der Erzeugung möglich:
• TextField.ANY
• TextField.EMAILADDR
• TextField.NUMERIC
• TextField.DECIMAL
• TextField.URL
• Die Constraints können noch weiter mit weiteren Eigenschaften
wie password, uneditable, sensitiv... Kombiniert werden
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TextField
protected void startApp()
{
TextField tf1 = new TextField("TextField1", "text1", 10, TextField.ANY);
TextField tf2 = new TextField("TextField2", "123", 10, TextField.NUMERIC);
Form form = new Form("Textfields");
form.append(tf1);
form.append(tf2);
}
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Display.getDisplay(this).setCurrent(form);
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TextBox
• Zur Benutzerinteraktion
• Zugriff auf Phonebook möglich
• Folgende Constraints sind bei der Erzeugung möglich:
• TextField.ANY
• TextField.EMAILADDR
• TextField.NUMERIC
• TextField.DECIMAL
• TextField.URL
• Die Constraints können noch weiter mit weiteren Eigenschaften
wie password, uneditable, sensitiv... Kombiniert werden
• Identisch zum TextField aber von Screen abgeleitet
ÆKann ohne Form auf das Display gesetzt werden
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TextBox
protected void startApp( )
{
String s = "Enter alert headline";
TextBox tb = new TextBox("AlertHeadline", s, 256, TextField.ANY);
Display.getDisplay(this).setCurrent(tb);
…
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Alert
…
String alertHeadline = tb.getString();
Alert alert = new Alert(alertHeadline, "Alert Message", null, AlertType.INFO);
}
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Display.getDisplay(this).setCurrent(alert);
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Alert
• "Popup Fenster"
• Statusinformationen für den Benutzer
• Ist bei Aufruf im Vordergrund
• Wird direkt an das Display übergeben werden
• alert.setTimeout(10);
alert.setTimeout(Alert.FOREVER);
• Folgende AlertTypes sind definiert:
• AlertType.ERROR
• AlertType.INFO
• AlertType.CONFIRMATION
• AlertType.WARNING
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Interface CommanListener / Class Commands
public class AlertMidlet extends MIDlet implements CommandListener
{
…
private Command exit
private Command showalert
= new Command("Exit", Command.EXIT, 0);
= new Command("Show", Command.OK, 0);
tb = new TextBox("AlertHeadline", alertheadline, 20, TextField.ANY );
tb.addCommand(exit);
tb.addCommand(showalert);
tb.setCommandListener(this);
…
public void commandAction(Command c, Displayable d)
{
if( c == exit)
{
destroyApp(false);
notifyDestroyed();
}
if( c == showalert)
{
Alert alert = new Alert(tb.getString(), "Alert Message", null, AlertType.INFO);
Display.getDisplay(this).setCurrent(alert);
}
}
}
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StringItem
Fügt Strings in eine Form ein:
protected void startApp()
{
StringItem si = new StringItem("Titel", "Text");
Form form = new Form("StrinItem");
form.append(si);
}
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Display.getDisplay(this).setCurrent(form);
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ImageItem
• Images auf einer Form darstellen
• Nur PNG werden sicher unterstützt
• Unterstützung anderer File Formate sind vom Gerätehersteller abhängig
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ChoiceGroup
• Benutzer kann aus mehreren Choices auswählen
• Wird auf einer Form platziert
• Mehrere ChoiceTypes sind möglich:
Exclusiv, Implicit, Multiple
• Zu jedem Element kann ein Icon zugewiesen werden
• Ähnlich wie die List
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ChoiceGroup
protected void startApp()
{
String[] choices = {"Choice 1", "Choice 2", "Choice 3"};
