俄罗斯方块游戏的软硬件设计

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俄罗斯方块游戏的软硬件设计

概述

本篇主要介绍在上一篇在CPU的基础上添加外部中断和定时器中断等必要功能部件，以实现俄罗斯方块游戏所必须的硬件基础。

然后介绍一下软件设计流程。并附上最终演示效果。

（一）硬件设计

目前已经有了cpu,、 ps2,、vga三者结合的soc模块。然而俄罗斯方块游戏还需要一个定时器中断，用来控制向下匀速运动。一个外部中断检测外部的按键信息，并实施旋转变换的操作。此外，还添加了一个额外的定时器，用于产生随机的0-5的数字来生成随机图形。

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中断机制：

IE寄存器     IE[0] = 定时器中断开关   IE[2]= 外部中断开关

eret指令和epc寄存器   

  在mips32指令集中有一条eret指令，用于返回中断前地址。epc寄存器用于存储中断来的时候下一条指令的地址。在中断开启的情况下，比如IE[2]=1;如果外部中断来（1），首先epc=next_pc，然后令pc等于事先规定好的中断服务程序的入口地址（本例中外部中断入口地址定义的是32’h14）。在进入外部中断的中断服务程序后，马上把IE寄存器整体左移4位。这样就可以避免进入中断后再重复进入中断的情况。在中断程序最后，以eret指令结尾。执行的操作是pc=epc；IE=IE>>4。返回到跳中断前的下一条指令。完成整个操作。

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* M) Z4 m6 Q3 K! u

下面是在外部，定时器和ps2中断的接入方法。这里注意cpu端的d_f_m出来的数据选择器要稍微改动一下，使之满足在timer1_write的时候把time1的数据接入的d_f_m。

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  k/ A6 u. s( \% H8 `6 h

然后我们来看关键几处的verilog代码

1）IE操作，如果intr1(定时器中断)=1或者外部中断(IE[2])开启、外部中断信号（ready）为1,则中断发生。IE<<4，关闭中断开关。如果eret指令，则IE>>4。

reg [31:0]IE_register;

        always @(posedge clk)   begin

                if(IE_write) IE_register<=d_t_mem;

                else if((intr1&IE_register[0])||(ready&IE_register[2]))    IE_register<=IE_register<<4;

                else if(i_eret)        IE_register<=IE_register>>4;

2）PC操作，如果外部中断开关开启且外部中断来，epc=next_pc, pc=32’h14(外部中断服务程序入口地址)。如果定时器中断来，则epc=next_epc，pc=32’h10（定时器中断服务程序地址）。

    reg [31:0] pc;

        reg [31:0]epc;

    always @ (posedge clk or negedge clrn) begin

        if (!clrn) pc <= 0;               

                else if(IE_register[2]&ready)begin pc<=32'h14;epc<=next_pc; end

                else if(intr1) begin pc<=32'h10; epc<=next_pc;end

                else if(i_eret)  begin pc<=epc;end

                else         pc <= next_pc;

    end

3 u- S& ^: w! _" E

3）此外，为了程序运行时可以存放一些中间变量的结果，这里还定义了一个数据存储器（data_memory）。起初没有定义data_memory时，发现仅依靠r0~r31 32个寄存器放数据存储空间捉襟见肘。

( ?* j% {! `7 Q) J, v
4 A" z: Z3 M2 W0 C6 ]

至此，一些必要的硬件设施就安排完善了。

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下面是具体的硬件地址定义信息

       #0x0000_0000     :0x0000_00(外部中断)0(timer1)0(time0)    IE

           #0x0000_0001     :0x0000_000(time1 run)0(time0run)   

           #0x0000_0002 计数器0: 只读0-5, 用来生成形状数字，生成伪随机数。

           #0x0000_0003 (timer1)定时器1: 可读写

           #外部存储空间（datamemory）： #0xe000_0000----e000_001e     

- f* `' B- ^- B

（二）软件设计：

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; Q8 |3 b+ ]$ j6 L, ?
/ G: Y- C+ V2 g$ c5 u; G) I( }

由于俄罗斯方块的汇编语言程序有2000多行，不方便一一讲解。我这里只贴了大概的流程图。

总体思路是这样的，首先生成模块图形，然后定时器中断溢出一次则模块下降一格。定时器初值决定了下降速度。中断服务程序开头别忘了重新赋初值。

图形下降时如果碰到按键按左右按钮，则执行左右移位，这涉及到对应数据的左右搬移。

如果按向上键，则需要执行旋转操作。只要对数据应用旋转矩阵，就可以了。

比较难的一点是如何使模块停在下面的模块上，我的做法是首先把当先模块里的每个小方框位置记下，然后删除每个小方框中的数据。接着计算查看每个小方框下面那格是否有数据，如果有，则说明有东西，需要停下来，反之则可以继续下降，直到碰到底边为止。

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右边界面还做了一点积分的小功能。

（三）效果

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