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基于fpga的俄罗斯方块
阅读量:308 次
发布时间:2019-03-01

本文共 1360 字,大约阅读时间需要 4 分钟。

俄罗斯方块 FPGA 实现实验报告

实验目的

通过本次项目,完成以下目标:

  • 熟悉 Xilinx FPGA 架构及开发流程。
  • 设计一个功能完整的系统,掌握 FSM + Datapath 的设计方法。
  • 实验内容

    项目介绍

    本项目旨在在 FPGA 上实现经典小游戏“俄罗斯方块”。基本方案为使用 Xilinx Zynq 系列开发板 ZedBoard 作为平台,实现主控模块,通过 VGA 接口控制屏幕显示。

    系统框架

    整个系统由四部分组成:按键输入处理模块、控制模块、数据路径模块以及 VGA 显示接口模块。系统架构如下图所示:

    图1:系统框图

    按键输入处理模块

    主要功能是对输入信号进行消抖处理和上升沿检测。消抖模块采用移位寄存器结构,延迟输入信号 4 个时钟周期,以减少噪声影响。上升沿检测通过比较寄存器存储的前一个值与当前值,检测到上升沿时触发相应处理。

    控制模块

    控制模块采用 FSM 方式设计,定义 10 个状态:

  • S_idle:上电复位后进入空状态,待启动信号后进入 S_new 状态。
  • S_new:生成新的俄罗斯方块。
  • S_hold:保持状态,进行计时或等待按键信号。
  • S_down:判断俄罗斯方块能否下移一格。
  • S_move:判断方块是否能按照按键指令移动。
  • S_shift:更新方块坐标信息,返回 S_hold。
  • S_remove_1:更新屏幕矩阵信息,进入 S_remove_2 状态。
  • S_remove_2:消除可消除的行,重复直到无可消除为止,返回 S_idle。
  • S_stop:清空屏幕,返回 S_idle。
  • S_isdie:判断游戏结束状态,进入 S_stop 或生成新方块。
  • 图3:控制模块 ASMD 图

    数据路径

    数据路径模块根据控制模块信号更新背景矩阵和活动方块坐标。背景矩阵用于存储非活动方块坐标,活动方块坐标用于跟踪当前方块位置。方块类型由 7 位编码表示,包括 7 种形状的 4 种旋转状态。

    显示部分

    输出结果通过 VGA 接口接入显示屏。VGA 接口传输红、绿、蓝模拟信号及同步信号,实现屏幕显示。模块通过组织行扫描、列扫描和颜色信号对显示屏进行控制。

    实验结果

    实验结果如图所示,系统能够实现俄罗斯方块的基本功能,包括方块生成、移动、旋转、消除和显示。系统表现稳定,按键控制灵敏,画面清晰。

    图7:实验结果图

    实验总结

    完成情况

    本次项目完成了既定目标,核心功能实现正常运行。通过分工合作完成系统自上而下的设计,掌握 FSM + Datapath 设计方法。

    不足与改进

  • 时间仓促导致界面优化不足。
  • 模块划分前接口定义不够完善,调试时间增加。
  • 总体而言,项目让团队对 FPGA 并行设计有更直观认识,掌握了调试技巧和团队协作经验。

    实验部分代码

    // 按键处理模块
    reg [7:0] key_in;
    reg [7:0] key_out;
    // 控制模块
    state state;
    // 数据路径
    reg [9:0] background_matrix;
    // 显示部分
    output clock;
    output row_scan;
    output column_scan;
    output red, green, blue;

    本代码为核心模块的部分接口定义,具体实现需根据需求扩展。

    转载地址:http://tsxo.baihongyu.com/

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