基于嵌入式系统的游戏程序设计

基于嵌入式系统的游戏程序设计0引言随着近年来计算技术、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，嵌入式产品成为信息产业的主流。嵌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，如果独立于应用自行发展，则会失去市场。嵌入式处理器在功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等方面均受到应用要求的制约，这些也是各个半导体厂商之间的竞争热点。嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键。软件要求固化存储，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，设计中采用的硬件平台为基于IntelXscale架构的PXA255开发板，CPU运算速度为400MHz，FLASH为32MB容量的IntelStrataFLASH，SDRM容量为64MB，USBSlave支持USB1．1，LCD支持640×480分辨率。由图1可以看出，一个完整的嵌入式系统不仅包含有硬件平台，还有运行于该硬件平台的操作系统和基于该操作系统的应用软件，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，PalmOS和WindowsCE，这些专用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大大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大力支持，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，并且价格低廉的操作系统。基于以上情况，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。2．1ARM-Linux的gcc交叉工具链设计采用的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交叉编译工具一般情况下需自行制作，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-Linuxgcc交叉工具链主要用到如下软件包：binutils工具包(ftp：／／ftp．gnu．org／gnu／binutils)；gcc编译器(ftp：／／ftp．gnu．org／gnu／gcc)；glibc函数库(ftp：／／ftp．gnu．org／gnu／glibc)；glibc-linuxthreads包(ftp：／／ftp．gnu．org／gnu／glibe)；linux内核(ftp：／／ftp．kernle．org／pub／linux／kernel)。如果Linux内核低于2．6版本，还应下载相应的内核补丁。(ftp：／／ftp．arm．linux．org．uk／pub／linux／arm／kernel／v2．4／)2．2SDL图形库为使程序运行的界面更加友好和美观，在设计中要使用到图形函数接口，这就意味着要向前面的工具链(采用gcc工具链版本为3．3．2)添加第三方的图形函数库。设计中采用的SDL(SimpleDirectMediaLayer)图形库为免费的跨平台多媒体应用编程接口，具有丰富的函数库，便于开发者使用。2．2．1SDL常用到的开发包(1)SDL_Image：提供显示多种格式的图像显示接口，它支持bmp，png，jpeg，gif，tiff等；(2)SDL_Draw：提供画点线圆等几何图形的接口(SDL_gfx也含有这样的功能http：／／．ferzkopp．net／joomla／content／view／19／14／)；(3)SDL_ttf：提供显示TTF文字的接口；(4)SDL_mixer：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工具版本要在0．15．0版本或以上。SDL以及与SDL安装相关或有依赖关系的软件有：alsa-lib-1．0．15，audiofile-0．2．6，esound-0．2．38，freetype-2．1．9，jpegsrc．v6b，libid3tag-0．15．1b，libmad-0．15．1b，libpng-1．2．22，madplay-0．15．2b，SDL-1．2．12，SDL_draw-1．2．11，SDL_gfx-2．0．15，SDL_image-1．2．6，sdl_mad-0．1，SDL_mixer-1．2．8，SDL_ttf-2．0．9，tiff-3．8．2，tslib-1．3，zlib-1．2．3。2．2．2交叉编译的主要步骤主要步骤为：(1)设定环境变量：PREFIX为安装目录；CROSS为ARM-Linux-；PKG_CONFIG_PATH为pkgcon-fig的路径；ARCH在这里设成ARM；HOST注意要是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来，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：．／configure—shared—prefix=$PREFIX；make；makeinstall。freetype编译命令行：．／configure—host=$(HOST)--build=$(BUILD)--prefix=$PREFIX；make；makeinstall。libpng编译命令行：．／configure—host=$(HOST)—build=$(BUILD)--prefix=$PREFIX；make；makeinstall。libtiff编译命令行：．／configure—host=$(HOST)—build=$(BUILD)--prefix=$(PREFIX)／usr--without-x--enable-zlib--with-zlib-include-dir=$(PREFIX)／include—with-zlib-lib-dir=$(PREFIX)／lib--with-jpeg-include-dir=$(PREFIX)／include—with-jpeg-lib-dir=$(PREFIX)／lib；make；makeinstall。tslib编译命令行：．／configure—host=$(HOST)—build=$(BUILD)--prefix=$(PREFIX)--cache-file=$(ARCH)-linux．cache--sysconfdir=$(PREFIX}／etc--enable-static＆＆；make；makeinstall。Libmad编译命令行：．／configure—host=$(HOST)--build=$(BUILD)--prefix=$(PREFIX)；make；makeinstalllibid3tag编译命令行：．／configure—host=$(HOST)--build=$(BUILD)--prefix=$(PREFIX)；makemakeinstallmadplay编译命令行：．／configure--host=$(HOST)--build$(BUILD)--prefix=$(PREFIX)；make；makeinstallalsa编译命令行：．／configure--host=$(HOST)--build=$(BUILD)--prefix=$(PREFIX)--disable-esd--disable-video-di-rectfb；make；makeinstall。audiofile编译命令行：．／configure--host=$(HOST)--build=$(BUILD)--prefix=$(PREFIX)--disable-esd--disable-video-di-rectfb；make；makeinstall。esound编译命令行：．／configure--host=$(HOST)--build=$(BUILD)-prefix=$(PREFIX)--disable-esd--disable-video-di-rectfb；make；makeinstall。SDL编译命令行：．／configure--host=$(HOST)--build=$(BUILD)--prefix=$(PREFIX)--with-esd-exec-prefix=$(PREFIX)--disable-video-directfb；make；makeinstall。sdl_image编译命令行：．／configure--host=$(HOST)--build=$(BUILD)--prefix=$(PREFIX)--with-sdl-exec-prefix=$(PREFIX)--enable-sdhest；make；makeinstall。sdl_tff编译命令行：．／configure--host=$(HOST)--build=$(BUILD)--prefix=$(PREFIX)--with-freetype-exec-prefix=$(PREFIX)；make；makeinstall。sdl_draw编译命令行：．／configure-host=$(HOST)--build=$(BUILD)prefix=$(PREFIX)--with-sdl-exec-prefix=$(PREFIX)；make；makeinstallsdl_mixer编译命令行：．／configure--host=$(HOST)--build=$(BUIUD)--prefix=$(PREFIX)--with-sdl-exec-prefix=$(PREFIX)；make；makeinstallsdl_mad编译命令行：．／configure--host=$(HOST)--build$(BUILD)--prefix=$(PREFIX)--with-sdl-exec-prefix=$(PREFIX)；make；makeinstall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用于制作该工具的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一个资源受限的系统，直接在嵌入式系统的硬件平台上编写软件比较困难，有时甚至是不可能的。一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，然后通过交叉编译，生成目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，还没有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，它向上提供图形函数接口，向下调用系统图形引擎来画图。它支持的图形引擎有很多，这里采用Linux内核自带的FrameBuffer，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有找到fb0或fb1或其他类似名称的设备时，则很有可能正在使用的内核没有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来说，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