嵌入式系统概论综合设计报告书.docx
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嵌入式系统概论综合设计报告书
《嵌入式系统概论》综合设计报告书
设计题目：
基于嵌入式Linux点阵和键盘的贪吃蛇游戏
学院：
信息工程学院
班级：
学号：
姓名：
指导老师：
中央民族大学
二零一三年十二月二十七日
一、设计目的
1、学习了解Linux系统各组成部分的作用以及Linux系统LED点阵驱动和键盘驱动程序的编写；
2、熟悉基本的嵌入式开发过程，进一步掌握Linux下的C语言以及深入理解嵌入式Linux系统编程的步骤；
3、以PXA270EP实验板为基础，用C语言编写贪吃蛇游戏的应用程序实现通过控制8*8LED点阵中各灯亮暗来进行游戏操作。
二、设计内容
1、设计原理：
（1）8X8点阵数码管发光原理:
从图中可以看出，8X8点阵共需要64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上。
当对应的某一列置1电平，某一行置0电平，则相应的二极管就亮；因此要实现一根柱形的亮法,如下图所示，对应的一列为一根竖柱，或者对应的一行为一根横柱，因此实现柱的亮的方法如下所述:
（图1）
（图2）
系统电路如上图2所示。
显示部分用的是一个8×8发光二极管点阵，我们常见的用于发布消息、显示汉字的点阵式LED显示屏通常由若干块LED点阵显示模块组成，8×8显示点阵模块，每块有64个独立的发光二极管，为了减少引脚且便于封装，各种LED显示点阵模块都采用阵列形式排布，即在行列线的交点处接有显示LED。
在本开发板上，整个LED显示模块是作为一个I/O进行控制的。
如电路原理图所示，DATA[0..7]，DATA[8..15]分别对应系统数据线的低16位，LED_LOCK信号是由系统总线的写信号和地址信号经简单的逻辑组合而得，在板载的CPLD内完成，控制该显示模块的I/O地址为0x08000000。
（2）目标板的键盘驱动原理：
键盘的结构通常有两种形式：
线性键盘和矩阵键盘。
在不同的场合下，这两种键盘均得到了广泛的应用。
线性键盘由若干个独立的按键组成，每个按键的一端与微机的一个I/O口相连。
有多少个键就要有多少根连线与微机的I/O口相连，因此，只适用于按键少的场合。
矩阵键盘的按键按N行M列排列，每个按键占据行列的一个交点，需要的I/O口数目是N+M，容许的最大按键数是N×M。
显然，矩阵键盘可以减少与微机接口的连线数、简化结构，是一般微机常用的键盘结构。
根据矩阵键盘的识键和译键方法的不同，矩阵键盘又可以分为非编码键盘和编码键盘两种。
非编码键盘：
非编码键盘主要用软件的方法识键和译键。
根据扫描方法的不同，可以分为行扫描法、列扫描法和反转法三种。
编码键盘：
编码键盘主要用硬件来实现键的扫描和识别，通常使用8279专用接口芯片，在硬件上要求较高。
PXA270EP采用的是4×6的矩阵键盘。
其原理图如图3：
（图3）
键盘扫描程序的流程图如图4：
（图4）
（图5）
（图6）
如图5为键盘的真实布线图，如图6只是将线拉直，以便您更好的理解程序扫描所代表的含义，我们说，若要让程序确定您所按下的键是哪个，分别是要在扫描四列四行后，然后再通过扫描所得数据来判断具体是哪个键。
程序是先扫描第0列，依次第1列，第2列，第3列。
在扫描第0列的过程中，再先后扫描第0行，第1行，第2行，第3行，第4行，第5行。
若在扫描完第0列后，没有扫描到任何键按下。
则再扫描第1列，在这过程中，再先后扫描第0行，第1行，第2行，第3行，第4行，第5行。
若在扫描完第1列后，没有扫描到任何键按下。
则再扫描第2列，在这过程中，再先后扫描第0行，第1行，第2行，第3行，第4行，第5行。
若在扫描完第2列后，没有扫描到任何键按下。
则再扫描第3列，在这过程中，再先后扫描第0行，第1行，第2行，第3行，第4行，第5行。
在扫描过程中，只要在符合某种条件下，则会停止后续列的扫描操作，而退出程序。
通过上面二维表19~1判断，将定您现在按下数字9键，则此时对应In1位为0，且Out2位为0。
若您按下数字2键，则此时对应的In2位为0，且Out4位为0。
其它按键的判断结果是以相同的方法判断。
In3，In2，In1，In0的值是通过outbyte=值，outb（outbyte,ioremap_addr）来指定值。
Out5，Out4，Out3，Out2，Out1，Out0的值是通过函数inbyte=inb（ioremap_addr）来获取。
例如：
outbyte=0xfe;outb（outbyte,ioremap_addr）;则:
。
。
。
。
In3In2In1In0
11111110
此时：
通过inbyte=inb（ioremap_addr）获取值，若读出的值为inbyte=0xef，则：
。
。
Out5Out4Out3Out2Out1Out0
11101111
很显然，这时有In0=0，Out4=0，所以查表，此时，系统判断应该是Enter键被按下。
2、设计过程：
