毕业设计(论文)-基于NIOS II的俄罗斯方块游戏设计与实现.doc
《毕业设计(论文)-基于NIOS II的俄罗斯方块游戏设计与实现.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业设计(论文)-基于NIOS II的俄罗斯方块游戏设计与实现.doc(49页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、论文编码(原论文分类号)论文编码(原论文分类号):TP39 首都师范大学本科学生毕业论文首都师范大学本科学生毕业论文 基于基于 NIOS II 的俄罗斯方块的俄罗斯方块 设计与实现设计与实现 The Design and Implementation of Russian box Based on NIOS II 论文作者论文作者 院院 系系 信息工程学院信息工程学院 专专 业业 计算机科学与技术计算机科学与技术 学学 号号 指导老师指导老师 完成日期完成日期 2010 年年 5 月月 10 日日 I 提要提要 俄罗新方块游戏是一种古老而又有趣的游戏,游戏软件不计其数,本设计的实现是 基于 N
2、IOS II 的俄罗斯方块设计与实现,采用 SOPC 技术方案和基于 NIOS II 处理器开发 游戏,尝试着把 NIOS II 软核处理器系统应用到俄罗斯方块游戏中,实现对游戏的控制功 能。SOPC 即可编程片上系统,是一种特殊的嵌入式系统,它结合了 SOC 和 PLD、FPGA 各自的优点,具有多方面的特点,譬如,至少包含一个嵌入式处理器内核、丰富的 IP Core 资源可供选择、有足够的片上可编程逻辑资源、低功耗、微封装等优点,提高了应 用上的灵活性。同时,在开发周期个价格上具有极大的优势。 在构造基于 NIOS II 嵌入式处理器的俄罗斯方块游戏系统中,通过软核中的 VGA 显 示与
3、DE2-70 开发板的硬件连接,成功的在显示器上进行游戏运行。NIOS IDE 中并采用 C 语言设计了运行于该系统上的俄罗斯方块游戏。通过 DE2-70 开发板上的按钮输入,实现 了俄罗斯方块的移动、旋转、消除满行、计分和加速等功能。 经过实验和测试结果的验证,证明本系统设计的正确性和基于 NIOS II 处理器开发 游戏的可行性,为 NIOS II 处理器开发游戏奠定了技术基础。 关键词:关键词: SOPC NIOS II VGA 俄罗斯方块游戏 DE2-70 II AbstractAbstract Russia is an ancient puzzle game new and fun
4、games, games software countless realization of this design is based on the Russian box NIOS II design and implementation of programs using SOPC technology and develop games based on the Nios processor, try with the Nios soft core processor system applied to the Tetris game, to achieve control of the
5、 game. SOPC can be programmed on-chip system, is a special embedded system, which combines the SOC and the PLD, FPGA respective advantages, they had many characteristics, for example, contains at least one embedded processor core, rich IP Core Resources to choose from, there are enough resources for
6、 programmable logic chip, low power, the advantages of micro-encapsulation to improve the application flexibility. Meanwhile, prices in the development cycle a great advantage. In the structure embedded processor-based Nios Tetris game system, through the soft core of the VGA display and DE2-70 deve