ChoiceGroup cg = new ChoiceGroup("Choicegroup", ChoiceGroup.EXCLUSIVE, choices,
Form form = new Form("CGForm");
form.append(cg);
}
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Display.getDisplay(this).setCurrent(form);
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Canvas
• Die Canvas Klasse bildet die Basis der Low Level Api
• Die Canvas Klasse ist direkt von Displayable abgeleitet
• Keine Titelleiste
• Das Canvas Objekt kann keine weiteren Komponenten aufnehmen
• Die Canvas Object erlaubt dem User direktem Zugriff auf den Screen
des Gerätes
• Die Klasse Canvas ist abstrakt, genau wie deren Methode paint( )
Æ Eine konkrete Instanz muss erzeugt werden welche die Methode
paint( ) implementiert
• Canvas wird haupsächlich für Spiele oder andere komplexe Grafiken verwendet
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Canvas
Quelle: Buch " J2ME In A Nutshell "
O‘Reilly Verlag, Figure 5-1 - "The Canvas class "
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Wichtige Methoden der Canvas Klasse
• protected void keyPressed( int keycode )
Wird von der Plattform aufgerufen wenn ein Taste gedrückt wird
• protected void keyReleased( int keycode )
Wird von der Plattform aufgerufen wenn eine Taste wieder losgelassen wird
• void repaint( )
“Bittet” die Plattform die paint – Methode aufzurufen
• protected abstract void paint( Graphics G )
Wird aufgerufen wenn der Canvas sichtbar wird, wieder sichtbar
wird oder neu gezichnet werden soll
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Paint-Methode der Canvas Klasse
• Rendert den Canvas
• Wird von der Plattform aufgerufen wenn der Canvas sichtbar wird
• Kann durch die Methode Canvas.repaint( ) aufgerufen werden
• Bekommt als Übergabparemeter ein Object der Klasse javax.microedition.lcdui.Graphics
• Dieses Graphics-Object nimmt die eigentlichen Änderungen
auf dem Screen vor
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Wichtige Methoden der Graphics Klasse
• void setColor( int RGB)
RGB als default-Farbe setzen
• void setFont ( Font font )
font als default-Font setzen
• void drawLine( int x1, int y1, int x2, int y2 )
Eine Line von den Koordinaten (x1|y1) nach (x2|y2) zeichnen
• void fillRect( int x, int y, int width, int height )
Ein Rechteck ab der Koordinate (x|y) mit geg. Height und width füllen
• void drawArc( int x, int y, int width, int height, int startAngle, int arcAngle)
Umriss eines Kreisbogen zeichnen
• void fillArc(int x, int y, int width, int height, int startAngle, int arcAngle )
Kreisbogen füllen
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• void drawString( String str, int x, int y, int anchor )
String an die Koordinaten (x|y) schreiben
• void drawImage( Image img, int x, int y, int anchor )
Zeichnet das Bild im Imaga-Object img an die geg. Koordinaten
• Weitere Details siehe Apidocs zur Klasse
javax.microedition.lcdui.Graphics
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Waiting Screen – Beispiel Canvas Grafik
Midlet Klasse:
public class Rotator extends MIDlet
{
protected void startApp()
{
CanvasRotator rotator = new CanvasRotator();
Thread rotatorThread = new Thread(rotator);
rotatorThread.start();
}
Display.getDisplay(this).setCurrent(rotator);
protected void pauseApp()
{
}
protected void destroyApp(boolean arg0)
{
}
}
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Canvas Klasse:
public class CanvasRotator extends Canvas implements Runnable
{
private int mCount;
private int mMaximum;
private int mWidth;
private int mHeight;
private int mX;
private int mY;
private int mRadius;
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CanvasRotator()
{
mCount = 0;
mMaximum = 36;
mWidth = getWidth();
mHeight = getHeight();
