基于ARMCortex—M4的改進(jìn)貪吃蛇游戲設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)

摘 要：文章采用ARM Cortex-M4的TM4C1294系列微處理器，在CCSv6.0開(kāi)發(fā)環(huán)境下，介紹基于改進(jìn)貪吃蛇的游戲開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)各個(gè)模塊的功能實(shí)現(xiàn)，包括矩陣鍵盤模塊、TFT液晶顯示模塊、TFT LCD觸摸屏模塊、ADC模塊以及米字管模塊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)的人機(jī)交互性能強(qiáng)，功能擴(kuò)展性優(yōu)異，對(duì)今后的游戲開(kāi)發(fā)有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：Cortext-M4；貪吃蛇游戲；游戲設(shè)計(jì)；模塊實(shí)現(xiàn)；CCSv6.0

引言

基于ARM Cortex-M4處理器的TM4C1294系列微處理器具有高效的信號(hào)處理及浮點(diǎn)運(yùn)算功能[1]，外設(shè)滿足開(kāi)發(fā)要求，包括120MHz的ARM CortexM4F微處理器外核、系統(tǒng)控制及外設(shè)、高速ADC、多種串行通信功能和TFT液晶等等[2]。經(jīng)典傳統(tǒng)的貪吃蛇游戲[3，4]缺乏創(chuàng)新，人機(jī)交互能力差，缺少即時(shí)反饋信息。針對(duì)傳統(tǒng)貪吃蛇游戲設(shè)計(jì)的不足，以及能具體闡述基于Cortex-M4的游戲開(kāi)發(fā)思路、流程和方法，本文提出一種改進(jìn)的貪吃蛇游戲設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

本文系統(tǒng)以ARM Cortex-M4為主控制器，負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)的各個(gè)模塊，包括TFT液晶模塊，矩陣鍵盤模塊，米字管模塊，ADC模塊，TFT LCD觸摸屏模塊，蜂鳴器警報(bào)和GPIO流水燈模塊等等。

1.2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路

1.2.1 基本貪吃蛇功能設(shè)計(jì)。蛇體從默認(rèn)方向開(kāi)始移動(dòng)，通過(guò)矩陣鍵盤[5]按鍵改變蛇的運(yùn)動(dòng)方向，按鍵7、5、2、10，分別對(duì)應(yīng)上、下、左、右四個(gè)方向。矩陣按鍵采用軟件循環(huán)掃描的方式識(shí)別按鍵，同時(shí)具備軟件消抖功能。食物在隨機(jī)的位置產(chǎn)生，有效范圍根據(jù)游戲難度可以自由設(shè)定，蛇頭進(jìn)入該范圍則身體加長(zhǎng)。游戲結(jié)束的判斷條件，蛇頭碰到區(qū)域邊界、障礙物或自身。蛇體和食物的顯示依靠LCD顯示屏模塊實(shí)現(xiàn)，由OTM4001A控制芯片驅(qū)動(dòng)。

1.2.2 改進(jìn)貪吃蛇模塊設(shè)計(jì)思路。基于矩陣鍵盤的按鍵識(shí)別，設(shè)計(jì)中間按鍵6，負(fù)責(zé)游戲的開(kāi)始和暫停。利用I2C總線對(duì)PCA9557芯片進(jìn)行操作，控制四個(gè)米字管模塊顯示當(dāng)前獲得分?jǐn)?shù)。ADC采樣通道PD7的模擬量，可以通過(guò)波動(dòng)滾輪得到不同的輸入電壓，計(jì)算出蛇體的速度。TSC2046芯片控制TFT LCD觸摸屏[6]，工作于12位差分模式，讀取x軸測(cè)量值和y軸測(cè)量值，再通過(guò)SSI分別讀取x、y軸方向的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)調(diào)整目標(biāo)食物數(shù)量。利用高速并行EPI總線控制OTM4001A芯片，在TFT液晶上顯示貪吃蛇的游戲界面，具有豐富的色彩和形狀，替代傳統(tǒng)的黑白界面。LED流水燈和蜂鳴器提醒功能。當(dāng)游戲結(jié)束時(shí)，觸發(fā)定時(shí)器中斷，在3s后蜂鳴器自動(dòng)結(jié)束響聲。