7、lopment boards hardware connection, the success of the game running on the display. NIOS IDE and use in the C language designed to run on the system on the Tetris game. DE2-70 development board through the button input, to achieve the movement of the Russian box, rotate, eliminate full-line, scoring
8、 and accelerated functions. Through experiments and test results have proved the correctness of the system design and develop games based on the Nios processor feasibility of developing games for the Nios processor technical basis. Keywords: SOPC NIOS II VGA Tetris Games DE2-70 III 目录目录 第一章第一章 引言引言
9、1 1 第二章第二章 绪论绪论 2 2 2.1 研究的目的和意义.2 2.2 研究的基础、背景和现状.3 2.3 应用的相关技术.5 2.3.1 SOPC 技术 5 2.3.2 开发环境.6 2.3.3 硬件描述语言Verilog HDL7 第三章第三章 VGAVGA 显示的实现显示的实现8 8 3.1 VGA 显示原理.8 3.1.1 VGA 色彩显示 .10 3.1.2 VGA 时序分析 .11 3.1.3 VGA 时序实现 .12 3.2 用 VERILOG HDL 描述 VGA.12 第四章第四章 俄罗斯方块硬件设计俄罗斯方块硬件设计 1414 4.1 系统需求和设计思路14 4.2
10、硬件系统结构14 4.3 基于 NIOS II 的硬件开发设计.15 4.3.1 Quartus II 软件设计 15 4.3.2 SOPC Builder 组件添加 19 第五章第五章 NIOSNIOS IIII 软件设计软件设计3030 5.1 功能描述 .31 5.2 功能模块设计 .33 5.2.1 游戏执行的主要流程.33 5.2.2 游戏方块功能.35 5.3 数据结构设计 .36 5.4 函数功能描述 .38 5.5程序实现 39 第六章第六章 俄罗斯方块结果演示及分析俄罗斯方块结果演示及分析 4242 收获、体验和致谢收获、体验和致谢 4444 参考文献参考文献 4545 第第
11、 1 1 页页 第一章第一章 引言引言 由莫斯科数学家亚历克西帕杰诺夫(Alexey pajitnov)所设计的“俄罗斯方块” 被公认为有史以来最畅销的游戏,至今魅力不减。俄罗斯方块游戏可以说是随计算机的 发展而发展,并不断推陈出新,演变出各种类似游戏,深受广大玩家喜爱。这个游戏有 的简单,有的复杂,但其根本原理是一样的:都是对运动的方块进行组合,来训练玩家 的反应能力。谈到游戏软件,大多数人都认为其神妙莫测,高不可及,而一般游戏软件 也确实具有很高的技术难度,随着开发工具及软件开发方法学的不断发展,动手开发游 戏也不是十分困难的。俄罗斯方块的基本规则是移动、旋转和摆放游戏自动输出的各种 方块
12、,使之排列成完整的一行或多行并且消除得分。由于上手简单、老少皆宜,从而家 喻户晓,风靡世界。采用 SOPC 技术方案和基于 Nios处理器开发游戏,尝试着把 Nios 软核处理器系统应用到俄罗斯方块游戏中,实现对游戏的控制功能。 本设计的重点之一是如何实现 VGA 显示,Altera 公司为广大设计者提供了一系列的 IP 内核设计,其中包括 VGA 的设计和 Verilog HDL 语言描述。本系统参考了 VGA 的一些 成功案例,完整的实现了 Nios对 VGA 显示器的驱动控制;设计了由 Nios处理器、数据 传输接口等 IP 核构成的 SOPC 系统。采用 Altera DE2-70 最