int halfWidth = (mWidth - mRadius) / 2;
int halfHeight = (mHeight - mRadius) / 2;
mRadius = Math.min(halfWidth, halfHeight);
mX = halfWidth - mRadius / 2;
mY = halfHeight - mRadius / 2;
}
public void run( )
{
while(true)
{
mCount = (mCount + 1) % mMaximum;
}
}
39
}
repaint();
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
public void paint(Graphics g)
{
int theta = -((mCount * 360) / mMaximum);
g.setColor(255, 255, 255);
g.fillRect(0, 0, mWidth, mHeight);
g.setColor(27, 62, 160);
g.drawArc(mX, mY, mRadius, mRadius, 0, 360);
g.fillArc(mX, mY, mRadius, mRadius, theta + 90, 90);
g.fillArc(mX, mY, mRadius, mRadius, theta + 270, 90);
}
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MIDlet Suites
- Kleinste installierbare Einheit
Jar – File:
• Class-Files werden zu einem Jar-Archiv zusammengepackt
• Kompressionsalgorithmus: ZIP
• Format in dem ein MIDlet ausgeliefert wird
• jar.exe aus dem JSDK
• Beinhaltet ein "Manifest-File„
• Mehrere MIDlets können in ein jar – File zusammengepackt werden
Æ Midlet Suite
• MIDlets teilen gemeinsame Ressourcen
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Rotator.jar
META-INF
Aufbau Jar – File:
MANIFEST.MF
Rotator.class
CanvasRotator.class
41
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MANIFEST.MF
Informationen über das / die MIDlets in einer Suite:
• MicroEdition-Profile
• MIDlet-Name, -Icon und –Class jedes Midlet in der Suite
• Midlet-Vendor
• Midlet-Version
Beispiel:
Manifest-Version: 1.0
MicroEdition-Configuration: CLDC-1.1
MIDlet-Name: Rotator
Created-By: Jochen Rink
MIDlet-Vendor: Nokia MP/Ulm
MIDlet-1: Rotator, Rotator.png, Rotator
MIDlet-Version: 1.0
MicroEdition-Profile: MIDP-2.0
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JAD - File
• Das Jad – File beinhaltet ebenfalls Informationen über die Midlet Suite
• Kann benutzerdefinierte Variablen beinhalten
Æ Ähnlich wie bei einem Properties – File in der J2SE
• Die digitale Signatur eines Jar – Files ist im Jad – File untergebracht
• Jad - File wird unter bestimmten Bedingungen auf das Gerät übertragen
• Jad – File wird wie Manifest – File von der IDE erstellt
• Hat erforderliche / optionale Einträge
• Einträge überschneiden sich z.T. mit denen im Manifest – File
• Das Gerät kann aus einem Manifest-File ein Jad-File erstellen
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Beispiel Jad-File:
MIDlet-1: Rotator, Rotator.png, Rotator
MIDlet-Jar-Size: 1835
MIDlet-Jar-URL: Rotator.jar
MIDlet-Name: Rotator
MIDlet-Vendor: Nokia MP/Ulm
MIDlet-Version: 1.0
MicroEdition-Configuration: CLDC-1.1
MicroEdition-Profile: MIDP-2.0
Property1: Value_1
MIDlet-Permissions: javax.microedition.io.Connector.datagram
MIDlet-Certificate-1-1:
MIIDijCCAvOgAwIBAgIBBDANBgkqhkiG9w0BAQUFADBfMQswCQYDVQQGEwJESzEYMBYGA1UEChMPTm9raWFDb1Rlc3QgQ
GgYDVQQLExNOb2tpYSBNb2JpbGUgUGhvbmVzMRgwFgYDVQQDEw9Ob2tpYUNvVGVzdCBDQTMwHhcNMDMwOTA5MTgxNz
NMDcxMDE4MTgxNzM3WjB9MQswCQYDVQQGEwJVSzEQMA4GA1UECBMHVW5rbm93bjEUMBIGA1UEBxMLRmFybmJvcm91
PBgNVBAoTCFRob21hcyAyMRwwGgYDVQQLExNOb2tpYSBNb2JpbGUgUGhvbmVzMRUwEwYDVQQDEwxOZWlsIER1Z2dhbjIw
…
MIDlet-Jar-RSA-SHA1:
EucNlCzQH9L7lbMRTvxdnJKoUoYWiApAJwSXvCoZbzn7zKNJUGIAvegh4xdLY7s8CwPbb6wSy65gOv+3p8EpWFt8qH42omYnR/7
Php5rcBBOBJoqLPyCOiE55Yhg+enDIIgWhJ1EGh1FVVI5zKeni1NVfOhrOI4lEQR3WJLo=
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Entwicklungszyklus von MIDlets
Quelle: Buch " Java 2 MicroEdition"
dpunkt Verlag, Abbildung 2-3 - " Zweiphasige Bytecodeverifikation in der CLDC "
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Entwicklungstools für Midlets
• Java SDK
• J2ME WirelessToolkit von Sun
http://java.sun.com/products/j2mewtoolkit/
• Entwicklungsumgebung
Jbuilder, Intelli J, NetBeans, Eclipse….
