DIY創(chuàng)意設(shè)計(jì)：手舞足蹈跳舞機(jī)的軟硬件實(shí)現(xiàn)，方案設(shè)計(jì)

項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)的論述

要處理大量的圖像文件，其中，圖層間的α運(yùn)算、圖像的卷動等圖形圖像運(yùn)算會頻繁發(fā)生，如果這些運(yùn)算都交給CPU處理，就會占用大量的CPU資源，會破壞圖像顯示的連貫性。我們引入PPU，用于將上述繁重的計(jì)算任務(wù)從CPU分離出來，從而提高系統(tǒng)的性能。

聲像同步也是項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)之一：SoC集成的Mp3 Decoder將游戲音樂文件解碼為PCM流,PCM流傳輸?shù)絻蓧K同樣大小的緩沖區(qū)（暫且假設(shè)每塊緩沖區(qū)的大小為1K），如下圖所示，這兩塊緩沖區(qū)相當(dāng)于構(gòu)成一個(gè)循環(huán)隊(duì)列，一塊緩沖區(qū)的PCM流文件播放完以后，接著播放另一個(gè)緩沖區(qū)中的流文件。在切換緩沖區(qū)時(shí)，會產(chǎn)生中斷，在這個(gè)中斷周期，系統(tǒng)渲染新的圖像幀，從而實(shí)現(xiàn)聲像像同步。

游戲開發(fā)Framework：這是在該硬件驅(qū)動上實(shí)現(xiàn)的一組API，它是獨(dú)立于跳舞機(jī)游戲的，提供游戲開發(fā)的常用接口，規(guī)定了游戲開發(fā)的模型。

技術(shù)成熟性和可靠性論述：

目前市場上有很多基于PC的跳舞機(jī)的設(shè)計(jì)案例可以參考(當(dāng)中的PPU部件等關(guān)鍵功能模塊可以參考任天堂公司紅白機(jī)的設(shè)計(jì))，技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。

項(xiàng)目實(shí)施方案

方案基本功能框圖及描述

硬件功能框圖及描述

Compact Flash(CF) Card：

CF卡扮演只讀存儲器的角色，用于存儲游戲文件；游戲文件分為三個(gè)部分：第一部分是控制程序，這一部分供CPU（MicroBlaze）執(zhí)行；第二部分是位圖文件，這一部分由PPU處理；第三部分是音樂文件，其中MP3格式的文件交給圖中所示的MP3 Decoder處理。

之所以使用CF卡作為ROM，是因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/CF卡">CF卡可以很方便地從系統(tǒng)中取出，并與PC兼容，這樣容易實(shí)現(xiàn)游戲軟件的更新。

PPU（Physics Processing Unit）：

用于圖像顯示加速。在程序運(yùn)行過程中，有大量位圖文件需要顯示，考慮到處理這些位圖文件會給CPU帶來沉重的負(fù)擔(dān)，我們引入PPU，用來實(shí)現(xiàn)圖像顯示加速功能。

LCD顯示的圖像由三個(gè)圖層構(gòu)成，它們分別是背景層、卡通層與前景層。

背景層用于顯示游戲背景圖像，背景圖像有時(shí)需要縱向移動。某些游戲?yàn)榱丝v向卷動顯示圖像，是通過反復(fù)改寫顯示映射單元的內(nèi)容來實(shí)現(xiàn)的，這種辦法處理速度太慢。為了更快地實(shí)現(xiàn)背景圖像的縱向移動，我們采用移動顯示窗口的辦法。移動顯示窗口的大小與LCD的大小相當(dāng)（1024×768）；背景圖像文件在CF卡中以矩陣的形式連續(xù)存儲，每行也包含1024個(gè)像素。因此如果需要畫面移動，只需將顯示窗口向相反的方向移動即可。這樣每次顯示畫面移動一行，顯示窗口僅需要重新繪制一行，可以大幅度提高背景圖像的顯示速度，降低cpu占用。

卡通層用于顯示游戲中的提示動作，提示動作提示玩家該在什么時(shí)間完成什么樣的游戲動作（例如踩下向前按鈕、伸出左手等）。CPU將提示動作的種類、顯示時(shí)間、顯示坐標(biāo)發(fā)送給PPU，PPU則在規(guī)定的時(shí)間，將規(guī)定種類的提示動作顯示在規(guī)定的坐標(biāo)處。

前景層顯示玩家游戲動作的情況以及最終的得分情況。根據(jù)玩家完成游戲動作的時(shí)間與游戲規(guī)定時(shí)間的比較結(jié)果，可將完成情況分為不同的級別，每種級別對應(yīng)不同的前景層位圖文件。

值得注意的是顯示過程中，層與層之間會出現(xiàn)α運(yùn)算。所有的α運(yùn)算均由PPU處理。

MP3 Decoder/頻譜分析功能部件

游戲中的聲音以mp3的格式儲存在CF卡中，cpu從Flash中讀取mp3文件，送給MP3 Decoder處理，將它轉(zhuǎn)化成PCM格式的數(shù)據(jù)，再將PCM流轉(zhuǎn)換成模擬信號，最終通過揚(yáng)聲器播放出來。

游戲中的聲音包括兩種，一種是游戲背景音樂，存儲格式是MP3格式，由MP3 Decoder處理，從游戲開始就連續(xù)播放，一直到游戲結(jié)束為止；另一種是游戲提示音，提示音持續(xù)時(shí)間較短，通常只有幾秒鐘，存儲格式為WAV格式，不需要解碼，不同提示音文件分別對應(yīng)著玩家完成游戲動作的情況或得分情況，CPU通過判斷玩家完成動作情況或得分情況控制播放對應(yīng)的提示音文件。

要想營造絢麗、歡快的游戲氛圍，變幻多端的燈光效果是必不可少的，為了模擬這種效果，我們設(shè)計(jì)了頻譜分析模塊。該模塊從MP3 Decoder接收PCM流文件，通過對PCM文件進(jìn)行頻譜分析，得知游戲節(jié)奏的快慢，并控制LED指示燈根據(jù)游戲的節(jié)奏按照不同的頻率進(jìn)行顯示。

壓力傳感器/光傳感器

壓力傳感器和光傳感器分別接收玩家腳部與手部的動作作為原始輸入,每個(gè)傳感器對應(yīng)一個(gè)寄存器，該寄存器用于記錄輸入狀態(tài)。游戲中讀取輸入的操作全部在中斷周期中完成，游戲中斷時(shí)，如果傳感器有輸入，那么對應(yīng)的寄存器值被置為1，之后CPU讀各寄存器的狀態(tài)值，依次判斷玩家的輸入是否符合游戲要求，并確定游戲下一步的顯示圖像、播放聲音等操作。在中斷的最后階段還要對各狀態(tài)寄存器進(jìn)行復(fù)位。

DDR SDRAM Controller

UART

用于調(diào)試。