摘 要： 隨著處理性能的提升，現(xiàn)在的微控制器中可以運行在20世紀(jì)90年代需要PC機才能運行的應(yīng)用程序。電子游戲業(yè)是這一技術(shù)進(jìn)步的最大受益者。目前，在一個配有LCD圖形界面和32位ARM微控制器的移動平臺上，可以實現(xiàn)最早出現(xiàn)在PC機上的3D游戲。本文介紹利用適合的源文件架構(gòu)，把開源游戲代碼移植到微控制器上的方法。
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關(guān)鍵詞： 微控制器；ARM；游戲代碼????
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20世紀(jì)90年代，計算機領(lǐng)域開始盛行游戲，世界首款PC機3D 游戲《德軍總部》(Wolfenstein 3D)是IdSoftware公司1992年開發(fā)的，是《毀滅戰(zhàn)士》的前身?！兜萝娍偛俊纷C明了PC機顯卡的處理性能足以運行這類3D動畫。很多人都記得，《毀滅戰(zhàn)士》是第一款把3D帶到PC機的游戲。這款游戲的源代碼于20世紀(jì)90年代中期被公布在互聯(lián)網(wǎng)上，今天在網(wǎng)上還能找到這款游戲的源代碼。如果現(xiàn)在想再玩一次這個游戲?qū)⒉皇窃赑C機上，而是使用微控制器和集成的液晶顯示器。
??? 本文主要介紹向一個新平臺移植復(fù)雜代碼的方法。1992年，《德軍總部》徹底改變了3D游戲世界，它是第一款讓玩家可以在3D環(huán)境中自由移動的游戲。圖1為在一個應(yīng)用電路板上的Wolfentien 3D。
圖1 在一個應(yīng)用電路板上的Wolfentien 3D
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??? 在這款游戲中使用了大量的紋理和精靈，因此圖形和源代碼一樣重要。為使游戲有一種3D的效果，軟件采用光線投射法將圖像放置到屏幕上。光線投射法就是從視點投射光線。為了加快這個過程，軟件使用了大量的墻磚。例如，為了向一個屏幕像素點投射一條射線，軟件采用一個空間搜索方法，找到這條射線與最近墻體的交叉點。
?? ?在《德軍總部》中，墻體和紋理的尺寸為64×64像素，如圖2所示。
圖2 紋理和精靈
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??? 雖然這款游戲在當(dāng)時取得了巨大成功，但仍然存在局限性。例如，墻壁的高度都相同，角度都是90°，沒有對角線；另外這些局限性方便了代碼移植，因為它們表示源代碼復(fù)雜性不高。
??? 目前設(shè)計者力爭在最新的32位微控制器上令這款游戲煥發(fā)新的生機。首先，必須設(shè)計一個應(yīng)用電路板運行這款游戲。從用戶的角度看，只看見兩個元器件：一個240×320的彩色TFT液晶顯示器和一組讓玩家可以在《德軍總部》的迷宮中行走的按鍵。實際上，除這兩個可以看到的設(shè)備外，還有一個管理屏幕和鍵盤的微控制器芯片。因為這類屏幕的接口是并口(16位寬)，所以必須選擇一個能夠驅(qū)動這個屏幕的微控制器。
把源代碼輕松地移植到微控制器
?? 《德軍總部》的源代碼十分復(fù)雜。源代碼越復(fù)雜，越難管理。因此，把這款游戲代碼移植到新的目標(biāo)應(yīng)用不是一件容易的事情。在動手之前，應(yīng)先確定原應(yīng)用程序的編程語言是否可移植及編程語言的編譯器是否可用?！兜萝娍偛俊酚肅語言編寫。因為C語言在微控制器領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，市場上有眾多的C語言編譯器和調(diào)試器，所以，可以把這個軟件移植到微控制器。
