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将复杂代码移植到新平台上的方法

2017年12月04日 05:11 次阅读
 随着微控制器性能增强,已经有可能用它们执行一些在90年代还需要PC处理能力的程序,而游戏领域的应用受这一进展影响很大。现在可以在某种移动应用(包含图形LCD和一个32位 ARM微控制器)中实现第一个PC上的3D游戏。本文将阐述如何将一个开源PC游戏的代码移植到一款有适当源文件结构的微控制器上。      在上世纪90年代,游戏开始在计算机世界中蔓延。我还记得第一次玩Wolfenstein 3D,那是第一款3D的PC射击游戏。它由IdSoftware于1992年开发,是Doom的前身。Wolfenstein 3D证明PC的图形能力已足以满足这种类型3D动画的开发。90年代很多十几岁的年青人都会记得Wolfenstein 3D,因为这是第一款把3D世界带到他们PC上的游戏。90年代中期它的源码在互联网上公开,现在还能找到。现在我想再玩这款游戏,但不是在我的PC上。我将利用一只微控制器的功率和集成度。 将复杂代码移植到新平台上的方法 图1. 应用板上的WolfenTIen 3D。 这里需要补充一句:本文并不打算分析Wolfenstein 3D的源码。很多文章已经做过这件事了。本文的目标是说明将复杂代码移植到新平台上的方法。不过,这款游戏的结构做得很好,解释一下还是很有意思的。事实上在1992年,Wolfenstein 3D在3D游戏领域是一场革命。它是第一款玩家能在3D场景中自由移动的游戏。
在此游戏中,图像与源码同等重要,因为它采用了大量贴图和子画面。这些都采用光线投射(Ray CasTIng)方法定位在屏幕上,从而给游戏以一种3D效果。光线投射包含了从一个POV(视点)的投射半径。并采用了一系列技巧以实现加速。例如,为了在像素点屏幕上投射一个半径,要做一个空间搜索,以找到该半径与最近墙上的交汇点。在Wolfenstein 3D中,墙面和贴图的尺寸都是64 x 64像素(见图2)。
将复杂代码移植到新平台上的方法 图2. 光线投射模型。 虽然该游戏在当时取得了无比的成功,但它也有一些局限。其中之一是墙的高度全都一样,它们全是90°,没有斜角。这些限制减轻了移植的难度,因为它们代表着源码不太复杂。另一个限制是地面和天花板没有贴图。
我会尝试在一只较新的32位微控制器上给这款游戏以新的生命。一个必需的部件是建立一个控制游戏的应用电路板。从用户角度只有两个东西是可见的,一个240 x 320 TFT彩色屏幕,以及一组让玩家在Wolfenstein 3D迷宫中穿越的按键。另外,微控制器用于屏幕和按键管理。由于这种类型屏幕采用一种并行接口(16位宽),需要选择一种能够驱动这种屏幕的微控制器。
 将复杂代码移植到新平台上的方法 图3. 纹理与sprite(Texture and sprite)。 如何更顺利地移植源码?
Wolfenstein 3D的源码相当复杂。源码越复杂,控制它就越难。因此,将这个应用移植到一个新的目标上非常困难。在开始以前,重要的是了解用于编写原应用的语言是否为可移植的,而且该语言的的编译器是否能用于新的目标。Wolfenstein 3D采用C语言编写。C语言有利于移植,因为它在微控制器领域广泛可用,市场上现有很多编译器与调试器。
C语言允许一个源码对多个目标,前提是它采用一种逻辑和清楚的方式编写。项目源文件的组织是一个考虑因素。图4提出了一种方法。
 将复杂代码移植到新平台上的方法 图4. 软件架构。 图示的软件方法将原始源码与应用板使用的物理层分隔开来。移植过程中,原始游戏的源码必须作少许修改,用到硬件的函数必须转移(并修改)到“可移植”段。