根据对贪吃蛇游戏结构和步骤的分析设计出相应的贪吃蛇流程，设计在目标板上的8*8LED点阵上显示贪吃蛇游戏的主要过程包括：
（1）游戏开始（有3、2、1倒计时的显示）；
（2）随机出现食物，定点出现初始贪吃蛇；
（3）贪吃蛇移动；
（4）贪吃蛇吃食物；
（5）暂停游戏；
（6）恢复游戏；
（7）贪吃蛇碰边界游戏结束重新开始；
（8）数码管显示分数。
三、设计方案
1、贪吃蛇游戏源程序如下：
#include
#include
#include
//#include///开线程
#include//open（）close（）
#include//read（）write（）
#defineDEVICE_NAME"/dev/led_ary_ctl"
#include
#defineDEVICE_NAME1"/dev/keypad"
#defineDEVICE_NAME_SERIAL_LED"/dev/serial_led"
unsignedshortpo[8]={1,2,4,8,16,32,64,128};
//pthread_ttid;
intfd_led,fd_key;
intscore;
unsignedshortout[64];//表示8*8点阵
shortgetx（shortz）
{
returnz%8;
}
shortgetz（shortx,shorty）
{
returnx+（y<<3）;//x+y*8
}
unsignedshortck;//ck置为3时，暂停游戏；如果蛇正常的移动了一步，它的值置为0；若蛇死了，它的值置为1；若蛇吃了某个食物，它的值置为2
unsignedshortfx;//行进方向0123上下左右
unsignedshortfod;//food
shortscd;//蛇长度
typedefstructsn
{
shortwzz;//位置z坐标
structsn*nxt;//下一个位置
}Snk;
Snk*stz;//蛇头坐标
intgetrandom（intmax）//取得在[0,max]的随机整数
{
intnum=-1;
intran;
while（num<0）
num=rand（）;
ran=num%（max+1）;//取余得随机数法
returnran;
}//01
voidledouta（shortx,shorty）//x表示行号y表示该行亮的灯的编码，例子：
x=0y=3则第一行第0，1个亮,x-[0,7]，y[0-255]
{
//intfd;
//intret;
unsignedcharbuf[2];
buf[0]=（y）;
buf[1]=~（1<return;
}
voidledout（）
{
shorti,j;shortlia;
for（i=0;i<8;i++）
{
lia=0;
for（j=0;j<8;j++）
{
if（out[getz（j,i）]==1）
{
lia+=po[j];
}
}
ledouta（i,lia）;
}
}
voidserialled（intcount）
{
intfd;
intret;
//0123456789
intbuf[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
intdata[2];
fd=open（DEVICE_NAME_SERIAL_LED,O_RDWR）;
if（fd==-1）
{
printf（"opendevice%serror\n",DEVICE_NAME_SERIAL_LED）;
}
else
{
if（count>=10）
{
data[0]=0x00;
ret=write（fd,data,1）;
ret=write（fd,data,1）;
data[0]=buf[count/10];
ret=write（fd,data,1）;
data[0]=buf[count%10];
ret=write（fd,data,1）;
}
else
{if（count<0）{
data[0]=0x00;
ret=write（fd,data,1）;
ret=write（fd,data,1）;
printf（"=================================="）;
data[0]=0x40;
ret=write（fd,data,1）;
data[0]=buf[0-count];
ret=write（fd,data,1）;}
else{
data[0]=0x00;
ret=write（fd,data,1）;
ret=write（fd,data,1）;
ret=write（fd,data,1）;
data[0]=buf[count];
ret=write（fd,data,1）;}
}
}
ret=close（fd）;
}
voidin_it（）//初始化全局变量
{
shorti;
for（i=0;i<64;i++）
{
out[i]=0;
}
//ck=1;
ck=0;
stz=（Snk*）malloc（sizeof（Snk））;
stz->nxt=NULL;
stz->wzz=0;
}
voidloadsnk（）//per显示蛇
{
Snk*tmp;
tmp=stz;
while（tmp->nxt!
