基于ARM9的貪吃蛇游戲.doc

基于ARM9的貪吃蛇游戲摘要本課程設(shè)計(jì)是使用我們學(xué)習(xí)過(guò)的嵌入式系統(tǒng)的有關(guān)知識(shí)，在ARM9嵌入式硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)和C/OS-II的軟件開(kāi)發(fā)框架下，實(shí)現(xiàn)一個(gè)還有AD轉(zhuǎn)換，按鍵，LCD等硬件功能的實(shí)時(shí)多任務(wù)的簡(jiǎn)單貪吃蛇的設(shè)計(jì)。文中首先C/OSII系統(tǒng)和ARM9進(jìn)行了介紹，然后對(duì)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析，給出了系統(tǒng)總體上設(shè)計(jì)，并對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行了介紹，緊接著給出了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，最后介紹了系統(tǒng)的調(diào)試方法和測(cè)試結(jié)果。關(guān)鍵詞：C/OSARM9嵌入式貪吃蛇一開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介1、C/OS-II操作系統(tǒng)C/OS-II是一種可移植的，可植入ROM的，可裁剪的，搶占式的，實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核。它被廣泛應(yīng)用于微處理器、微控制器和數(shù)字信號(hào)處理器。uC/OS-II只是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，它僅僅包含了任務(wù)調(diào)度，任務(wù)管理，時(shí)間管理，內(nèi)存管理和任務(wù)間的通信和同步等基本功能。沒(méi)有提供輸入輸出管理，文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)等額外的服務(wù)。但由于uC/OS-II良好的可擴(kuò)展性和源碼開(kāi)放，這些非必須的功能完全可以由用戶自己根據(jù)需要分別實(shí)現(xiàn)。uC/OS-II目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度的搶占式的實(shí)時(shí)內(nèi)核，并在這個(gè)內(nèi)核之上提供最基本的系統(tǒng)服務(wù)，如信號(hào)量，郵箱，消息隊(duì)列，內(nèi)存管理，中斷管理等C/OS-II是專門(mén)為計(jì)算機(jī)的嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的，絕大部分代碼是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的。CPU硬件相關(guān)部分是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的、總量約200行的匯編語(yǔ)言部分被壓縮到最低限度，為的是便于移植到任何一種其它的CPU上。C/OS-II中最多可以支持64個(gè)任務(wù)，分別對(duì)應(yīng)優(yōu)先級(jí)063，其中0為最高優(yōu)先級(jí)。63為最低級(jí)，系統(tǒng)保留了4個(gè)最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)和4個(gè)最低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，所有用戶可以使用的任務(wù)數(shù)有56個(gè)，每個(gè)任務(wù)都有不同的優(yōu)先級(jí)，用戶在創(chuàng)建任務(wù)的時(shí)候定義該任務(wù)的優(yōu)先級(jí)。C/OS操作系統(tǒng)中每個(gè)任務(wù)可以有5種狀態(tài)：休眠態(tài)、就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)、等待或掛起狀態(tài)、中斷態(tài)，在任一個(gè)時(shí)候，任務(wù)的狀態(tài)一定是這5種狀態(tài)之一。任務(wù)在等待消息、郵箱或者信號(hào)量等事件的到來(lái)的時(shí)候會(huì)進(jìn)入掛起狀態(tài)，當(dāng)任務(wù)接到消息以后，則處于就緒狀態(tài)。uC/OS-II的時(shí)間管理是通過(guò)定時(shí)中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該定時(shí)中斷一般為10毫秒或100毫秒發(fā)生一次，時(shí)間頻率取決于用戶對(duì)硬件系統(tǒng)的定時(shí)器編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。