13、新多媒体开发平台,该平台 配备了数量高达 70,000 个逻辑单元的 Altera Cyclone II 2C70,并完全承袭了 Altera DE2 多媒体平台丰富的多媒体、储存及网络等应用接口的优点。为系统设计提供了很多可支 持的内存空间和硬件设计。软件设计在 Nios II IDE 中完成,采用 C 语言程序设计实现俄 罗斯方块游戏的基本功能,并且将软件与硬件通过接口很好的结合。 最后对游戏进行了测试,测试结果验证了本系统方案设计的正确性和基于 Nios处理 器开发游戏的可行性。 第第 2 2 页页 第二章第二章 绪论绪论 2.1 研究的目的和意义研究的目的和意义 基于 Nios II
14、的嵌入式系统的可应用领域很广,包括网络、无线通信、医疗器械、交 通、消费电子、工业控制、军事和航空航天等。在巨大的市场需求面前,兼之 Nios II 本 身的众多优势,使 Nios II 的应用具备了巨大的发展空间。 集成电路是中间产品,必须将它装入到整机上才能发挥其作用,具体地说是通过印 刷电路版(PCB)来集成到整机上去的。由于 PCB 板中各种 IC 芯片之间的连线延迟较大, 再加上 PCB 板体积大、重量大、可靠性差等原因,使得整机系统的性能及可靠性受到严 重影响。随着高性能系统对系统复杂度、处理速度、功耗、功能多样化的要求,在现代 信息处理与通信系统如网络、多媒体、移动通信和其它电子
15、系统中迫切需要开发高性能 的片上系统。而 Nios II,正是一个优秀的选择。Nios II 处理器具有完善的软件开发套件, 包括编译器、集成开发环境(IDE) 、JTAG 调试器、实时操作系统(RTOS)和 TCP/IP 协 议栈。设计者能够用 Altera Quartus II 开发软件中的 SOPC Builder 系统开发工具很容易地 创建专用的处理器系统,并能够根据系统的需求添加 Nios II 处理器核的数量。长期以来, Altera 一直推行嵌入式处理器战略的原因是,随着应用的 ASIC 开发日益受到成本的困扰, OEM 日渐转向 FPGA 来构建自己的系统。这些系统中绝大多数需
16、要一个处理器,而 Altera 正是为设计者提供了为 FPGA 优化的灵活的嵌入式处理器方案,可以满足 16 位和 32 位嵌入式处理器市场的需求。 对嵌入式开发而言,开发基于 Nios II 系统的好处很多。Altera DE2-70 多媒体开发平 台配备了数量高达 70,000 个逻辑单元的 Altera Cyclone II 2C70,并完全承袭了 Altera DE2 多媒体平台丰富的多媒体、储存及网络等应用接口的优点。此开发平台提供多样的 产品功能,在广泛的电路设计运用上,从简易的电路设计,到多样化的多媒体项目,使 用者都能轻易完成。 基于 Nios II 的系统实现了设计的可复用性
17、,即使是同样一块开发板,根据载入的代 码不同,可以实现不同的应用。这也是缩短开发周期、加快产品上市时间的一条捷径。 本系统方案设计为基于 Nios II 处理器的游戏开发奠定了技术基础。 第第 3 3 页页 2.2 研究的基础、背景和现状研究的基础、背景和现状 本题研究背景本题研究背景: 在集成电路发展初期,电路设计都从器件的物理版图设计入手,后 来出现了集成电路单元库,使得集成电路设计从器件级进入逻辑级,这样的设计思路使 大批电路和逻辑设计师可以直接参与集成电路设计,极大地推动了 IC 产业的发展。但集 成电路不是最终产品,它只有装入整机系统才能发挥它的作用。IC 芯片是通过印刷电路 板(P
18、CB)等技术实现整机系统的。尽管 IC 的速度可以很高、功耗可以很小,但由于 PCB 板中 IC 芯片之间的连线延时、PCB 板可靠性以及重量等因素的限制,整机系统的性能受 到了很大的限制。 随着系统向高速度、低功耗、低电压和多媒体、网络化、移动化的发展,系统对电 路的要求越来越高,传统集成电路设计技术已无法满足性能日益提高的整机系统的要求。 同时,由于IC设计与工艺技术水平提高,集成电路规模越来越大,复杂程度越来越高, 己经可以将整个系统集成为一个芯片。 正是在需求牵引和技术推动的双重作用下,出现了将整个系统集成在一个集成电路 芯片上的系统芯片(System On Chip,简称 SOC)概
