在已有处理器架构上加硬件扩展可以同样支持直接运行Java字节码，而且保持了操作系统和应用程序的兼容性。架构扩展方案相当于为处理器附加了一套指令集，重用已有的处理器资源不会增加额外的硬件成本和功耗。带扩展的内核能够同时执行Java字节码及本地码，开发者可以充分利用已有的操作系统、应用程序开发技术，在Java程序可移植性和性能之间取得很好的平衡。
传统的ARM处理器都支持两套指令集：32位ARM指令集和16位Thumb指令集。通常使用Thumb指令集的代码大小约为ARM代码的35~40%，但会轻微降低程序性能。指令集支持在ARM和Thumb代码之间互相作函数调用，程序员可以在编译时分别从性能和代码密度的角度考虑，以决定不同部分的代码编译成ARM或是Thumb.
Jazelle DBX是一种硬件架构扩展技术，为ARM处理器引入了第三套指令集—Java字节码。新指令集建立了一种新的状态，处理器在此状态下处理Java字节码取指、译码和维护Java操作数栈。
为了降低芯片尺寸并提高性能，Jazelle DBX没有设计成传统形式的微引擎，而是融入流水线中的一个有限状态机。和协处理器或专用处理器设计不同的是，Jazelle DBX和主处理器共用缓存，这都会对功耗和性能带来益处。另一个重要的设计考虑是确保Jazelle DBX技术不会影响实时中断性能，仍保持与操作系统中已有ARM异常处理代码的兼容。
Jazelle DBX技术增加了一条新的“Branch-to-Java”指令来进入Java状态。此指令支持条件执行，先检查条件标志，如果条件满足，处理器进入Java状态，跳转到指定目标地址，开始执行Java字节码。
在Java状态下，PC寄存器仍是32位寻址Java字节代码。字节码取指、译码分别在两个流水级完成(对应ARM/Thumb状态下为一个译码流水级)。32位取指操作一次性可以取4个Java字节码，性能优势明显。
当前处理器状态寄存器(CPSR)新定义了一个位，用来记录处理器的状态。这很重要，因为在处理中断或其它异常时，CPSR会自动保存或恢复程序运行状态。
Jazelle DBX技术允许所有的Java指令是“可重新开始”的。这样在执行Java指令过程中，即刻响应中断，从而减少中断延迟，确保实时性能。
在Java状态下，有若干个ARM寄存器可以功能复用(包括栈指针、栈顶四项(top4 elements of stack)、局部变量0等)。正是这些硬件复用设计，才使得只用了很少的额外逻辑(约一万两千门)就实现了一个Java机。把所有Jazelle DBX扩展所需的状态用ARM寄存器保存，也保证了和现有操作系统、中断处理程序和异常处理代码的兼容性。
把栈顶四项保存在ARM寄存器中也能提高Java性能。大量的程序分析显示，大多数程序的栈深度是很小的，所以这项策略可以尽量减少内存访问，硬件也可自动处理栈溢出或下溢。
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