??? 摘? 要： 隨著處理性能的提升，現(xiàn)在的微控制器中可以運(yùn)行在20世紀(jì)90年代需要PC機(jī)才能運(yùn)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(gè)配有LCD圖形界面和32位ARM微控制器的移動(dòng)平臺(tái)上，可以實(shí)現(xiàn)最早出現(xiàn)在PC機(jī)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。
??? 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(jì)算機(jī)領(lǐng)域開始盛行游戲，世界首款PC機(jī)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(jī)顯卡的處理性能足以運(yùn)行這類3D動(dòng)畫。很多人都記得，《毀滅戰(zhàn)士》是第一款把3D帶到PC機(jī)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(gè)游戲?qū)⒉皇窃赑C機(jī)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(gè)新平臺(tái)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(dòng)的游戲。圖1為在一個(gè)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(diǎn)投射光線。為了加快這個(gè)過(guò)程，軟件使用了大量的墻磚。例如，為了向一個(gè)屏幕像素點(diǎn)投射一條射線，軟件采用一個(gè)空間搜索方法，找到這條射線與最近墻體的交叉點(diǎn)。
??? 在《德軍總部》中，墻體和紋理的尺寸為64×64像素，如圖2所示。
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??? 雖然這款游戲在當(dāng)時(shí)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(duì)角線；另外這些局限性方便了代碼移植，因?yàn)樗鼈儽硎驹创a復(fù)雜性不高。
?? ?目前設(shè)計(jì)者力爭(zhēng)在最新的32位微控制器上令這款游戲煥發(fā)新的生機(jī)。首先，必須設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)用電路板運(yùn)行這款游戲。從用戶的角度看，只看見兩個(gè)元器件：一個(gè)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(shí)際上，除這兩個(gè)可以看到的設(shè)備外，還有一個(gè)管理屏幕和鍵盤的微控制器芯片。因?yàn)檫@類屏幕的接口是并口(16位寬)，所以必須選擇一個(gè)能夠驅(qū)動(dòng)這個(gè)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(dòng)手之前，應(yīng)先確定原應(yīng)用程序的編程語(yǔ)言是否可移植及編程語(yǔ)言的編譯器是否可用。《德軍總部》用C語(yǔ)言編寫。因?yàn)镃語(yǔ)言在微控制器領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，市場(chǎng)上有眾多的C語(yǔ)言編譯器和調(diào)試器，所以，可以把這個(gè)軟件移植到微控制器。
??? 如果應(yīng)用代碼邏輯清晰，C語(yǔ)言準(zhǔn)許源代碼移植到多個(gè)目標(biāo)應(yīng)用。項(xiàng)目源文件的組織是一個(gè)需要考慮的因素，下面提供一個(gè)源文件組織方法。
?? ?《德軍總部》文件夾有兩個(gè)子文件夾,如圖3所示。
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??? 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(gè)外存控制器FSMC（靈活靜態(tài)存儲(chǔ)控制器），通過(guò)這個(gè)控制器，STM32F10xxx微控制器可連接各種存儲(chǔ)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(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器片選引腳，可連接64 MB存儲(chǔ)器。在《德軍總部》應(yīng)用電路板上，這個(gè)接口用于驅(qū)動(dòng)TFT液晶顯示器和外部4 MB SRAM高速異步存儲(chǔ)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(gè)非常有用的軟件庫(kù)，包含多個(gè)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(kù)用于寫TFT顯示驅(qū)動(dòng)程序。開發(fā)人員可以從 www.st.com網(wǎng)站下載STM32軟件庫(kù)。
?? ?Appli文件夾包含IDE項(xiàng)目以及硬件驅(qū)動(dòng)程序資源，如TFT顯示驅(qū)動(dòng)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(xiàng)目的意法半導(dǎo)體STM32軟件庫(kù)。軟件庫(kù)函數(shù)被《德軍總部》源代碼用于寫硬件驅(qū)動(dòng)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(dòng)。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(gè)文件夾是STM3210E-EVAL。這個(gè)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(gè)VW_UpdateScreen函數(shù)。根據(jù)內(nèi)部視頻緩存的內(nèi)容，這個(gè)函數(shù)可以刷新TFT液晶顯示器，函數(shù)本身還用于驅(qū)動(dòng)TFT液晶顯示器。因此，必須在portable/STM3210E-EVAL文件夾內(nèi)定義這個(gè)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(dòng)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(guò)種方法，可以把源代碼從一個(gè)目標(biāo)應(yīng)用移植到另一個(gè)目標(biāo)應(yīng)用，無(wú)需修改復(fù)雜的源文件。如果源代碼是移植到一個(gè)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(shí)，這個(gè)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(jì)成果如圖4，這看起來(lái)很像90年代的便攜游戲。
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??? 在互聯(lián)網(wǎng)上很容易找到用C語(yǔ)言編寫的老PC機(jī)游戲的源代碼。因?yàn)镾TM32系列微控制器的處理性能很強(qiáng)，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(yàn)這些游戲。