当你准备将一个程序移植到一个新的目标时,主要问题是“哪种新目标机能够执行这个程序?”要理解这个需求,就需要知道源码的主要功能,如外设的类型和数量,以及内存的大小(Wolfenstein 3D需要至少500KB程序空间和96KB RAM空间)。
应用的核心必须是一只32位微控制器,因为Wolfenstein 3D的执行要求高性能的算术计算,用于光线投射方法和刷新屏幕的执行速度,8位或16位微控制器无法达到这种性能水平。另外,为了简化电路板布局,需要选择一款嵌入了程序内存(闪存)的微控制器。现在,市场上存在着大量这类32位微控制器,但ARM处理器是嵌入式应用的标准处理器。
我选择的是意法半导体公司的STM32,因为它采用了一个ARM Cortex-M3核心,专为嵌入式应用而开发。请允许我介绍这个STM32 32bit闪存微控制器系列,尤其是STM32F103ZE产品。
STM32F103ZE运行频率最高可达72MHz,应用电源为2.0V至3.6V。它提供512KB闪存和64KB RAM。外存控制(灵活的静态内存控制,FSMC)可使STM32F10xxx微控制器与各种存储器接口(SRAM、NOR闪存...)。FSMC有16根数据线和26根地址线,可用五根独立的片选脚,最多连接64MB内存。在Wolfenstein 3D应用板上,这个接口用于驱动TFT显示器和外接的4MB SRAM高速异步内存。键盘由通用IO直接驱动。应用板为3V工作,采用3只1.2V电池与一只LM317可调稳压器的组合。
意法半导体提供一个非常有用的软件库,它包含很多STM32功能管理实例。在这次移植中,软件库用于编写TFT显示器硬件的驱动。图5表示架构需要的项目,Wolfenstein 3D文件夹包含两个子文件夹。
将复杂代码移植到新平台上的方法                                                                              图5. 文件夹的项目结构。      Appli文件夹包含IDE项目以及硬件驱动源码,如TFT屏幕。该文件夹包含硬件应用板的说明(在我们这里是STM3210E-EVAL),它还包含了STM32库,用于管理电路板硬件和IDE项目。Wolfenstein 3D的源码用库函数作硬件驱动。
“source”文件夹包含了Wolfenstein 3D的原始源码,源码中所有指令或函数都不与应用板硬件直接交互,子文件夹“portable”包括用于在游戏原始代码与代码执行目标硬件之间建立连接的函数。在我们这种情况下,我们还有一个子文件夹STM3210E-EVAL,这个文件夹包含调用应用板硬件的函数。
    让我们看一下显示管理的例子。Wolfenstein 3D源码包含一个VW_UpdateScreen函数,这个函数根据内部视频缓冲的内容刷新TFT屏幕,于是需要驱动TFT屏幕。因此,它必须在文件夹“portable/STM3210E-EVAL”中定义。VW_UpdateScreen函数会调用在文件夹“appli/ STM3210E-EVAL”中定义的基本函数(驱动)。
文件夹“source/portable/STM3210E-EVAL/”包含与编译器兼容的类型说明与定义。通过这种方法处理,就能够将一个目标的源码移植到另一个目标,而无需修改复杂的源文件。举个有用的例子,源码要转换到一个不同映射的STM32应用,它有不同的接口硬件,或编译器有改变。这时只需要为新的目标更新“appli/STM3210E-EVAL/”和“source/portable/STM3210E-EVAL/”文件夹中的约束文件。结果在图6中。它看似90年代的一款口袋机游戏。 

