基于嵌入式系统的游戏程序设计

1、基于嵌入式系统的游戏程序设计0引言随着近年來计算技术、通信技术的飞速发展，特别是互联网的迅速普及和3c（计算机、通信、消费电子）合 一的加速，微型化和专业化成为发展的新趋势，恢入式产品成为信息产业的主流。恢入式系统被定义为以 应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗 严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用。而广泛用于制造工业、过程控制、通信、仪器、仪表等， 消费类产品，如果独立于应用口行发展，则会失去市场。恢入式处理器在功耗、体积、成本、可靠性、速 度、处理能力、电磁兼容性等方而均受到应用要求的制约，这些也是各个半

2、导体厂商z间的竞争热点。嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键。软件要求周化存储，软件代码要求高质量、高可 靠性。1开发平台一个完整的嵌人式系统结构如图1所示，设汁中采用的硕件平台为基于intel xscale架构的pxa255开发板, cpu 运算速度为 400 mhz, flash 为 32 mb 容最的 intel strata flash, sdrm 容量为 64 mb, usbslave 支持usb1. 1, lcd支持640x480分辨率。图】决入式系统结构山图1可以看出，一个完整的嵌入式系统不仅包含有硬件平台，还有运行于该换件平台的操作系统和基于 该操作系统的应用软件，

3、而嵌入式linux只是众多嵌入式操作系统中的一个。从20世纪80年代末开始，陆续出现了一些嵌入式操作系统，例如比较著名的有vxwork, psos, neculeus, qnx, ecos, lynx, palm os和windows ce,这些专川操作系统都是商业化产品，其高昂的价格使许 多低端产品的小公司望而却步；而且源代码的封闭性也人人限制了开发者的积极性。另外，结合国内实情, 当前国家对自主操作系统的人力支持，也为源码开放的linux推广提供广阔的发展前景。再者，对上层应 用开发者而言，嵌入式系统需要的是一套高度简练，界面友善，质量可靠，应用广泛，易开发、多任务， 并ji价格低廉的操作

4、系统。基于以上悄况，采用嵌入式linux操作系统作为开发的软件平台。2交叉编译工具链在嵌入式系统软件的开发过程中，交叉编译工具链是极为重要的一环，设计并制作良好的交叉编译工具链 是顺利实现软件开发的重要保障。2. 1 arm-linux的gcc交叉工貝链设计采用的linux操作系统是经过修改与裁剪的arm-linux；使用的开发工具是非图形开发工具gcc。gcc 交叉编译工具一般悄况下需自行制作，制作方法较为简单，这里不做详细介绍。制作一条比较完整的 arm-linux gcc交义工具链主耍丿口到如下软件包：binulils 工具包(flp： / / ftp. gnu. org / gnu /

5、 binutils)；gcc 编译器(ftp： / / ftp. gnu. org / gnu / gcc)；glibc 函数库(ftp： / / ftp. gnu. org / gnu / glibc)；glibc-linuxthrcads 包(ftp： / / ftp. gnu. org / gnu / glibc)；linux 内核(ftp： / / flp. kernle. org / pub / linux / kernel)o如果linux内核低于2. 6版木，还应下载相应的内核补丁。(ftp： / / ftp. arm. linux. org. uk / pub / linux

6、/ arm / kernel / v2. 4 / )2. 2 sdl图形库为使程序运行的界面更加友好和美观，在设计中要使川到图形函数接口，这就意味着要向前面的工具链(采 用gcc工貝链版木为3. 3. 2)添加第三方的图形函数库。设计中采用的sdl(simple directmedia layer)图形 库为免费的跨平台多媒体应用编程接口，具冇丰富的两数库，便f开发者使用。2. 21 sdl常用到的开发包(i)sdljmage：提供显示多种格式的图像显示接口,它支持bmp, png, jpeg, gif, tiff等；sdl_draw：提供画点线圆等儿何图形的接口(sdl_gfx也含冇这样的功

7、能hllp： / / www. ferzkopp. net/ joomla / content / view / 19 / 14 / )；sdl_ttf：捉供显示ttf文字的接口 ；sdl.mixcr：提供播放各种声音文件的接口。把sdl编译到工具链用的并非pc机本身带的gcc编译器，而是要用到第2. 1节已经做好了的交叉编译工具链。其中使用的pkg-config工具版木要在0. 15. 0版木或以上。sdl 以及与 sdl 安装相关或有依赖关系的软件有:alsa-lib-l 0. 15, audiofilc-o. 2. 6, csound-0. 2. 38, freetype-2 1 9,

8、jpegsrc v6b, libid3tag-0. 15 1 b, libmad-0 15. lb, libpng-1 2. 22, madplay-0.15. 2b, sdl-l. 2. 12, sdl_draw-l. 2. 11, sdl_gfx-2. 0. 15, sdl_image-l. 2. 6, sdl_mad-0. i, sdl_mixer-l. 2. 8, sdljtf-2. 0. 9, tiff-3. 8. 2, tslib-1 3, zlib-1 2. 3。2. 2. 2交义编译的主要步骤主要步骤为:(1)设定环境变就：prefix 为安装卜|录；cross 为 arm4j