綜上所述，本文改進(jìn)貪吃蛇的開(kāi)發(fā)功能豐富，實(shí)現(xiàn)功能如下：暫停與繼續(xù)、觸摸屏改變游戲目標(biāo)食物值、通過(guò)滾輪實(shí)時(shí)改變速度、錯(cuò)誤按鍵響應(yīng)處理、米字管實(shí)時(shí)顯示分?jǐn)?shù)、障礙物躲避功能、LED流水燈和蜂鳴器等等。

2 系統(tǒng)模塊功能軟件設(shè)計(jì)

本文采用CCSv6.0開(kāi)發(fā)環(huán)境，能完成系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)，提供一整套的程序編制、維護(hù)、編譯和調(diào)試環(huán)境。因?yàn)榫邆浜?jiǎn)潔的用戶界面，高級(jí)代碼編輯器和GUI框架，是一款非常好用且受歡迎的開(kāi)發(fā)工具。

2.1 傳統(tǒng)貪吃蛇的功能軟件設(shè)計(jì)

（1）蛇體移動(dòng)。定義存儲(chǔ)蛇身的結(jié)構(gòu)數(shù)組snake[100]，包括節(jié)點(diǎn)x、y坐標(biāo)。移動(dòng)過(guò)程中刪除尾節(jié)點(diǎn)，依次把snake[100]中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)向前一節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，然后在當(dāng)前方向的蛇頭位置前添加節(jié)點(diǎn)，即實(shí)現(xiàn)移動(dòng)。（2）檢測(cè)蛇體吃到食物。蛇頭與食物未碰撞，則只需要執(zhí)行移動(dòng)操作；碰撞，則表示吃到食物，在蛇頭的前方添加一個(gè)節(jié)點(diǎn)，使蛇體長(zhǎng)度增長(zhǎng)。（3）在隨機(jī)位置產(chǎn)生新的食物。利用偽隨機(jī)數(shù)種子產(chǎn)生新的食物位置，每次在蛇體吃到食物后刷新食物位置。（4）障礙物或邊界與蛇頭發(fā)生碰撞，結(jié)束游戲。

2.2 改進(jìn)貪吃蛇的功能軟件設(shè)計(jì)

游戲暫停功能。當(dāng)按下“6”鍵時(shí)，若游戲已經(jīng)開(kāi)始且蛇體在移動(dòng)，則使當(dāng)前按鍵為無(wú)效按鍵，使游戲暫停；若要使蛇體繼續(xù)移動(dòng)，使當(dāng)前按鍵為當(dāng)前方向。

米字管顯示當(dāng)前獲得食物數(shù)量。先設(shè)置米字管管選信號(hào)，依次對(duì)四個(gè)米字管選擇相應(yīng)碼段，即低八位、高八位的數(shù)字信號(hào)。

波動(dòng)滾輪實(shí)時(shí)控制蛇體的速度。利用ADC模塊可以實(shí)時(shí)控制貪吃蛇的速度，先采樣通道PD7的模擬量，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量是0-4096，則蛇體速度V=timeDelay-■，調(diào)整延遲函數(shù)則改變蛇體速度。

3 系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)果

經(jīng)過(guò)CCSv6.0環(huán)境編譯、鏈接和下載，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示：

實(shí)驗(yàn)表明，本文算法在TM4C1294開(kāi)發(fā)板上測(cè)試正確，人機(jī)交互能力強(qiáng)，對(duì)游戲開(kāi)發(fā)有指導(dǎo)意義。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)傳統(tǒng)的貪吃蛇實(shí)驗(yàn)，基于ARM Cortext-M4的TM4C1294系列微處理器，在CCSv6.0編譯環(huán)境下提出一種改進(jìn)貪吃蛇游戲。在傳統(tǒng)的貪吃蛇移動(dòng)、食物刷新和碰障礙物失敗的設(shè)計(jì)思路下，開(kāi)發(fā)ADC采樣實(shí)時(shí)控制蛇體速度，米字管顯示分?jǐn)?shù)，TFT LCD觸摸調(diào)整目標(biāo)分?jǐn)?shù)，游戲暫停和繼續(xù)，TFT液晶顯示功能。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，該系統(tǒng)的人機(jī)交互性能強(qiáng)，游戲功能擴(kuò)展優(yōu)異，對(duì)今后的游戲開(kāi)發(fā)具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：章途潮（1996，09-），男，籍貫：浙江省溫州市，學(xué)歷：大學(xué)本科，研究方向：控制工程與科學(xué)。