CapTIons:
将复杂代码移植到新平台上的方法 图6. 最终应用。
采用C编写的老式PC游戏的源码现在仍能从互联网上获得。多亏有微控制器的强大性能和LCD显示器的集成,我们现在还能体验到这些游戏。

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在行动平台领域独霸多年的芯片大厂高通(Qualcomm),正将目标对准PC市场,推出搭载手机芯片、可...
发表于 2017-12-20 08:51 726次阅读
高通能否撼动英特尔霸主地位取决视产品效能及消费者...

对3D、MRAM及新芯片的深度分析和探讨

芯片晶粒在未来搭载愈来愈多晶体管可望成为趋势,让芯片运算能力达到人脑水平也可望有朝一日达成,对于这类...
发表于 2017-12-20 08:45 876次阅读
对3D、MRAM及新芯片的深度分析和探讨

嵌入式编程和PC编程需要结合在一起应用于实际的项...

在中国,嵌入式编程的朋友很少是正儿八经从计算机专业毕业的,都是从自动控制啊,电子相关的专业毕业的。
发表于 2017-12-19 18:00 1218次阅读
嵌入式编程和PC编程需要结合在一起应用于实际的项...

DRAM连涨七个季度 发改委进入调查是否触及垄断...

从2016年开始内存价格只高不低,内存还被网友称之为“最佳理财产品”,连涨7个季度,依然没有看到有所...
发表于 2017-12-19 13:45 217次阅读
DRAM连涨七个季度 发改委进入调查是否触及垄断...

三维扫描仪的应用

三维扫描仪(3D scanner) 是一种科学仪器,用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状(几何构...
发表于 2017-12-18 15:13 360次阅读
三维扫描仪的应用

产品报|三星首款裸眼3D笔记本电脑

近日,三星电子面向中国市场发布了智能视觉技术的新一代产品——应用前沿裸眼3D解决方案的“瞳3D”笔记...
发表于 2017-12-13 16:05 862次阅读
产品报|三星首款裸眼3D笔记本电脑

手机移动芯片切入PC领域,中国CPU机遇与挑战并...

高通带着手机移动芯片入侵PC市场,这将使传统产业格局发生改变,PC生态伙伴也得到了进一步壮大,对国产...
发表于 2017-12-13 13:49 242次阅读
手机移动芯片切入PC领域,中国CPU机遇与挑战并...

二代身份证识别系统银行应用解决方案

在银行领域新的身份证特点之一就是杜绝身份伪造等问题,银行为客户提供了更安全、更快捷的金融服务,从而更...
发表于 2017-12-12 12:39 131次阅读
二代身份证识别系统银行应用解决方案

Q3戴尔同比营收196.1亿美元,净亏损9.41...

依靠第三季度PC市场的增长模式,戴尔第三财季营收为100亿美元,同比增长了6%。其中存储业务营收为3...
发表于 2017-12-08 14:02 131次阅读
Q3戴尔同比营收196.1亿美元,净亏损9.41...

高通入局PC市场,有何优势,野心能否如愿以偿

 众所周知,PC市场英特尔已经耕耘多年,从服务器到台式机,到笔记本电脑树大根深,市场份额超过90%,...
发表于 2017-12-08 10:47 202次阅读
高通入局PC市场,有何优势,野心能否如愿以偿

高通进军PC市场,骁龙835 Win10不如In...

高通承认,骁龙芯片电脑会比AMD/IntelCPU的竞品速度慢。这是因为,骁龙芯片处理为x86架构打...
发表于 2017-12-07 13:01 211次阅读
高通进军PC市场,骁龙835 Win10不如In...

骁龙845震撼来袭 为移动PC创造更好的功能

除了智能手机方面的应用,高通在峰会上重点介绍了基于骁龙835的“始终连接PC”产品形态,高通合作伙伴...
发表于 2017-12-06 17:07 1619次阅读
骁龙845震撼来袭 为移动PC创造更好的功能

如何学习嵌入式系统(硬件篇),含51单片机学习资料

发表于 2017-12-01 17:35 481次阅读
如何学习嵌入式系统(硬件篇),含51单片机学习资料

云控源码、微信云控源码,首选字节云控系统

发表于 2017-12-01 17:15 219次阅读
云控源码、微信云控源码,首选字节云控系统

云控源码的重要性

发表于 2017-12-01 17:08 171次阅读
云控源码的重要性

微信云控源码帮您快速复制营销

发表于 2017-12-01 16:55 139次阅读
微信云控源码帮您快速复制营销

惠普以30%份额占领印度市场,获PC第一品牌

第三季度惠普在印度PC市场的份额为31.1%,是第一大PC厂商。惠普PC出货量增长了30.2%。联想...
发表于 2017-11-29 13:45 159次阅读
惠普以30%份额占领印度市场,获PC第一品牌

Voxel Space实现地形渲染

体素空间引擎的Web Demo 追溯历史 让我们把时间拨回到1992年。当时的CPU处理速度比现在的...
发表于 2017-11-28 11:19 136次阅读
Voxel Space实现地形渲染

英特尔:彻底淘汰PC BIOS,全面向UEFI固...

Intel已经决心在2020年之前,彻底淘汰PC BIOS,全面向UEFI固件过渡,而这也意味着一个...
发表于 2017-11-25 12:21 18次阅读
英特尔:彻底淘汰PC BIOS,全面向UEFI固...