中斷發(fā)生的時(shí)間間隔是固定不變的，該中斷也成為一個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍。uC/OS-II要求用戶在定時(shí)中斷的服務(wù)程序中，調(diào)用系統(tǒng)提供的與時(shí)鐘節(jié)拍相關(guān)的系統(tǒng)函數(shù)，例如中斷級(jí)的任務(wù)切換函數(shù)，系統(tǒng)時(shí)間函數(shù)。在ANSIC中是使用malloc和free兩個(gè)函數(shù)來(lái)動(dòng)態(tài)分配和釋放內(nèi)存。但在嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，多次這樣的操作會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存碎片，且由于內(nèi)存管理算法的原因，malloc和free的執(zhí)行時(shí)間也是不確定。uC/OS-II中把連續(xù)的大塊內(nèi)存按分區(qū)管理。每個(gè)分區(qū)中包含整數(shù)個(gè)大小相同的內(nèi)存塊，但不同分區(qū)之間的內(nèi)存塊大小可以不同。用戶需要?jiǎng)討B(tài)分配內(nèi)存時(shí)，系統(tǒng)選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)姆謪^(qū)，按塊來(lái)分配內(nèi)存。釋放內(nèi)存時(shí)將該塊放回它以前所屬的分區(qū)，這樣能有效解決碎片問(wèn)題，同時(shí)執(zhí)行時(shí)間也是固定的。對(duì)一個(gè)多任務(wù)的操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，任務(wù)間的通信和同步是必不可少的。uC/OS-II中提供了4種同步對(duì)象，分別是信號(hào)量，郵箱，消息隊(duì)列和事件。所有這些同步對(duì)象都有創(chuàng)建，等待，發(fā)送，查詢的接口用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信和同步。uC/OS-II采用的是可剝奪型實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核?？蓜儕Z型的實(shí)時(shí)內(nèi)核在任何時(shí)候都運(yùn)行就緒了的最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。uC/os-II的任務(wù)調(diào)度是完全基于任務(wù)優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度，也就是最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)一旦處于就緒狀態(tài)，則立即搶占正在運(yùn)行的低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的處理器資源。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，uC/OS-II規(guī)定所有任務(wù)的優(yōu)先級(jí)不同，因?yàn)槿蝿?wù)的優(yōu)先級(jí)也同時(shí)唯一標(biāo)志了該任務(wù)本身。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字化產(chǎn)品的普及，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、芯片技術(shù)和軟件技術(shù)為核心的嵌入式系統(tǒng)再度成為當(dāng)前研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗嚴(yán)格要求的嵌入式系統(tǒng)一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個(gè)部分組成，其中嵌入式微處理器和嵌入式操作系統(tǒng)分別是其硬件和軟件的核心。ARM處理器由于其具有小體積、低功耗、低成本、高性能等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在16/32位嵌入式RISC解決方案中，幾乎占有嵌入式微處理器市場(chǎng)分額的75%，本文選定三星公司生產(chǎn)的一款基于ARM920T核的高性能低功耗SOC芯片S3C2410作為移植方案的硬件平臺(tái)。