=NULL）
{
out[tmp->wzz]=1;
tmp=tmp->nxt;
}
}
voidnewfood（）//per显示食物,也可以理解为产生食物
{
shortran;
ran=46;/////////////////////////////////
while
（1）
{
if（out[ran]!
=1）
{
out[ran]=1;
fod=ran;
return;
}
else
{
ran=getrandom（63）;
}
}
}
voiddspl（）//display
{
loadsnk（）;
}
voidinitGame（）//初始化游戏
{
in_it（）;
score=0;
fx=3;
scd=3;
stz->wzz=getz（2,5）;//初始化蛇头位置;
stz->nxt=（Snk*）malloc（sizeof（Snk））;
stz->nxt->wzz=getz（1,5）;
stz->nxt->nxt=（Snk*）malloc（sizeof（Snk））;
stz->nxt->nxt->wzz=getz（0,5）;
stz->nxt->nxt->nxt=NULL;
loadsnk（）;
newfood（）;
serialled（score）;
}
voiderro（）
{
printf（"---ERROR---\n"）;
ck=0;
}
voideat（）
{
printf（"---EATFOOD---\n"）;
scd++;
newfood（）;
score++;
serialled（score）;
}
voiddie（）
{
printf（"---GAMEOVER---\n"）;
ck=0;
Snk*tmp;
tmp=stz;
stz=stz->nxt;
while（stz->nxt!
=NULL）
{
free（tmp）;
tmp=stz;
stz=stz->nxt;
}
free（tmp）;
free（stz）;
}
shortmove（）//正常返回0，死了返回1，吃了返回2
{
Snk*nst,*tmp;
nst=（Snk*）malloc（sizeof（Snk））;
nst->nxt=stz;
switch（fx）//方向
{
case0:
{
nst->wzz=stz->wzz-8;
if（nst->wzz<0）
{die（）;return1;}
break;}
case1:
{nst->wzz=stz->wzz+8;if（nst->wzz>63）{die（）;return1;}break;}
case2:
{nst->wzz=stz->wzz-1;if（（nst->wzz）%8==7||nst->wzz<0）{die（）;return1;}break;}
case3:
{nst->wzz=stz->wzz+1;if（（nst->wzz）%8==0）{die（）;return1;}break;}
default:
erro（）;
}
stz=nst;
if（stz->wzz==fod）//吃了
{
eat（）;
return2;
}
else
{
if（out[stz->wzz]==1）//吃了自己
{
die（）;
return1;
}
}
nst=stz->nxt;
tmp=stz;
while（nst->nxt!