大陆AI芯片新创公司融资井喷

集微网消息,在PC及智能手机时代,中国的通用芯片产业几乎是一片空白。但在AI时代即将到来之际,借力中...
发表于 2017-11-24 17:34 199次阅读
大陆AI芯片新创公司融资井喷

3D感知模组市场井喷,华为OPPO等谨慎入局

随着AI技术在手机上的逐步渗透,“刷脸时代”渐行渐近。 在苹果发布了集成FaceID人脸识别技术的i...
发表于 2017-11-24 13:14 36次阅读
3D感知模组市场井喷,华为OPPO等谨慎入局

智能手机新趋势:iPhone X引爆3D感测的人...

苹果(Apple)iPhone X新机引爆3D感测的人脸辨识应用风潮,成为全球智能手机大厂解锁和移动...
发表于 2017-11-24 12:15 40次阅读
智能手机新趋势:iPhone X引爆3D感测的人...

天线罩与天线阵全波仿真技术

天线罩是用来保护天线的一种介质外壳,使天线避免在各种恶劣环境条件下可能造成的损坏,但是天线罩的存在也...
发表于 2017-11-22 10:09 376次阅读
天线罩与天线阵全波仿真技术

基于PC机与FPGA的脉冲雷达通信系统设计

使用WinPcap 自定义通信帧格式,实现一种PC 机与FPGA 之间双向高速数据传输的方法,绕过T...
发表于 2017-11-22 08:00 72次阅读
基于PC机与FPGA的脉冲雷达通信系统设计

pxe远程启动过程分析

PXE是由Intel公司开发的最新技术,工作于Client/Server的网络模式,支持工作站通过网...
发表于 2017-11-20 16:25 401次阅读
pxe远程启动过程分析

串行数据转换并行数据的原理图

串行是中文“通用串行总线”的简称。英文为USB是1995年Microsoft、Compaq、IBM等...
发表于 2017-11-20 09:30 571次阅读
串行数据转换并行数据的原理图

东芝PC业务花落华硕公司,联想没戏

东芝本周早些时候宣布,计划将其 95% 的电视业务出售给海信集团,这笔交易价值 129 亿日元。尽管...
发表于 2017-11-18 09:16 173次阅读
东芝PC业务花落华硕公司,联想没戏

单片机和电脑pc计算机的区别

近年来,单片微型计算机(简称单片机)应运而生。单片机也被称做“微控制器”、“嵌入式微控制器”。单片机...
发表于 2017-11-17 11:33 280次阅读
单片机和电脑pc计算机的区别

东芝业务重组,华硕联想争夺东芝PC业务

东芝是全球个人电脑市场的鼻祖级别公司,早在1985年,东芝公司推出了商用笔记本电脑T1100,这被认...
发表于 2017-11-17 08:52 119次阅读
东芝业务重组,华硕联想争夺东芝PC业务

棋牌游戏的有哪几种盈利方式?

发表于 2017-11-15 14:36 434次阅读
棋牌游戏的有哪几种盈利方式?

3D旋转音效颇受青睐,原来是一款VR音频

为了实现对音频数据的HRTF处理,开发人员需要预先通过人头录音(Binaural recording...
发表于 2017-11-14 17:34 440次阅读
3D旋转音效颇受青睐,原来是一款VR音频

解除PC降温魔咒,高通携手闻泰定义新型笔记本电脑

今年高通推出了新一代骁龙835芯片,宣布进军笔电市场。据悉,高通骁龙835移动PC平台定位于轻薄、无...
发表于 2017-11-14 14:25 217次阅读
解除PC降温魔咒,高通携手闻泰定义新型笔记本电脑

联想将携手富士通,超越惠普,重回PC全球第一

今年5月,昔日老将刘军回归联想再次负责全球PC业务,面对惠普的步步紧逼,刘军力求保住联想主营业务的全...
发表于 2017-11-03 11:16 199次阅读
联想将携手富士通,超越惠普,重回PC全球第一

关于直播系统开发的小细节

发表于 2017-11-01 09:23 232次阅读
关于直播系统开发的小细节

云豹直播系统源码有哪些直播功能

发表于 2017-11-01 09:20 240次阅读
云豹直播系统源码有哪些直播功能

在直播行业中找到自己的发展特色

发表于 2017-10-31 09:04 264次阅读
在直播行业中找到自己的发展特色

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