09.科技论文_基于ARM俄罗斯方块联机游戏设计

基于 ARM 俄罗斯方块联机游戏设计摘要：俄罗斯方块俄罗斯方块 【9】 （Tetris, 俄文：）是一款风靡全球的电视游戏机和掌上游戏机游戏，它由俄罗斯人阿列克谢帕基特诺夫发明，故得此名。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，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。也许大家觉得俄罗斯方块有什么好联机的，是这样说没错，但世界上所有的很多事情觉得很无趣的事情确能够成为一个有趣的事情，这样的现象也是常见的，还有我们玩 QQ 里面的游戏，比如消除游戏，这个不也是联机游戏吗，虽然好像没什么联机性，但却为什么很多人玩。竞争，现在很多人在游戏中为的就是个名次，高分，所以一个联机游戏具有竞争性才是最重要的。对于本次开发的俄罗斯方块游戏除了具有竞争性外，还加入高度的可玩性，玩家之间可以彼此释放技能，比如让对方加速，让对方游戏区域旋转等效果，确实可以瞬间让人觉得一个很乏味很普通的游戏瞬间变为一个很有趣很高端的一个游戏。本文基于 ARM 下的俄罗斯方块联机的设计与实现进行了研究。首先阐述了俄罗斯方块游戏的发展背景，发展现状，以及发展趋势。分析了开发俄罗斯方块联机软件的必要性和可行性，对开发俄罗斯方块软件进行了需求分析，系统设计，探讨了俄罗斯方块联机软件的开发方法和实现技术。对于本俄罗斯方块算法，下面也将进行详细描述，另外还有用到的 QT 跨平台的编程语言，以及交叉编译工具链的使用。关键词：QT； ARM；俄罗斯方块；Socket 通信。指导老师签名：南昌航空大学东软班 综合报告1Tetris online game design based on ARMAbstract: Tetris (Tetris, Ru: ) is a popular global TV game and PSP games, it consists of the Russian Alexei palmer jesters invention, therefore the name. Tetris is the basic rules of movement, rotation, and put the game automatically output various diamonds make it into a complete one or more lines and eliminate scores. Because it is simple, for young and old, to household names, popular in the world.Maybe you think of any good online Tetris, said yes, but all the things in the world feel very boring things it can become an interesting things, such a phenomenon also is common, and we play the inside of the QQ game, such as the elimination of the game, this is not a online game, too, although not online, but why a lot of people play. Competition, now a lot of people to a place in the game, good grades, so an online competitive game is the most important thing. For the development of Tetris game in addition to competitive, also to join the high playability, players can release each other between skills, such as to accelerate each other, let the other side effects, such as rotating game, can let a person feel a moment very boring very ordinary game into one high end a very interesting game.This article is based on the ARM of the design and implementations of Tetris online were studied. Firstly expounds the development background of Tetris game, development present situation, and development trend. Analyzed the necessity and feasibility of developing the Tetris online software, Tetris software developed for the demand