=NULL）
{
tmp=nst;
nst=nst->nxt;
}
out[tmp->nxt->wzz]=0;
free（tmp->nxt）;
tmp->nxt=NULL;
return0;
}
voidto_up（）
{
fx=0;
}
voidto_down（）
{
fx=1;
}
voidto_lift（）
{
fx=2;
}
voidto_right（）
{
fx=3;
}
voidreset（）
{
initGame（）;
}
voidds3（）//显示3
{
out[0]=0;out[1]=1;out[2]=1;out[3]=1;out[4]=1;out[5]=1;out[6]=1;out[7]=0;
out[8]=0;out[9]=0;out[10]=0;out[11]=0;out[12]=0;out[13]=0;out[14]=1;out[15]=0;
out[16]=0;out[17]=0;out[18]=0;out[19]=0;out[20]=0;out[21]=0;out[22]=1;out[23]=0;
out[24]=0;out[25]=1;out[26]=1;out[27]=1;out[28]=1;out[29]=1;out[30]=1;out[31]=0;
out[32]=0;out[33]=0;out[34]=0;out[35]=0;out[36]=0;out[37]=0;out[38]=1;out[39]=0;
out[40]=0;out[41]=0;out[42]=0;out[43]=0;out[44]=0;out[45]=0;out[46]=1;out[47]=0;
out[48]=0;out[49]=0;out[50]=0;out[51]=0;out[52]=0;out[53]=0;out[54]=1;out[55]=0;
out[56]=0;out[57]=1;out[58]=1;out[59]=1;out[60]=1;out[61]=1;out[62]=1;out[63]=0;
}
voidds2（）
{
out[0]=0;out[1]=1;out[2]=1;out[3]=1;out[4]=1;out[5]=1;out[6]=1;out[7]=0;
out[8]=0;out[9]=0;out[10]=0;out[11]=0;out[12]=0;out[13]=0;out[14]=1;out[15]=0;
out[16]=0;out[17]=0;out[18]=0;out[19]=0;out[20]=0;out[21]=0;out[22]=1;out[23]=0;
out[24]=0;out[25]=1;out[26]=1;out[27]=1;out[28]=1;out[29]=1;out[30]=1;out[31]=0;
out[32]=0;out[33]=1;out[34]=0;out[35]=0;out[36]=0;out[37]=0;out[38]=0;out[39]=0;
out[40]=0;out[41]=1;out[42]=0;out[43]=0;out[44]=0;out[45]=0;out[46]=0;out[47]=0;
out[48]=0;out[49]=1;out[50]=0;out[51]=0;out[52]=0;out[53]=0;out[54]=0;out[55]=0;
out[56]=0;out[57]=1;out[58]=1;out[59]=1;out[60]=1;out[61]=1;out[62]=1;out[63]=0;
}
voidds1（）
{
out[0]=0;out[1]=0;out[2]=0;out[3]=0;out[4]=1;out[5]=0;out[6]=0;out[7]=0;
out[8]=0;out[9]=0;out[10]=0;out[11]=1;out[12]=1;out[13]=0;out[14]=0;out[15]=0;
out[16]=0;out[17]=0;out[18]=0;out[19]=0;out[20]=1;out[21]=0;out[22]=0;out[23]=0;
out[24]=0;out[25]=0;out[26]=0;out[27]=0;out[28]=1;out[29]=0;out[30]=0;out[31]=0;
out[32]=0;out[33]=0;out[34]=0;out[35]=0;out[36]=1;out[37]=0;out[38]=0;out[39]=0;
out[40]=0;out[41]=0;out[42]=0;out[43]=0;out[44]=1;out[45]=0;out[46]=0;out[47]=0;
out[48]=0;out[49]=0;out[50]=0;out[51]=0;out[52]=1;out[53]=0;out[54]=0;out[55]=0;
out[56]=0;out[57]=0;out[58]=0;out[59]=1;out[60]=1;out[61]=1;out[62]=0;out[63]=0;
}
voidrepat_dis（inttimes）
{
inti;
for（i=0;iledout（）;
}
voiddisplay_321（）
{
ds3（）;
repat_dis（10）;
ds2（）;
repat_dis（10）;
ds1（）;
repat_dis（10）;
}
voidpause1（）
{
ck=3;
}
voidresume1（）
{
ck=0;
}
intmain（void）
{
inti=4;
intret_led,ret_key;
unsignedcharbuf[2];
doublex;
charpre_scancode=0xff;
//fd=open（DEVICE_NAME1,O_RDWR）;
fd_led=open（DEVICE_NAME,O_RDWR）;
fd_key=open（DEVICE_NAME1,O_RDWR）;
if（fd_key==-1）
{
printf（"opendevice%serror\n",DEVICE_NAME1）;
}
elseif（fd_led==-1）
{
printf（"opendevice%serror\n",DEVICE_NAME）;
}
else
{
buf[0]=0x22;
reset（）;
dspl（）;
ledout（）;
while
（1）
{
if（ck==0||ck==2）
{
if（i==4）
{
i=0;
ck=move（）;
}
i++;
//usleep（100000）;
read（fd_key,buf,1）;
if（buf[0]!
=pre_scancode）
{
if（buf[0]!
=0xff）
{
switch（buf[0]）
{
case0x08:
to_up（）;break;
case0x04:
to_lift（）;break;
case0x05:
to_down（）;break;
case0x06:
to_right（）;break
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