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(dòng)等圖形圖像運(yùn)算會(huì)頻繁發(fā)生，如果這些運(yùn)算都交給CPU處理，就會(huì)占用大量的CPU資源，會(huì)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(lái)，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(lè)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(huì)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(kāi)發(fā)Framework：這是在該硬件驅(qū)動(dòng)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(kāi)發(fā)的常用接口，規(guī)定了游戲開(kāi)發(fā)的模型。

技術(shù)成熟性和可靠性論述：

目前市場(chǎng)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(chǔ)器的角色，用于存儲(chǔ)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(lè)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://m.butianyuan.cn/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(guò)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(huì)給CPU帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)，我們引入PPU，用來(lái)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(dòng)。某些游戲?yàn)榱丝v向卷動(dòng)顯示圖像，是通過(guò)反復(fù)改寫(xiě)顯示映射單元的內(nèi)容來(lái)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(dòng)，我們采用移動(dòng)顯示窗口的辦法。移動(dòng)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(chǔ)，每行也包含1024個(gè)像素。因此如果需要畫(huà)面移動(dòng)，只需將顯示窗口向相反的方向移動(dòng)即可。這樣每次顯示畫(huà)面移動(dòng)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(dòng)作，提示動(dòng)作提示玩家該在什么時(shí)間完成什么樣的游戲動(dòng)作（例如踩下向前按鈕、伸出左手等）。CPU將提示動(dòng)作的種類(lèi)、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(lèi)的提示動(dòng)作顯示在規(guī)定的坐標(biāo)處。

前景層顯示玩家游戲動(dòng)作的情況以及最終的得分情況。根據(jù)玩家完成游戲動(dòng)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(jí)別，每種級(jí)別對(duì)應(yīng)不同的前景層位圖文件。

值得注意的是顯示過(guò)程中，層與層之間會(huì)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(chǔ)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(hào)，最終通過(guò)揚(yáng)聲器播放出來(lái)。

游戲中的聲音包括兩種，一種是游戲背景音樂(lè)，存儲(chǔ)格式是MP3格式，由MP3 Decoder處理，從游戲開(kāi)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(chǔ)格式為WAV格式，不需要解碼，不同提示音文件分別對(duì)應(yīng)著玩家完成游戲動(dòng)作的情況或得分情況，CPU通過(guò)判斷玩家完成動(dòng)作情況或得分情況控制播放對(duì)應(yīng)的提示音文件。

要想營(yíng)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?cè)O(shè)計(jì)了頻譜分析模塊。該模塊從MP3 Decoder接收PCM流文件，通過(guò)對(duì)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(dòng)作作為原始輸入,每個(gè)傳感器對(duì)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(duì)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(duì)各狀態(tài)寄存器進(jìn)行復(fù)位。

DDR SDRAM Controller

UART

用于調(diào)試。