19、念。系统芯片与集成电路的设计思想是 不同的,它是微电子设计领域的一场革命。SOC 是从整个系统的角度出发,把处理机制、 模型算法、软件(特别是芯片上的操作系统嵌入式的操作系统)、芯片结构、各层次 电路直至器件的设计紧密结合起来,在单个芯片上完成整个系统的功能。它的设计必须 从系统行为级开始自顶向下。 本题研究的基础:本题研究的基础:游戏电子产品属于嵌入式应用的一个重要门类,嵌入式系统的核 心是 CPU,以往采用的嵌入式 CPU 都是硬核器件,比如摩托罗拉公司的 Coldfire, PowerPC 等。最近几年出现了在 FPGA 片内实现的软核 CPU。硬核 CPU 以硅片的形式提 交给用户,而
20、软核 CPU 则以设计文件的形式交付给用户,用户再根据自己的需求将其固 化在 FPGA 芯片内这种新出现的技术有着非常广阔的应用前景。 本题研究的现状本题研究的现状:随着微电子技术和计算机技术的发展,可编程逻辑器件、EDA 技 术、嵌入式系统、SOC、SOPC、IP、核等新概念和新技术层出不穷,新技术的应用迅速 渗透到电子、通信、信息、机械制造、仪器仪表、航空航天、家用电器等领域,有力地 推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高。 软核CPU的本质是一段实现特定功能的代码,需要一款合适的FPGA作为载体。Nios II 若配置在Cyclone II中,只占用35美分的逻辑资源,若配置在St
21、ratix II中,可以实现超过 20ODMIPS的高性能表现。在Cyclone II中也可以达到超过lOODMIPS的表现,足以与中低 密度的ASIC形成竞争。Nios II不同于16位指令集的Nios,它是真正的32位软核CPU,具有 32位的指令集、32位的数据路径和32位的寻址空间。Nios II脱胎于Nios,并分化出7三个 版本。一种是Nios II/f,快速型;第二种是Nios II/s,标准型;第三种是Nios II/e,经济型。 这三种产品都针对特定的价格和性能范围进行了优化,并都使用同样的指令集架构(ISA), 第第 4 4 页页 具有100%二进制代码兼容性。快速版本的N
22、ios II具有最强的性能,其运算能力在175MHz时 钟频率下可达大约200 Dhrystone MIPS(DMIPS)。它需要占用中等数量的FPGA资源,大 约1180个逻辑单元。标准版本的性能略低于快速版本,其175MHz时钟频率下的运算能力 为大约90DMIPS,但只需要占用800个逻辑单元。经济版本是三种版本中性能最弱的,其 运算能力在190MHz时钟频率下仅能达到28DMIPS,但它所占用的FPGA资源最少,只需大 约400个逻辑单元。可以根据自己设计的特定需求选择合适的软核。如果逻辑资源充裕, 那么快速版本显然是首选。Nios II处理器能通过Quartus II开发软件中的SO
23、PC Builder系统 开发工具添加到设计者的系统中。 关于Nios II的开发现状。在baidu或google上用关键词Nios II搜索,只有一些概要性的 介绍,并无具体的开发实例报道。也曾经试图通过中国期刊网,以及国内较有影响力的 水木清华等高校BBS的嵌入式开发版寻找相关资讯,但是少有收获。这也是正常的。Nios II是Altera近几年新近推出的一款通用32位软核RISC CPU,目前作为开发板做教学、测试、 实验的居多,比较著名的开发实例还没有,所以,可以说Nios II还处于开始阶段。作为 Altera免费提供的IP(intellectual property),根据Alter
24、a自己提供的资料,Nios II软核在配合 Stratix II系列FPGA的情况下,可以实现超过20ODMIPS的性能表现。有这样美味的免费 大餐可以吃,相信今后会有越来越多的人会加入Nios II开发者的行列。 简要介绍一下国内外的几款Nios开发实例: 无线阅读器 把Nios嵌入低成本FPGA Cyclone中,有小型化和低功耗两大特点,执行数 据处理和无线接收的功能。 光多业务节点 这是一款阿尔卡特开发的用于同步数字序列传输的产品。利用Nios的定 制指令功能和同步多Master总线结构(Avalon),实现了吉比特(Gigabite)速率码流的可靠 传输。 ISDN协议处理器 飞利浦
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业设计论文-基于NIOS II的俄罗斯方块游戏设计与实现 毕业设计 论文 基于 NIOS II 俄罗斯方块 游戏 设计 实现
链接地址:https://www.31doc.com/p-3283257.html