9、nux： pkg_config_path 为 pkgcon-fig 的路 径；arch在这里设成arm： host注意耍是arm-linux,而不是i386-linux(这与前面做arm-linux-gcc 不一样);build设置为i386-linux<»编译时一定要指定cc, nm, ar等变量，让它们跟交叉编译器对应 的工具关联起來，否则编译时将会采用pc机linux的gcc编译器进行编译，不能达到交叉编译的目的。(2)按顺序依次编译如下软件：zlib编译命令行:. / configuresharedprcfix=$prefix: make: make install o

10、freetype编译命令行：./ configurehost=$(host)-build=$(build)-prefix=$prefix： make: make installolibpng编译命令行:./ configurehost=$(host)一build=$(build)prefix=$prefix； make； make installlibtiff编译命令行：./ configurehost=$(host)build=$(build)-prefix=$(prefix) / usr-without-xenable-zlib with-zlib-include-dir=$(preflx

11、) / includewith-zlib-lib-dir=$(prefix) /libwith-jpeg-include-dir=$(prefix) / include with-jpeg-lib-dir=$(prefix) / lib； make； make installtslib编译命令行: configurehost=$(host)build=$(build)-prefix=$(prefix)-cache-file=$(arch)-linux. cache syscon fdir=$(prefix / etcenable-static &&； make； make in

12、stallslibmad编译命令行: / configurehost=$(host)build=$(build)prefix=$(prefix)； make： make installlibid3tag编译命令行: / configurehost=$(host)-build=$(build)prcfix=$(prefix)； make make installmadplay编译命令彳亍： / configure-host=$(host)-build$(build)-prefix=$(prefix)； make； make installalsa编译命令行: / configure-host=$

13、(host)-build=$(build)-prefix=$(prefix)-disable-esd-disable-video-di-rectfb： make；make install oaudiofile编译命令行: / configure-host=$(host)-build=$(build)-prefix=$(prefix)-disable-esd-disable-video-di-rectfb： make；make install oesound编译命令行: / configure-host=$(host)-build=$(build)-prefix=$(prefix)-disabl

14、e-esd-disable-video-di-rectf'b： make； make install osdl编译命令行: configurehost=$(host)build=$(build)prefix=$(prefix)with-esd-exec-prefix=$(prefix)disable-video-directfb； make； make installosdljmage编译命令行:./configurehost=$(host)-build=$(build)prefix=$(prefix)with-sdl-exec-prefix=$(prefix)enable-sdhes

15、t； make； make installsdlff编译命令行：./configiire-host=$(host)-build=$(build)-prefix=$(prefix)-wilh-freetype-exec-prefix=$(prefix)；make； make installosdl_draw编译命令行：./configure-host=$(host)-build=$(build)prefix=$(prefix)-wilh-sdl-exec-prefix=$(prefix)； make；make installsdl_mixer 编译命令行：./configurc-host=$(h

16、ost)-bui)d=$(buiud)-prcfix=$(prefix)-with-sdl-cxcc-prcfix=s(prefix)； make； make install sdl_mad编译命令行:/ configurehost=$(host)-build$(build)prefix=$(preftx)with-sdl-exec-prefix=$(prefix)； make: make install至此，整个工具链就制作完成，打包并做好备份。这个工具链并不限于只川于制作该工具的linux操作系 统上使用，同样可用于别的linux环境。3开发环境设置嵌入式系统通常为-个资源受限的系统，直接

17、在嵌入式系统的硕件平台上编写软件比较因难，有时甚至是 不可能的。-般嵌入式软件开发采用的办法是先在通用计算机上编写程序，然厉通过交叉编译，生成h标 平台上可运行的二进制代码格式，最后下载到目标平台上的特定位置上运行。仅安装好linux系统和开发工具，还没冇真正完成设计所需要的开发环境。sdl只是一个图形的函数库， 它向上提供图形曲数接口，向下调川系统图形引擎来画图。它支持的图形引擎有很多，这里采川linux内 核自带的fnmwbuffer,代码简洁，十分适用于嵌入式软件开发。如果在开发板上的linux的/ dev /目录及其子目录下没冇找到fbo或fbl或其他类似名称的设备时，则很 有可能正在

18、使用的内核没有framebuffer驱动。此时只能重新定制内核,选择对framebuffer支持和相关的 驱动，再进行内核编译。4主要解决问题对于一个人机对弈的嵌入式五子棋游戏來说，主要应解决图形显示、人工智能算法、键盘事件处理3个问 题。4. 1图形显示图形显示问题包括如何设计友好的人机交互界面；如何将光标和棋显示在正确的位置上；如何在棋盘移 动光标时去掉旧位置上的光标痕迹；如何在光标与棋子叠加时去除光标痕迹；如何进行下棋厉的图像处理 问题；如何从方形图片得到圆形棋子；如何进行汉字的显示问题等。由于采川的开发板lcd规格为640x480像素，根据这个规格设计所使用的背景图片、黑棋子、白棋子、

