摘 要： 隨著處理性能的提升，現在的微控制器中可以運行在20世紀90年代需要PC機才能運行的應用程序。電子游戲業是這一技術進步的最大受益者。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，可以實現最早出現在PC機上的3D游戲。本文介紹利用適合的源文件架構，把開源游戲代碼移植到微控制器上的方法。
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關鍵詞： 微控制器；ARM；游戲代碼????
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20世紀90年代，計算機領域開始盛行游戲，世界首款PC機3D 游戲《德軍總部》(Wolfenstein 3D)是IdSoftware公司1992年開發的，是《毀滅戰士》的前身。《德軍總部》證明了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90年代中期被公布在互聯網上，今天在網上還能找到這款游戲的源代碼。如果現在想再玩一次這個游戲將不是在PC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環境中自由移動的游戲。圖1為在一個應用電路板上的Wolfentien 3D。
圖1 在一個應用電路板上的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雜性不高。
??? 目前設計者力爭在最新的32位微控制器上令這款游戲煥發新的生機。首先，必須設計一個應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》的源代碼十分復雜。源代碼越復雜，越難管理。因此，把這款游戲代碼移植到新的目標應用不是一件容易的事情。在動手之前，應先確定原應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。《德軍總部》用C語言編寫。因為C語言在微控制器領域應用廣泛，市場上有眾多的C語言編譯器和調試器，所以，可以把這個軟件移植到微控制器。
?如果應用代碼邏輯清晰，C語言準許源代碼移植到多個目標應用。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。
???從意法半導體基于ARM Cortex M3內核的內置閃存的32位微控制器系列產品中選擇了STM32F103ZE。
?? STM32F103ZE的主頻高達72 MHz，電源電壓范圍2.0 V～3.6 V，內置512 KB閃存和64 KB RAM。該產品還提供一個外存控制器FSMC（靈活靜態存儲控制器），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條數據線和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》應用電路板上，這個接口用于驅動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。應用電路板的電源電壓為3 V，使用三支1.2 V電池和LM317穩壓器為應用板供電。
?? 意法半導體提供一個非常有用的軟件庫，包含多個STM32硬件管理示例。為了達到移植應用代碼的目的，軟件庫用于寫TFT顯示驅動程序。開發人員可以從 www.st.com
網站下載STM32軟件庫。
圖3 《德軍總部》項目文件夾
?? Appli文件夾包含IDE項目以及硬件驅動程序資源，如TFT顯示驅動程序。該文件夾包含硬件應用板的名稱(本示例是STM3210E-EVAL)。文件夾還含有用于管理應用板硬件和IDE項目的意法半導體STM32軟件庫。軟件庫函數被《德軍總部》源代碼用于寫硬件驅動程序。
?? 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不能直接與應用電路板硬件互動。portable子文件包含在游戲源代碼與執行源代碼的目標硬件之間建立聯系的函數。在本示例中，這個文件夾是STM3210E-EVAL。這個文件含有調用應用板硬件的函數。
顯示管理
?? 《德軍總部》游戲含有一個VW_UpdateScreen函數。根據內部視頻緩存的內容，這個函數可以刷新TFT液晶顯示器，函數本身還用于驅動TFT液晶顯示器。因此，必須在portable/STM3210E-EVAL文件夾內定義這個函數。VW_UpdateScreen函數可以調用在Appli/ STM3210E-EVAL文件夾內定義的基本函數(驅動軟件)。
? ?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應用移植到另一個目標應用，無需修改復雜的源文件。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應用，或者當編譯器修改時，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應用。
?? 設計成果如圖4，這看起來很像90年代的便攜游戲。
圖4 最終應用
?? 在互聯網上很容易找到用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，現在可以在以STM32為內核的應用產品上體驗這些游戲。