基于ARMCortex—M4的改進貪吃蛇游戲設計及開發

摘 要：文章采用ARM Cortex-M4的TM4C1294系列微處理器，在CCSv6.0開發環境下，介紹基于改進貪吃蛇的游戲開發和系統各個模塊的功能實現，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。實驗結果表明，該系統的人機交互性能強，功能擴展性優異，對今后的游戲開發有一定的指導意義。

關鍵詞：Cortext-M4；貪吃蛇游戲；游戲設計；模塊實現；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處理及浮點運算功能[1]，外設滿足開發要求，包括120MHz的ARM CortexM4F微處理器外核、系統控制及外設、高速ADC、多種串行通信功能和TFT液晶等等[2]。經典傳統的貪吃蛇游戲[3，4]缺乏創新，人機交互能力差，缺少即時反饋信息。針對傳統貪吃蛇游戲設計的不足，以及能具體闡述基于Cortex-M4的游戲開發思路、流程和方法，本文提出一種改進的貪吃蛇游戲設計及開發。

1 系統整體設計方案

1.1 系統整體結構

本文系統以ARM Cortex-M4為主控制器，負責控制系統的各個模塊，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，蜂鳴器警報和GPIO流水燈模塊等等。

1.2 系統整體設計思路

1.2.1 基本貪吃蛇功能設計。蛇體從默認方向開始移動，通過矩陣鍵盤[5]按鍵改變蛇的運動方向，按鍵7、5、2、10，分別對應上、下、左、右四個方向。矩陣按鍵采用軟件循環掃描的方式識別按鍵，同時具備軟件消抖功能。食物在隨機的位置產生，有效范圍根據游戲難度可以自由設定，蛇頭進入該范圍則身體加長。游戲結束的判斷條件，蛇頭碰到區域邊界、障礙物或自身。蛇體和食物的顯示依靠LCD顯示屏模塊實現，由OTM4001A控制芯片驅動。

1.2.2 改進貪吃蛇模塊設計思路?；诰仃囨I盤的按鍵識別，設計中間按鍵6，負責游戲的開始和暫停。利用I2C總線對PCA9557芯片進行操作，控制四個米字管模塊顯示當前獲得分數。ADC采樣通道PD7的模擬量，可以通過波動滾輪得到不同的輸入電壓，計算出蛇體的速度。TSC2046芯片控制TFT LCD觸摸屏[6]，工作于12位差分模式，讀取x軸測量值和y軸測量值，再通過SSI分別讀取x、y軸方向的轉換數據，實時調整目標食物數量。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，替代傳統的黑白界面。LED流水燈和蜂鳴器提醒功能。當游戲結束時，觸發定時器中斷，在3s后蜂鳴器自動結束響聲。

綜上所述，本文改進貪吃蛇的開發功能豐富，實現功能如下：暫停與繼續、觸摸屏改變游戲目標食物值、通過滾輪實時改變速度、錯誤按鍵響應處理、米字管實時顯示分數、障礙物躲避功能、LED流水燈和蜂鳴器等等。

2 系統模塊功能軟件設計

本文采用CCSv6.0開發環境，能完成系統的軟件開發，提供一整套的程序編制、維護、編譯和調試環境。因為具備簡潔的用戶界面，高級代碼編輯器和GUI框架，是一款非常好用且受歡迎的開發工具。

2.1 傳統貪吃蛇的功能軟件設計

（1）蛇體移動。定義存儲蛇身的結構數組snake[100]，包括節點x、y坐標。移動過程中刪除尾節點，依次把snake[100]中的每個節點向前一節點移動，然后在當前方向的蛇頭位置前添加節點，即實現移動。（2）檢測蛇體吃到食物。蛇頭與食物未碰撞，則只需要執行移動操作；碰撞，則表示吃到食物，在蛇頭的前方添加一個節點，使蛇體長度增長。（3）在隨機位置產生新的食物。利用偽隨機數種子產生新的食物位置，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生碰撞，結束游戲。

2.2 改進貪吃蛇的功能軟件設計

游戲暫停功能。當按下“6”鍵時，若游戲已經開始且蛇體在移動，則使當前按鍵為無效按鍵，使游戲暫停；若要使蛇體繼續移動，使當前按鍵為當前方向。

米字管顯示當前獲得食物數量。先設置米字管管選信號，依次對四個米字管選擇相應碼段，即低八位、高八位的數字信號。

波動滾輪實時控制蛇體的速度。利用ADC模塊可以實時控制貪吃蛇的速度，先采樣通道PD7的模擬量，轉換后的數字量是0-4096，則蛇體速度V=timeDelay-■，調整延遲函數則改變蛇體速度。

3 系統測試及結果

經過CCSv6.0環境編譯、鏈接和下載，實驗結果如圖1所示：

實驗表明，本文算法在TM4C1294開發板上測試正確，人機交互能力強，對游戲開發有指導意義。

4 結束語

本文針對傳統的貪吃蛇實驗，基于ARM Cortext-M4的TM4C1294系列微處理器，在CCSv6.0編譯環境下提出一種改進貪吃蛇游戲。在傳統的貪吃蛇移動、食物刷新和碰障礙物失敗的設計思路下，開發ADC采樣實時控制蛇體速度，米字管顯示分數，TFT LCD觸摸調整目標分數，游戲暫停和繼續，TFT液晶顯示功能。經實驗，該系統的人機交互性能強，游戲功能擴展優異，對今后的游戲開發具有指導意義。

參考文獻

[1]蔡伯峰，王宜懷.基于ARM Cortex-M4的構件化匯編框架的研究[J].計算機測量與控制，2016（10）：138-141.

[2]王超藝.基于Cortex-M4內核的Kinetis微控制器的應用研究[D].蘇州：蘇州大學，2011.

[3]賀敬凱.基于FPGA平臺的貪吃蛇游戲開發研究[J].深圳信息職業技術學院學報，2015（03）：17-21.

[4]何志敏，謝杰.基于FPGA的貪食蛇游戲設計[J].現代電子技術，2014，（18）：105-106+109.

[5]梁顯思，劉煒.基于ARM的矩陣鍵盤設計及其linux驅動實現[J].電子世界，2013（21）：84-85.

[6]孫林軍，賀鋒濤.基于ARM的TFT-LCD液晶顯示圖像控制系統研究[J].黃岡師范學院學報，2012（03）：41-45.

作者簡介：章途潮（1996，09-），男，籍貫：浙江省溫州市，學歷：大學本科，研究方向：控制工程與科學。