19、光 标。为了使界面更加友好，采用图片字体显示，而不使用sdl_ttf中的字体。棋盘与棋子采用3d效果，黑、h棋子与光标三者的图片大小一致，都是25x25像素，且背景色的色度空 间都选用rgb(255, 0, 255),也就是粉红色。通过调用sdl函数库中的sdl_setcolorkey函数把粉红色 作为过滤色。因此在显示这些图片时，看不到粉红色的背景，看起来就像图片做了切割样。光标在新的位置重画后，即使使用sdl_updaterect两数把幕个屏幕都刷新，原來的位置仍然还冇光标的图 像存在，一直到程序的退出。解决这个问题釆用的办法是当光标要在某个位置显示时，先把这个位置上与 光标图片大小一样的

20、区域记录起來，再显示光标，当光标移动时，把记录起來的图片重新画冋到原來的位 置，然后在画光标之前记录新的目标区域，如此重复。用上面的方法解决光标的重画还存在一些问题，也就是当下棋时，光标离开这个位置时，使用下棋z前所 记录的图片來重画了这个位置，结果就是当光标离开时，这个位置的棋子突然消失。一个简单而又实用的 方法就是在选择下棋时，同时把棋子画到棋盘还有先前记录区域的图片上。这样就算棋盘上的棋子擦掉了, 还可以从记录区域的图片上将它重新画出来。4. 2对弈算法对于一个对弈游戏來说，算法的智能性是非常重要的，但高智能的算法往往意味着要花费更多的cpu资源 和更多的内存资源，而这两项对嵌入式系统来

21、说，往往都是非常缺乏的。由于嵌入式硕件资源的限制，使用了一个较简单的算法。利用一个15x15的二维全局数组來记录下棋的情 况，i表示是人下的棋子；2表示是机器下的棋子，0表示是空位。当机器下棋时，使用4个断数linex, liney,hne45, linel35从水平、垂直、45。角、135。角4个方向搜索，遇到对手的棋子就把分数加10。记录每个方 向上可下棋位置的分数，选择分数高的位置下棋子。4. 3键盘事件处理键盘事件响应问题包含如何及时响应键盘敲击，如何得到键值，如何作岀e确的响应。考虑到软件的可移 植性，没冇直接使用linux系统的事件处理函数來处理键盘事件，而是采用sdl本身的键盘响

22、应事件函数, 代码简洁淸晰。5五子棋游戏设计与实现main主函数主要调用初始化函数lnitgraph()与控制两数gamecontrok),这两个都是全局两数，返回类型都 是void。inilgr叩h()丄要进行程序初始化和图片装载；gamecontrol()是上要的游戏控制函数。5. 1 initgraph()函数initgraph()先调用 sdl_init(sdl_init_audi-o | sd1_init_v1deo)初始化一个终端屏幕，再使用sdl_setvideomode(640, 480, 16, sdl_swsur-face)把它设置成合适的模式。其中的“640, 480”表

23、示 这是个640x480像素的屏幕；16代表的是色深。sdl中使用sdi.surface结构來记录屏幕区域或图片，过程用到的所有图片都使用这个结构來存取。sdl.creatergbsurface函数用來创建-个sdl_surface实例，而img_load函数则可以把一张图片装载到 一个si)i_surface中去，接着使用sdl_setcolor-key函数來设置透明色，这里把rgb(255, 0, 255)设置成 透明色。因此，显示出来的图片中颜色为rgb(255, 0, 255)的区域都成了透明的。sdl.blitsurface函数用來把一个sdl.surface的某一部分或全部画到另一

24、个sdl.surface上去。如果目标 sdl_surface是折幕，那就是要在折幕上显示此sdl_surface,当然要使用sdl_updaterect把这个区域刷新一下才能看到结呆。因为经常要显示图片和擦除图片，所以这也比较麻烦，再加上要光标移动时不仅要画出光标，更是耍在画z前保存这块区域的图片。所以把sdl.blitsurface 装成个町以保存区域图片的画图两数showpicture05. 2 gamccontroio函数gamecontrol()是程序的卞要控制模块。sdl_event是记录事件的数据结构，通过sdl_pollevent(&evenl) 可以得到键盘和鼠标事件。对event结构的判断可得到想要的按键值和按键的动作。电脑卜棋的位趕主要是通过调用coniputcrthink函数得到的。cornputcrthink函数采丿ij第4. 2节的对弈算 法，调用linex, liney, iine45, line 135对某个位置进行水平、垂直、45。角和135。角4个方向的5个棋子内 的范围进行扫描。如扫描水平这条线时，先从这个点向左扫描，遇到对手下的棋子把分数加10