analysis, system design, discusses the Tetris online software development method and realization technology.For this Tetris algorithm is described in detail below, and use of QT cross-platform programming language and the use of cross compiler tool chain.Keyword： QT; ARM; Tetris;Socket transfer. Signature of Supervisor:南昌航空大学东软班 综合报告2学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。作者签名： 日期：导师签名： 日期：南昌航空大学东软班 综合报告31.最终纸版材料,需要正式装订,每人 1份,需要注意中英文摘要里去掉学生姓名班级指导教师;2.最终电子材料,上传服务器,并刻录光盘两份;3.额外提交学校的纸质版中英文论文摘要各 1份(若学生论文成绩达到 90分以上,即优秀论文,则需要提交 2份),电子版中英文论文摘要各 1份,需要注意中英文摘要保留学生姓名班级指导教师;南昌航空大学东软班 综合报告4基于 ARM 俄罗斯方块联机游戏设计摘要俄罗斯方块俄罗斯方块 【9】 （Tetris, 俄文：）是一款风靡全球的电视游戏机和掌上游戏机游戏，它由俄罗斯人阿列克谢帕基特诺夫发明，故得此名。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，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。也许大家觉得俄罗斯方块有什么好联机的，是这样说没错，但世界上所有的很多事情觉得很无趣的事情确能够成为一个有趣的事情，这样的现象也是常见的，还有我们玩 QQ里面的游戏，比如消除游戏，这个不也是联机游戏吗，虽然好像没什么联机性，但却为什么很多人玩。竞争，现在很多人在游戏中为的就是个名次，高分，所以一个联机游戏具有竞争性才是最重要的。对于本次开发的俄罗斯方块游戏除了具有竞争性外，还加入高度的可玩性，玩家之间可以彼此释放技能，比如让对方加速，让对方游戏区域旋转等效果，确实可以瞬间让人觉得一个很乏味很普通的游戏瞬间变为一个很有趣很高端的一个游戏。本文基于 ARM下的俄罗斯方块联机的设计与实现进行了研究。首先阐述了俄罗斯方块游戏的发展背景，发展现状，以及发展趋势。分析了开发俄罗斯方块联机软件的必要性和可行性，对开发俄罗斯方块软件进行了需求分析，系统设计，探讨了俄罗斯方块联机软件的开发方法和实现技术。对于本俄罗斯方块算法，下面也将进行详细描述，另外还有用到的 QT跨平台的编程语言，以及交叉编译工具链的使用。关键字：QT；ARM；俄罗斯方块；Socket 通信。南昌航空大学东软班 综合报告5AbstractTetris (Tetris, Ru: ) is a popular global TV game and PSP games, it consists of the Russian Alexei palmer jesters invention, therefore the name. Tetris is the basic rules of movement, rotation, and put the game automatically output various diamonds make it into a complete one or more lines and eliminate scores. Because it is simple, for young and old, to household names, popular in the world.Maybe you think of any good online Tetris, said yes, but all the things in the world feel very boring things it can become an interesting things, such a phenomenon also is common, and we play the inside of the QQ game, such as the elimination of the game, this is not a online game, too, although not online, but why a lot of people play. Competition, now a lot of people to a place in the game, good grades, so an online competitive game is the most important thing. For the development of Tetris game in addition to competitive, also to join the high playability, players can release each other between skills, such