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手舞足蹈跳舞机的软硬件实现方案
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2017-10-17
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项目背景及可行性分析
项目名称：手舞足蹈跳舞机
项目的主要内容：在游戏厅里转一圈不难发现，总会有几个少男少女在跳舞机前手舞足蹈，四周的观众围得水泄不通。劲爆的音乐，富有青春气息的舞姿使跳舞机游戏极其拉风，也正因为如此，跳舞机市场前景非常看好。
我们的目标就是设计一个基于FPGA的跳舞机。伴随着音乐的节奏，跳舞机的LCD显示器上会出现一个个方向不同的箭头符号，引导玩家完成相应的舞蹈动作，玩家可以在跳舞机上尽情地手舞足蹈，而跳舞机的压力传感器和光传感器会忠实地捕捉玩家的动作，转换器将处理过后的动作信息传递给CPU，CPU根据游戏规则，公正地给玩家评分，LCD则会公布玩家的得分情况。在游戏进行的过程中，LED会随着音乐节奏的快慢不停地调整发光节奏，竭力为玩家营造出绚丽的游戏氛围；扬声器也会不停地为玩家呐喊助威，尤其是玩家表现出色时，扬声器会不遗余力地为玩家喝彩。
首先我们要设计一个soc，片上系统的某些功能模块可以使用预定制模块IP核，例如MicroBlaze（我们选择它作为CPU）就可以使用Xilinx公司提供的IP核来实现；当然，我们的系统中也存在独立设计的系统结构，例如PPU（图像处理器）。该系统脱离了pc，这样大大降低了系统的成本与功耗，减小了体积，而且软硬件的更新比较方便。除了完成硬件设计之外，我们还有大量工作需要在soc上用软件完成，例如移植操作系统、编写游戏软件框架和跳舞机游戏软件等。
进展情况：现在处于模块设计阶段
项目关键技术及创新点的论述
要处理大量的图像文件，其中，图层间的α运算、图像的卷动等图形图像运算会频繁发生，如果这些运算都交给CPU处理，就会占用大量的CPU资源，会破坏图像显示的连贯性。我们引入PPU，用于将上述繁重的计算任务从CPU分离出来，从而提高系统的性能。
声像同步也是项目的关键技术之一：SoC集成的Mp3 Decoder将游戏音乐文件解码为PCM流，PCM流传输到两块同样大小的缓冲区（暂且假设每块缓冲区的大小为1K），如下图所示，这两块缓冲区相当于构成一个循环队列，一块缓冲区的PCM流文件播放完以后，接着播放另一个缓冲区中的流文件。在切换缓冲区时，会产生中断，在这个中断周期，系统渲染新的图像帧，从而实现声像像同步。
游戏开发Framework：这是在该硬件驱动上实现的一组API，它是独立于跳舞机游戏的，提供游戏开发的常用接口，规定了游戏开发的模型。
技术成熟性和可靠性论述：
目前市场上有很多基于PC的跳舞机的设计案例可以参考（当中的PPU部件等关键功能模块可以参考任天堂公司红白机的设计），技术已经相当成熟。
项目实施方案
方案基本功能框图及描述
硬件功能框图及描述
Compact Flash（CF） Card：
CF卡扮演只读存储器的角色，用于存储游戏文件；游戏文件分为三个部分：第一部分是控制程序，这一部分供CPU（MicroBlaze）执行；第二部分是位图文件，这一部分由PPU处理；第三部分是音乐文件，其中MP3格式的文件交给图中所示的MP3 Decoder处理。
之所以使用CF卡作为ROM，是因为CF卡可以很方便地从系统中取出，并与PC兼容，这样容易实现游戏软件的更新。
项目名称：手舞足蹈跳舞机
项目的主要内容：在游戏厅里转一圈不难发现，总会有几个少男少女在跳舞机前手舞足蹈，四周的观众围得水泄不通。劲爆的音乐，富有青春气息的舞姿使跳舞机游戏极其拉风，也正因为如此，跳舞机市场前景非常看好。
我们的目标就是设计一个基于FPGA的跳舞机。伴随着音乐的节奏，跳舞机的LCD显示器上会出现一个个方向不同的箭头符号，引导玩家完成相应的舞蹈动作，玩家可以在跳舞机上尽情地手舞足蹈，而跳舞机的压力传感器和光传感器会忠实地捕捉玩家的动作，转换器将处理过后的动作信息传递给CPU，CPU根据游戏规则，公正地给玩家评分，LCD则会公布玩家的得分情况。在游戏进行的过程中，LED会随着音乐节奏的快慢不停地调整发光节奏，竭力为玩家营造出绚丽的游戏氛围；扬声器也会不停地为玩家呐喊助威，尤其是玩家表现出色时，扬声器会不遗余力地为玩家喝彩。
首先我们要设计一个soc，片上系统的某些功能模块可以使用预定制模块IP核，例如MicroBlaze（我们选择它作为CPU）就可以使用Xilinx公司提供的IP核来实现；当然，我们的系统中也存在独立设计的系统结构，例如PPU（图像处理器）。该系统脱离了pc，这样大大降低了系统的成本与功耗，减小了体积，而且软硬件的更新比较方便。除了完成硬件设计之外，我们还有大量工作需要在soc上用软件完成，例如移植操作系统、编写游戏软件框架和跳舞机游戏软件等。
进展情况：现在处于模块设计阶段
项目关键技术及创新点的论述
要处理大量的图像文件，其中，图层间的α运算、图像的卷动等图形图像运算会频繁发生，如果这些运算都交给CPU处理，就会占用大量的CPU资源，会破坏图像显示的连贯性。我们引入PPU，用于将上述繁重的计算任务从CPU分离出来，从而提高系统的性能。
声像同步也是项目的关键技术之一：SoC集成的Mp3 Decoder将游戏音乐文件解码为PCM流，PCM流传输到两块同样大小的缓冲区（暂且假设每块缓冲区的大小为1K），如下图所示，这两块缓冲区相当于构成一个循环队列，一块缓冲区的PCM流文件播放完以后，接着播放另一个缓冲区中的流文件。在切换缓冲区时，会产生中断，在这个中断周期，系统渲染新的图像帧，从而实现声像像同步。
游戏开发Framework：这是在该硬件驱动上实现的一组API，它是独立于跳舞机游戏的，提供游戏开发的常用接口，规定了游戏开发的模型。
技术成熟性和可靠性论述：
目前市场上有很多基于PC的跳舞机的设计案例可以参考（当中的PPU部件等关键功能模块可以参考任天堂公司红白机的设计），技术已经相当成熟。
项目实施方案
方案基本功能框图及描述
硬件功能框图及描述
Compact Flash（CF） Card：
CF卡扮演只读存储器的角色，用于存储游戏文件；游戏文件分为三个部分：第一部分是控制程序，这一部分供CPU（MicroBlaze）执行；第二部分是位图文件，这一部分由PPU处理；第三部分是音乐文件，其中MP3格式的文件交给图中所示的MP3 Decoder处理。
之所以使用CF卡作为ROM，是因为CF卡可以很方便地从系统中取出，并与PC兼容，这样容易实现游戏软件的更新。
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