市場(chǎng)上主流的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有Vxworks、pSos、WinCE、Linux等，基于實(shí)時(shí)性、成本以及開(kāi)發(fā)難度方面的考慮，我們選擇uC/OSII開(kāi)放源代碼的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。采用基于ARM9的S3C2410嵌入式微處理器，可以使系統(tǒng)具備高性能的運(yùn)算能力的同時(shí)便于與各種外設(shè)連接擴(kuò)展，簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，維持小型化的同時(shí)降低了系統(tǒng)成本。uC/OSII作為一個(gè)源代碼公開(kāi)的操作系統(tǒng)，在具體應(yīng)用中穩(wěn)定可靠，并且支持uIPTCP/IP協(xié)議棧、ucGUI等，可擴(kuò)展性強(qiáng)，功能強(qiáng)大。本系統(tǒng)采ARM9+uC/OSII開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，具有精度高、運(yùn)行穩(wěn)定、實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高的特點(diǎn)，可以在各種工業(yè)場(chǎng)合中廣泛應(yīng)用，達(dá)到了設(shè)計(jì)的初衷。2、試驗(yàn)箱基本硬件信息1S3C2410-SCore小板：采用S3C2410X處理器，64MNANDFLASH64RAM。2Double100MEtherNet網(wǎng)卡：均由AX88796構(gòu)成，采用現(xiàn)有電路但分配不同地址。34HOST/1DEVICEUSB接口：主USB口擴(kuò)展為4個(gè)，由AT43301構(gòu)成USBHUB，其中電源管理用MIC2525。USB從口保持處理器本身的1個(gè)。43UART/IrDA：保持2個(gè)RS232串口，增加1個(gè)RS485串口，1個(gè)IrDA收發(fā)器，均從處理器的UART2引出。5168PinEXPORT：有一個(gè)168Pin擴(kuò)展卡插槽，并去掉已經(jīng)被主板上各模塊占用的資源。網(wǎng)卡部分還在局部總線上，其余電路包括168Pin擴(kuò)展槽都在外部總線。6LCD：兼容多種LCD，可采用5寸256色屏或8寸16bit真彩屏，同時(shí)預(yù)留一個(gè)24bit接口?？梢灾С职逋?bit或24bit屏。7TouchScr：采用ADS7843，預(yù)備了直接用2410內(nèi)部ADC構(gòu)成的轉(zhuǎn)換電路接口8AUDIO：采用UDA1341，具有放音、錄音等功能。9PS2KEYPAD：使用ATMEGA8單片機(jī)控制2個(gè)PS2接口和板載17鍵小鍵盤(pán)。兩個(gè)PS2可接PC鍵盤(pán)和鼠標(biāo)。10LED：使用ZLG7290只驅(qū)動(dòng)8只小數(shù)碼管。同時(shí)可作IIC總線實(shí)驗(yàn)。11POWERSUPPLY、RESET、RTC等必須資源。12ADC：板載3個(gè)電位器和選擇跳線，同時(shí)在板上設(shè)模擬電壓輸入專用接口。13IDE/CF卡插座：支持2.5英尺的筆記本硬盤(pán)讀寫(xiě)和IDE模式下的CF卡讀寫(xiě)。14PCMCIA和SD卡插座：由EPM3128A100CPLD實(shí)現(xiàn)。15IC卡插座。由ATMEGA8單片機(jī)控制。16DC/STEP電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)采用74HC573擴(kuò)展IO，軟件形成時(shí)序來(lái)控制。同時(shí)剩余IO可以控制CAN等電路，以節(jié)省CPU的GPIO資源。17CANBUS：設(shè)置1個(gè)CAN口，采用MCP2510和TJA1050。18DoubleDA：設(shè)置兩個(gè)DAC端口，采用MAX504接SPI總線。19GPRS/GPS擴(kuò)展板不做在主板上，單獨(dú)設(shè)計(jì)擴(kuò)展板。注意GPS的RS232需要增加MAX3232芯片來(lái)轉(zhuǎn)換為T(mén)TL才能引到168Pin插座上。3、ADS1.2集成開(kāi)發(fā)環(huán)境ADS1.2ADS是ARM公司的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，他的功能非常強(qiáng)大。ADS包括了四個(gè)模塊分別是：SIMULATOR；C編譯器；實(shí)時(shí)調(diào)試器；應(yīng)用函數(shù)庫(kù)。ADS1.2提供完整的WINDOWS界面開(kāi)發(fā)環(huán)境。