?如果應(yīng)用代碼邏輯清晰，C語言準(zhǔn)許源代碼移植到多個目標(biāo)應(yīng)用。項目源文件的組織是一個需要考慮的因素，下面提供一個源文件組織方法。
?? 《德軍總部》文件夾有兩個子文件夾,如圖3所示。
???從意法半導(dǎo)體基于ARM Cortex M3內(nèi)核的內(nèi)置閃存的32位微控制器系列產(chǎn)品中選擇了STM32F103ZE。
?? STM32F103ZE的主頻高達(dá)72 MHz，電源電壓范圍2.0 V～3.6 V，內(nèi)置512 KB閃存和64 KB RAM。該產(chǎn)品還提供一個外存控制器FSMC（靈活靜態(tài)存儲控制器），通過這個控制器，STM32F10xxx微控制器可連接各種存儲器(SRAM、NOR閃存等)。FSMC有16條數(shù)據(jù)線和26條地址線，使用5個獨立的存儲器片選引腳，可連接64 MB存儲器。在《德軍總部》應(yīng)用電路板上，這個接口用于驅(qū)動TFT液晶顯示器和外部4 MB SRAM高速異步存儲器。按鍵直接連接到通用輸入輸出端口。應(yīng)用電路板的電源電壓為3 V，使用三支1.2 V電池和LM317穩(wěn)壓器為應(yīng)用板供電。
?? 意法半導(dǎo)體提供一個非常有用的軟件庫，包含多個STM32硬件管理示例。為了達(dá)到移植應(yīng)用代碼的目的，軟件庫用于寫TFT顯示驅(qū)動程序。開發(fā)人員可以從 www.st.com
網(wǎng)站下載STM32軟件庫。
圖3 《德軍總部》項目文件夾
?? Appli文件夾包含IDE項目以及硬件驅(qū)動程序資源，如TFT顯示驅(qū)動程序。該文件夾包含硬件應(yīng)用板的名稱(本示例是STM3210E-EVAL)。文件夾還含有用于管理應(yīng)用板硬件和IDE項目的意法半導(dǎo)體STM32軟件庫。軟件庫函數(shù)被《德軍總部》源代碼用于寫硬件驅(qū)動程序。
?? Source文件夾包含《德軍總部》的原程序源代碼，源代碼的指令或函數(shù)不能直接與應(yīng)用電路板硬件互動。portable子文件包含在游戲源代碼與執(zhí)行源代碼的目標(biāo)硬件之間建立聯(lián)系的函數(shù)。在本示例中，這個文件夾是STM3210E-EVAL。這個文件含有調(diào)用應(yīng)用板硬件的函數(shù)。
顯示管理
?? 《德軍總部》游戲含有一個VW_UpdateScreen函數(shù)。根據(jù)內(nèi)部視頻緩存的內(nèi)容，這個函數(shù)可以刷新TFT液晶顯示器，函數(shù)本身還用于驅(qū)動TFT液晶顯示器。因此，必須在portable/STM3210E-EVAL文件夾內(nèi)定義這個函數(shù)。VW_UpdateScreen函數(shù)可以調(diào)用在Appli/ STM3210E-EVAL文件夾內(nèi)定義的基本函數(shù)(驅(qū)動軟件)。
? ?Source/portable/STM3210E-EVAL/文件夾含有與編譯器兼容的類型的摘要和定義。通過種方法，可以把源代碼從一個目標(biāo)應(yīng)用移植到另一個目標(biāo)應(yīng)用，無需修改復(fù)雜的源文件。如果源代碼是移植到一個有不同的接口硬件、映射不同的STM32應(yīng)用，或者當(dāng)編譯器修改時，這個功能非常有用。只需更新Appli/STM3210E-EVAL/和Source/portable/STM3210E-EVAL/ 中的限制性文件，即可將游戲源代碼移植到新的目標(biāo)應(yīng)用。
?? 設(shè)計成果如圖4，這看起來很像90年代的便攜游戲。
圖4 最終應(yīng)用
?? 在互聯(lián)網(wǎng)上很容易找到用C語言編寫的老PC機游戲的源代碼。因為STM32系列微控制器的處理性能很強，并集成了液晶顯示器接口，現(xiàn)在可以在以STM32為內(nèi)核的應(yīng)用產(chǎn)品上體驗這些游戲。