• J2ME Plugin für die IDE
FastPorts, Sysdeo J2ME Plugin, EclipseME…
• Build Tool
Ant, besser Antenna
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J2ME WirelessToolkit
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EclipseME
• http://eclipseme.org
• Plugin für Eclipse Æ Kann die Vorteile der IDE nutzen
• Ideal für Einsteiger
• Automatisiert alle Vorgänge wie compilieren, preverifizieren, packen…
• Unterstützt Obfuscator
• Kann nicht signieren ( im Vergleich zum WTK )
• Viele unterschiedliche Versionen ( kompliziert ), aktuell 0.9.2 (17.05.2005)
• Etwas umständliche Installation
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Antenna – Ant für J2ME
• http://antenna.sourceforge.net/
• Eine Art Build Script für MIDlets
• In der Datei build.xml werden verschiedene Task angegeben
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• Vorteil:
Größte Flexibilität
• Nachteil:
- Kenntnisse über den build Vorgang nötig
- Gewöhnungsbedürftige Syntax
- Kompliziert
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MIDlet Debugging
• Keine Möglichkeit die Midlets im Phone zu debuggen
( außer Sony Ericsson,
http://developer.sonyericsson.com/site/global/docstools/java/p_java.jsp )
• Im Emulator kann man MIDlets wie normale Java Applikationen debuggen
( BreakPoints, Stacktraces, Variableninhalt…)
• Z.T. unbrauchbar, da die Implementierung der KVM im
Phone von der Referenzimplementierung im Emulatoru.U. abweichen kann
• Im Phone kann man z.B. über Alert Screens Statusinfos ausgeben
• Echter Nachteil bei der Entwicklung von MIDlets
50
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Emulatoren
• Jeder Phone Hersteller stellt Emulatoren zur Verfügung
• Sun stellt Emulatoren mit der Referenzimplementierung zur Verfügung
• Emulatoren lassen sich in Suns WTK integrieren
• Vielfätige Kommunikationsmöglichkeiten:
(Java-)SMS, Netzwerk, Bluetooth, Infrarot, Netzwerk
• Vielfältige Einstellmöglichkeiten der Laufzeitumgebung
jar-file Grösse, Heap, Ram, Bandbreite Netzwerk...
• MIDlet kann somit auf vielen Phones unterschiedlicher Hersteller getestet werden
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Installation auf dem Device
Over the air – OTA
Mit spezieller Software der Phone Hersteller - via "download"
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Installation via OTA
Quelle: Java Magazin 04.2003, Artikel "Over the air", Michael Jentsch
Abb. 2, Ablaufdiagramm
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Installation via download
• Application Installer der PCSuite (bei Nokia)
• Mobile Phone Manager (Siemens)
• Kopieren der jad- und jar Files auf MMC (Symbian OS basierende Smart-Phones
• Nachteil: Es ist nicht gewährleistet dass das jad-File übertragen wird
• Vorteil:
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Kostenlos im Vergleich zur OTA Installation
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J2ME Ausblick
• Derzeit ist MIDP 3.0 in der Entwicklung
Siehe JSR 271, http://www.jcp.org/en/jsr/detail?id=271
• Initiator ist Motorola, Erscheinungstermin: Mai 2006
• Geplante Neuerungen:
- Mehrere MIDlets gleichzeitig in der VM aktiv
- Kommunikation unter MIDlets (Interprozesskommunikation)
- Background Midlets (ohne UI Æ wie Daemons)
- Shared Libraries für MIDlets
- IPv6
- Unterstützung mehrere Displays
- Autostart
- Verbessertes UI
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Alternativen zu J2ME
• Moderne Smart-Phones basieren meist auf dem Symbian OS
http://www.symbian.com
• Das Symbian OS bietet neben MIDlets die Möglichkeit
native Applikationen auszuführen
• Diese sind in C++ geschrieben und werden auf der
CPU und nicht in einer Laufzeitumgebung ausgeführt
• Bieten ebenfalls sehr großen Funktionsumfang
• Wegen direkter Ausführung auf der CPU sehr viel schneller als MIDlets
• Entwicklungszyklus ist komplizierter,
da Kenntnisse über das Symbian-OS erforderlich sind
• Nicht so stark verbreitet wie Phones mit J2ME
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Danke für Ihre Aufmerksamkeit
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