C編譯器效率極高，支持c以及c+，使工程師可以很方便的使用C語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)。提供軟件模擬仿真功能，使沒(méi)有Emulators的學(xué)習(xí)者也能夠熟悉ARM的指令系統(tǒng)。配合FFT-ICE使用，ADS1.2提供強(qiáng)大的實(shí)時(shí)調(diào)試跟蹤功能,片內(nèi)運(yùn)行情況盡在掌握。ADS1.2需要硬件支持才能發(fā)揮強(qiáng)大功能。目前支持的硬件調(diào)試器有Multi-ICE以及兼容Multi-ICE的調(diào)試工具如FFT-ICE。ADS由命令行開(kāi)發(fā)工具，ARM實(shí)時(shí)庫(kù)，GUI開(kāi)發(fā)環(huán)境(CodeWarrior和AXD),適用程序和支持軟件組成。有了這些部件，用戶就可以為ARM系列的RISC處理器編寫(xiě)和調(diào)試自己的開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序了。二系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求貪吃蛇游戲是一款經(jīng)典的小游戲，它的原型是1976年，Gremlin平臺(tái)推出了一款經(jīng)典街機(jī)游戲Blockade。真正走紅的是該游戲隨諾基亞手機(jī)走向世界。本課程設(shè)計(jì)有關(guān)貪吃蛇的功能描述：1、可以通過(guò)嵌入式平臺(tái)的鍵盤(pán)控制游戲，鍵盤(pán)中起作用的是方向鍵（2,4,6,8）和回車(chē)鍵，方向鍵控制蛇的上下左右運(yùn)動(dòng)，回車(chē)鍵控制游戲的繼續(xù)和暫停。2、貪吃蛇由若干連續(xù)黃色方塊構(gòu)成，程序中隨機(jī)出現(xiàn)一些“食物”(用藍(lán)色的方塊表示)，貪吃蛇通過(guò)吃“食物”增加自身的長(zhǎng)度并增加相應(yīng)的分值。3、游戲分三個(gè)關(guān)口，第一關(guān)沒(méi)有障礙物，第二關(guān)有2個(gè)障礙物，第三關(guān)有四個(gè)障礙物。4、貪吃蛇撞到矩形邊界，障礙物或者自己身體的一部分，游戲即結(jié)束，重新開(kāi)始。5、為了增加難度，加入AD轉(zhuǎn)換器用于控制蛇的運(yùn)動(dòng)速度，這也是本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)。6、貪吃蛇每吃一個(gè)食物分?jǐn)?shù)會(huì)增加，屏幕上顯示得分和游戲所用時(shí)間。三系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)需要?jiǎng)?chuàng)建兩個(gè)任務(wù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示，任務(wù)狀態(tài)切換如圖3-2所示。具體的任務(wù)流程和任務(wù)所要完成的功能如下：在系統(tǒng)啟動(dòng)后，同時(shí)創(chuàng)建兩個(gè)任務(wù)，任務(wù)一main_task和任務(wù)二snake_task。任務(wù)一主要功能是等待鍵盤(pán)消息，有鍵盤(pán)消息的時(shí)候判斷是什么鍵盤(pán)，并對(duì)相應(yīng)的變量重新賦值。任務(wù)二主要功能是控制并在屏幕上顯示蛇的移動(dòng)和速度，并完圖3-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖3-2任務(wù)切換框圖任務(wù)一，任務(wù)二就緒是否有鍵盤(pán)消息任務(wù)一掛起任務(wù)二運(yùn)行任務(wù)二掛起任務(wù)一運(yùn)行系統(tǒng)初始化任務(wù)一任務(wù)二等待鍵盤(pán)消息控制蛇移動(dòng)AD采樣LCD顯示圖3-3系統(tǒng)主任務(wù)流程框圖成對(duì)分?jǐn)?shù)，游戲等級(jí)和其他相關(guān)參數(shù)的記錄和顯示。任務(wù)一為主任務(wù)，在創(chuàng)建任務(wù)的時(shí)候，賦給它的優(yōu)先級(jí)別比任務(wù)二高，所以任務(wù)一優(yōu)先運(yùn)行，任務(wù)二處于就緒狀態(tài)，因?yàn)槿蝿?wù)一主要是等待鍵盤(pán)消息，在無(wú)鍵盤(pán)消息的時(shí)候，任務(wù)一被掛起，這時(shí)候任務(wù)二進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。1、任務(wù)一程序流程框圖如圖3-3所示，該任務(wù)完成對(duì)鍵盤(pán)消息的接收，識(shí)別，并改變相應(yīng)變量2、任務(wù)二流程圖：如圖3-4所示，主要功能是控制蛇的速度并在屏幕上顯示蛇的移動(dòng)，并完成對(duì)分?jǐn)?shù)、游戲等級(jí)、和游戲用時(shí)的記錄和顯示。