as to accelerate each other, let the other side effects, such as rotating game, can let a person feel a moment very boring very ordinary game into one high end a very interesting game.This article is based on the ARM of the design and implementations of Tetris online were studied. Firstly expounds the development background of Tetris game, development present situation, and development trend. Analyzed the necessity and feasibility of developing the Tetris online software, Tetris software developed for the demand analysis, system design, discusses the Tetris online software development method and realization technology.For this Tetris algorithm is described in detail below, and use of QT cross-platform programming language and the use of cross compiler tool chain.Keywords: QT; ARM; Tetris; Socket transfer.南昌航空大学东软班 综合报告61. 论文研究背景 俄罗斯方块游戏原本是前苏联科学家阿列克谢帕基特诺夫所开发的教育用软件，之后开始提供授权给各个游戏公司，造成各平台上软件大量发行的现象。Game Boy版的俄罗斯方块在日本卖出 424万套，是 Game Boy史上卖最好的游戏。海湾战争时，也是前线美军最常拿消磨时间的游戏之一。由于俄罗斯方块具有的数学性、动态性与知名度，也经常拿来作为游戏程序设计的练习题材。俄罗斯方块曾经造成的轰动与造成的经济价值可以说是游戏史上的一件大事，它看似简单但却变化无穷，令人上瘾。相信大多数用户都还记得为它痴迷得茶不思饭不想的那个俄罗斯方块时代。俄罗斯方块上手极其简单，但是要熟练地掌握其中的操作与摆放技巧，难度却不低。作为家喻户晓老少皆宜的大众游戏，其普及程度可以说是史上任何一款游戏都无法相比的。2. 论文研究意义该游戏是一款基于 ARM平台的游戏，不仅在 ARM平台下运行，Linux 和 window下都能够运行。所用到的技术都是和嵌入式系统相关。嵌入式系统无疑是当前最热门最有发展前途的 IT应用领域之一。嵌入式系统用在一些特定专用设备上，通常这些设备的硬件资源（如处理器、存储器等）非常有限，并且对成本很敏感，有时对实时响应要求很高等。特别是随着消费家电的智能化，嵌入式更显重要。像我们平常常见到的手机、PDA、电子字典、可视电话、VCD/DVD/MP3 Player、数字相机（DC） 、数字摄像机(DV)、U-Disk、机顶盒(Set Top Box)、高清电视(HDTV)、游戏机、智能玩具、交换机、路由器、数控设备或仪表、汽车电子、家电控制系统、医疗仪器、航天航空设备等等都是典型的嵌入式系统。南昌航空大学东软班 综合报告73. 基于 ARM 俄罗斯方块联机的系统设计3.1.硬件方案设计CPU 处理器- Samsung S3C2440A，主频 400MHz，最高 533MhzSDRAM 内存- 在板 64M SDRAM- 32bit 数据总线- SDRAM 时钟频率高达 100MHzFLASH 存储在板 256M Nand Flash, 掉电非易失(用户可定制 256M/1G，批量采购升级为 1G Flash加60元！)在板 2M Nor Flash，掉电非易失，已经安装 BIOSLCD 显示- 板上集成 4 线电阻式触摸屏接口，可以直接连接四线电阻触摸屏- 支持黑白、4 级灰度、16 级灰度、256 色、4096 色 STN 液晶屏，尺寸从 3.5 寸到 12.1 寸，屏幕分辨率可以达到 1024x768 象素；- 支持黑白、4 级灰度、16 级灰度、256 色、64K 色、真彩色 TFT 液晶屏，尺寸从 3.5 寸到 12.1 寸，屏幕分辨率可以达到 1024x768 象素；- 标准配置为 256K 色 240x320/3.5 英寸 TFT 真彩液晶屏，带触摸屏；接口和资源- 1 个 100M 以太网 RJ-45 接口(采用 DM9000 网络芯片)- 3 个串行口- 1 个 USB Host- 1 个 USB Slave B 型接口- 1 个 SD 卡存储接口- 1 路立体声音频输出接口，一路麦克风接口；南昌航空大学东软班 综合报告8- 1 个 2.0mm 间距 10 针 JTAG 接口- 4 USER Leds- 6 USER buttons(带引出座)- 1 个 PWM 控制蜂鸣器- 1 个可调电阻，用于 AD 模数转换测试- 1 个 I2C 总线 AT24C08 芯片，用于 I2C 总线测试- 1 个 2.0 mm 间距 20pin 摄像头接口- 板载实时时钟电池- 电源接口(5V)，带电源开关和指示灯系统时钟源- 12M 无源晶振实时时钟- 内部实时时钟（带后备锂电池）扩展接口1 个 34 pin 2.0mmGPIO 接口1 个 40 pin 2.0mm 系统总线接口规格尺寸- 100 x 100(mm)操作系统支持- Linux + QtE4.6.3 + Qtopia-2.2.0- WindowsCE.NET 6.0(R3)南昌航空大学东软班 综合报告9图 1. 