四系統(tǒng)具體功能的實(shí)現(xiàn)1初始化初始化包括了硬件初始化和軟件初始化。硬件初始化主要有AD轉(zhuǎn)換器的初始化，LCD的初始化，串口初始化，ARM目標(biāo)板的初始化等，軟件初始化包括了系統(tǒng)初始化，游戲初始化。系統(tǒng)初始化包括了任務(wù)的建立，信號(hào)量的創(chuàng)建，變量的創(chuàng)建，系統(tǒng)文件初始化，初始化繪圖設(shè)備上下文，系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的初始化和函數(shù)的聲明等，游戲的初始化，包括了有關(guān)參數(shù)屬性的初始化化和游戲界面的初始化。硬件初始化：#defineADCCON_FLAG(0x115)#defineADCCON_ENABLE_START_BYREAD(0x11)#definerADCCON(*(volatileunsigned*)0x58000000)#definerADCDAT0(*(volatileunsigned*)0x5800000C)#definePRSCVL(496)#defineADCCON_ENABLE_START(0x1)#defineSTDBM(0x02)8等待鍵盤(pán)消息是否有按鍵按下識(shí)別是哪個(gè)按鍵是否如果蛇現(xiàn)在的方向是左或者右就把方向改成向上如果蛇現(xiàn)在的方向是左或者右就把方向改成向下如果蛇現(xiàn)在的方向是上或者下就把方向改成向左如果蛇現(xiàn)在的方向是上或者下就把方向改成向右如果游戲是運(yùn)行的則改為競(jìng)爭(zhēng)，靜止就改為運(yùn)行246/n圖3-4游戲任務(wù)流程圖#definePRSCEN(0x1Type=TP_SkHead；xNode-isBlock=1；HeadNode=xNode；UpdateNextNode(xNode,Left)；xNode-PreDir=Left；/SnakeBodyxNode=&WorldArrayW_YSize/2W_XSize/2；xNode-Type=TP_SkBody；xNode-isBlock=1；UpdateNextNode(xNode,Left)；xNode-PreDir=Left；/SnakeTailxNode=&WorldArrayW_YSize/2W_XSize/2+1；xNode-Type=TP_SkTail；xNode-isBlock=1；TailNode=xNode；UpdateNextNode(xNode,Left)；xNode-PreDir=Left；RandCake()；2判斷蛇是否吃到食物判斷蛇是否吃到食物的方法比較簡(jiǎn)單，只要判斷蛇頭的屬性是否和下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的屬性一樣。吃到食物后改變響應(yīng)的游戲參數(shù)，并要讓蛇的節(jié)數(shù)多三節(jié)，這時(shí)候要讓變量lenadd加3,并且還要對(duì)蛇補(bǔ)畫(huà)上一節(jié)，本設(shè)計(jì)采用補(bǔ)上蛇頭的方法，要注意根據(jù)此時(shí)蛇的運(yùn)動(dòng)方向來(lái)確定新蛇頭的坐標(biāo)。，以后食物產(chǎn)生子程序能夠判斷食物已經(jīng)被蛇“吃到”了，要重新產(chǎn)生食物。if(HeadNode-Type=TP_Cake)score+；if(score=5)flag1=1；elseif(score=10)flag2=1；LenToAdd+=CakeLength；RandCake()；3判斷游戲是否結(jié)束(1)蛇頭撞到蛇身判斷蛇是否撞到蛇身的方法可以從蛇頭開(kāi)始依次開(kāi)始判斷蛇頭的屬性是否和下一個(gè)方塊的屬性相同，一樣的話即表明蛇撞到蛇身了，此時(shí)游戲結(jié)束。(2)蛇頭撞到游戲界面邊框判斷蛇是否撞到邊框的方法，只要比較蛇頭的屬性是不是同時(shí)邊框的屬性一樣，一樣的話，即表明蛇撞到邊框，游戲結(jié)束。If(HeadNode-isBlock)nRet=1；/HitaBlockgotoSnakeStep_End；4蛇移動(dòng)功能這部分功能是游戲的主體，實(shí)現(xiàn)蛇移動(dòng)的方式是首先擦除蛇尾，擦除的方發(fā)是改變蛇尾的屬性，通過(guò)調(diào)用繪圖上下文設(shè)備，蛇尾就變成白色底色不可見(jiàn)，然后從蛇尾開(kāi)始，依次改變下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的屬性。例如剛開(kāi)始蛇是5節(jié)，這時(shí)候依次把第2四節(jié)的屬性給第1節(jié)；把第3節(jié)（即蛇頭）的屬性給第2節(jié)；把第4四節(jié)的屬性給第3節(jié)；把第4節(jié)（即蛇頭）的屬性給第3節(jié)；把第5節(jié)