开发板示意图3.2.软件方案设计 【1】3.2.1. 客户端模块客户端用户通过和 GUI界面进行交互，向客户端通信层发送各种请求，客户端通信层收到请求后发向服务端，最后收到服务端的回应达到消息响应的效果。本项目客户端请求有：登录、注册、举手、暂停、各个技能释放、游戏结果提交、游戏退出等请求。服务端通过这些请求对应的各种协议进行回应各个请求结果，然后客户端接收到后处理各个回应实现通信。以下是客户端模块结构图：南昌航空大学东软班 综合报告10C l i e n t L o g i cG U I客户端通信层s e n d R e q u e s tL o g i n Re q u e s t. e x eR e g i s t e r Re q u e s tH a n d s U pR e q u e s ts h o w M e s s a g es e n d R e q u e s t构造 U I构造C l i e n t L o g ic构造客户端通信层外部接口函数 内部接口函数 U I 模块 客户端逻辑模块客户端通信模块P a u s e G a me R e q u e s tR e l e a s e S ki l l s R e q u e stQ u i t G a m eR e q u e s tr e c e i v e R e p l yr e c e i v e R e p l yG a m e E n dR e q u e s t图 2. 客户端模块结构图3.2.2. 服务端模块服务端，开启端口进行监听，本项目端口为 9527，开通监听后，开始监听客户端登录、注册、举手、暂停、各个技能释放、游戏结果提交、游戏退出等请求，然后通过和数据库进行交互并将回应结果发送给客户端。以下是服务端模块结构图：南昌航空大学东软班 综合报告11. e x e服务器通信层S e r v e r L o g i c数据库管理模块I n i t D B构造服务器通信端构造服务器逻辑层s e n d R e q u e s t r e c e i v e R e p l yr e c e i v e R e p l ys e n d R e q u e s ta d d P l a y e rT o D Bc h e c k L og i n I n fa l t e r P l a y er G r a d eq u i t G a me外部接口函数 内部接口函数服务器逻辑模块服务器通信模块数据库管理模块图 3. 服务端模块结构图3.2.3. 数据库设计由于涉及信息存储不是很多，所以数据库设计这方面只建立了一个表。表结构如下：表 1.序号 字段名 字段类型 说明 备注1 account varchar 账号 主键2 username varchar 用户名3 password varchar 密码4 win varchar 总赢数5 lose varchar 总输数6 grade varchar 历史最高分7 status varchar 在线状态 1在线，0 不在线8 room varchar 所在房间 不在房间时为 9999南昌航空大学东软班 综合报告123.2.4. 整体模块动作时序C l i e n t . e x eU I C l i e n t L o g i cC l i e n t T r a n s l a t e S e r v e r T r a n s l a t e S e r v e r L o g i c D a t a B a s e S e r v e r . e x en e w C l i e n t L o g i cn e w C l i e n t T r a n s l a t en e w L o g i n D l gs e n d M e s s a g e （ R E G I S T E R _ R E Q U E S T )n e w S e r v e r L o g i cn e w S e r v e r T r a n s l a t e（ 数据传输 ）r e c e i v e M e s s a g e （ R E G I S T E R _ R E Q U E S T ）n e w R e g i s t e r D l gR e g i s t e r R e q u e s ta d d P l a y e r T o D Bs e n d M e s s a g e （ R E G I S T E R _ R E P L Y ）r e c e i v e M e s s a g e （ R E G I S T E R _ R E P L Y ）s h o w M e s s a g e （ R E G I S T E R _ R E Q U E S T ）注册关闭 R e g i s t e r D l g ， 回到 L o g i n D l gO n L i n e R e q u e s ts e n d M e s s a g e （ O N L I N E _ R E Q U E S T数据传输r e c e i v e M e s s a g e （ O N L I N E _ R E Q U E S T )c h e c k P l a y e r I n D B登录s e n d M e s s a g e ( O N L I N E _ R E P L Y )数据传输数据传输r e c e i v e M e s s a g e （ O N L I N E _ R E P L Y ）s h o w M e s s a g e （ O N L I N E _ R E P L Y ）U p H a n d s R e q u e s t / P a u s e G a m e R e q u e s t / R e l e a s e S k i l l s R e q u e s ts e n d M e s s a g e （ U P H A N D S _ R E Q U E S T / P A U S E G A M E _ R E Q U E S T / R E L E A S E S K I L L S _ R E Q U E S T ）数据传输r e c e i v e M e s s a g e （ U P H A N D S _ R E Q U E S T / P A U S E G A M E _ R E Q U E S T / R E L E A S E S K I L L S _ R E Q U E S T ）s e n d M e s s a g e （ U P H A N D S _ R E Q U E S T / P A U S E G A M E _ R E Q U E S T / R E L E A S E S K I L L S _ R E Q U E S T ）数据传输r e c e i v e M e s s a g e （ U P H A N D S _ R E Q U E S T / P A U S E G A M E _ R E Q U E S T / R E L E A S E S K I L L S _ R E Q U E S T ）s h o w M e s s a g e （ U P H A N D S _ R E Q U E S T / P A U S E G A M E _ R E Q U E S T / R E L E A S E S K I L L S _ R E Q U E S T ）退出游戏O f f L i n e R e q u e s ts e n d M e s s a g e （ O F F L I N E _ R E Q U E S T ）数据传输r e c e i v e M e s s a g e （ O F F L I N E _ R E Q U E S T ）q u i t G a m e / U p d a t e G r a d es e n d M e s s a g e （ O F F L I N E _ R E P L Y ）将下线信息发送给其他在线用户游戏图 4. 时序图南昌航空大学东软班 综合报告134. 基于 ARM 俄罗斯方块联机的实现技术4.1. QT 图形界面编程的信号与槽 【5】信号与槽是一种高级接口，应用于对象之间的通信，它是 QT 的核心特性。信号和槽能携带任意数量和任意类型的参数。我们可以将很多信号与单个的槽进行连接，也可以将单个的信号与很多的槽进行连接。使用信号与槽，发送者和接收者可以不用知道 object的任何信息。在此次毕业设计中，主要应用信号与槽，进行不同窗体之间的通信，实现了重画机制以及在不同窗口中处理从通信模块发过来的请求数据。4.2. Socket 通信 【6 】（1） 、Socket 通常也称作“套接字” ，应用程序通常通过“套接字”以下是 TCP通信的三次握手示意图：向网络发出请求或者应答网络请求。根据连接启动的方式以及本地套接字要连接的目标，套接字之间的连接过程可以分为三个步骤：服务监听，客户端请求，连接确认。客户端 服务器s y n js y n k , a c k j + 1a c k k + 1S o c k e tC o n n e c t ( 阻塞 )（ 主动打开 ）S o c k e t ， b i n d ，l i s t e n（ 被动打开 ）a c c e p t （ 阻塞 ）C o n n e c t （ 返回 ）A c c e p t （ 返回 ）对象 1 对象 2图 5. TCP三次握手示意图南昌航空大学东软班 综合报告14（2） 、QT 中提供的 Socket 完全使用了类的封装机制，使用户不需要接触底层的各种结构体操作。而且它采用 QT本身的信号与槽机制，使编写的程序更容易理解。（3 ） 、Socket 和 QTcpServer 类实现了本次围棋联机软件的客户端和服务器。TCP 是一个流式协议，对于应用程序来说，数据是一个很长的流。QTcpSocket 继承自 QIODevice，可以从 QDataStream 或 QTextStream 中读取或写入数据，在此次毕业设计，用的是从QDataStream 读取和写入数据。4.3. 多线程编程 【3】 【4 】 【6】多线程处理可以同时、运行多个线程。由于多线程应用程序将程序划分成多个独立的任务，因此可以在以下方面显著提高性能： 多线程技术使程序的响应速率更快，因为用户界面可以在进行其它工作的同时一直处于活动状态； 当前没有进行处理的任务时可以将处理器事件让给其它任务； 占用大量处理时间的任务可以定期将处理器时间让给其它任务； 可以随时停止任务； 可以分别设置各个任务的优先级以优化性能QT 通过三种形式提供了对线程的支持，使得开发轻巧的多线程 QT 程序更为容易，并能充分利用多处理器及其的优势。它们分别： 平台无关的线程类 线程安全的事件投递 跨线程的信号槽连接4.4.Sqlite 数据库编程 【2】SQLite 是遵守 ACID 的关系数据库管理系统，它包含在一个相对小的 C 库中。它是D.RichardHipp 创建的公有领域项目。不像常见的客户端/服务器结构范例，SQLite 引擎不是个程序与之通信的独立进程，而是连接到程序中成为它的一个主要部分。所以主要的通信协议是在编程语言内的直接 API 调用。这在消耗总量、延迟时间和整体简单性上有积极的作用。整个数据库（定义、表、索引和数据本身）都在宿主主机上存储在一个单一的文件中。它的简单的设计是通过在开始一个事务的时候锁定整个数据文件而完成的。南昌航空大学东软班 综合报告154.5.俄罗斯方块算法实现技术 【7】 游戏 map区域：图形背景采用蓝色背景，20 行*10 列，用一个指针数组存储 游戏下一个图形提示区域：4 行*4 列，也用一个指针数组存储 方块种类：一共七种：分别以 S、Z、L、J、I、O 、T 这 7 个字母的形状来命名I：一次最多消除四层J（左右）：最多消除三层，或消除二层L：最多消除三层，或消除二层O：消除一至二层S（左右）：最多二层，容易造成孔洞Z （左右）：最多二层，容易造成孔洞T：最多二层 方块颜色设置：每个种类方块的数组里面的数分别代表某种颜色,如下方块的定义unsigned char SquareShape4*4=0,0,0,0,0,1,1,0,0,1,1,0,0,0,0,0;该定义为田字形方块，1 是颜色值的代表，其他方块值分别定义为11,21,31,41,51,61，然后通过 switch 选择哪种颜色。 方块旋转算法：旋转是在上图矩阵中进行旋转的，因为旋转角度是 90 度，所以可以通过对称变换进行旋转。算法代码如下：for(int i=0;i = 0j = 3j = 0当前方块矩阵与 m a p 区域的指针数组进行按位与操作结果 = = 0发生碰撞N oj - -Y e sY e si - - N oY e s没有碰撞图 7. 碰撞检测 游戏结束判断：如果方块一出来就发生碰撞就说明游戏结束了。4.6. 移植技术 【8】所有功能及算法都实现后，在 PC 端都能够正确编译并执行，但本项目最主要的是能够在 mini2440 开发板上运行，所以要进行交叉编译。交叉编译过程大致如下：1.安装标准的 C开发环境，由于 Linux安装默认是不安装的，所以需要先安装一下（如果已经安装好的话，就可以免去这一步了）：南昌航空大学东软班 综合报告18#sudo apt-get install gcc g+libgcc1 libg+ make gdb2.下载 arm-linux-gcc-3.4.1.tar.bz2arm-linux-gcc-3.4.1.tar.bz2 的下载地址如下：/download/projects/toolchain/arm-linux-gcc-3.4.1.tar.bz23.解压 arm-linux-gcc-3.4.1.tar.bz2#tar jxvf arm-linux-gcc-3.4.1.tar.bz2解压过程需要一段时间，解压后的文件形成了 usr/local/文件夹，进入该文件夹，将 arm文件夹拷贝到/usr/local/下# cd usr/local/ #cp -rv arm /usr/local/现在交叉编译程序集都在/usr/local/arm/3.4.1/bin 下面了4. 修改环境变量，把交叉编译器的路径加入到 PATH。(有三种方法，强烈推荐使用方法一)方法一：修改/etc/bash.bashrc 文件 #vim /etc/bash.bashrc 在最后加上： export PATH$PATH:/usr/local/arm/3.4.1/bin export PATH方法二：修改/etc/profile 文件： # vim /etc/profile 增加路径设置，在末尾添加如下,保存/etc/profile 文件： export PATH$PATH:/usr/local/arm/3.4.1/bin方法三：#export PATH$PATH:/usr/local/arm/3.4.1/bin 注：(这只能在当前的终端下才是有效的！)5.立即使新的环境变量生效，不用重启电脑：对应方法一：#source /root/.bashrc对应方法二：# source /etc/profile6.检查是否将路径加入到 PATH：南昌航空大学东软班 综合报告19# echo $PATH显示的内容中有/usr/local/arm/bin，说明已经将交叉编译器的路径加入PATH。至此，交叉编译环境安装完成。7. 测试是否安装成功# arm-linux-gcc -v5. 结论该项目通过基于 Socket 通信，多线程编程，以及 QT 图形界面化编程，SQLITE