科技論文-基于ARM俄羅斯方塊聯(lián)機游戲設計

基于ARM俄羅斯方塊聯(lián)機游戲設計摘要：俄羅斯方塊俄羅斯方塊【9】（Tetris,俄文：Тетрис）是一款風靡全球的電視游戲機和掌上游戲機游戲，它由俄羅斯人阿列克謝·帕基特諾夫發(fā)明，故得此名。俄羅斯方塊的基本規(guī)則是移動、旋轉(zhuǎn)和擺放游戲自動輸出的各種方塊，使之排列成完整的一行或多行并且消除得分。由于上手簡單、老少皆宜，從而家喻戶曉，風靡世界。也許大家覺得俄羅斯方塊有什么好聯(lián)機的，是這樣說沒錯，但世界上所有的很多事情覺得很無趣的事情確能夠成為一個有趣的事情，這樣的現(xiàn)象也是常見的，還有我們玩QQ里面的游戲，比如消除游戲，這個不也是聯(lián)機游戲嗎，雖然好像沒什么聯(lián)機性，但卻為什么很多人玩。競爭，現(xiàn)在很多人在游戲中為的就是個名次，高分，所以一個聯(lián)機游戲具有競爭性才是最重要的。對于本次開發(fā)的俄羅斯方塊游戲除了具有競爭性外，還加入高度的可玩性，玩家之間可以彼此釋放技能，比如讓對方加速，讓對方游戲區(qū)域旋轉(zhuǎn)等效果，確實可以瞬間讓人覺得一個很乏味很普通的游戲瞬間變?yōu)橐粋€很有趣很高端的一個游戲。本文基于ARM下的俄羅斯方塊聯(lián)機的設計與實現(xiàn)進行了研究。首先闡述了俄羅斯方塊游戲的發(fā)展背景，發(fā)展現(xiàn)狀，以及發(fā)展趨勢。分析了開發(fā)俄羅斯方塊聯(lián)機軟件的必要性和可行性，對開發(fā)俄羅斯方塊軟件進行了需求分析，系統(tǒng)設計，探討了俄羅斯方塊聯(lián)機軟件的開發(fā)方法和實現(xiàn)技術。對于本俄羅斯方塊算法，下面也將進行詳細描述，另外還有用到的QT跨平臺的編程語言，以及交叉編譯工具鏈的使用。關鍵詞：QT；ARM；俄羅斯方塊；Socket通信。指導老師簽名：南昌航空大學東軟班綜合報告PAGEPAGE4TetrisonlinegamedesignbasedonARMAbstract:Tetris(Tetris,Ru:Тетрис)isapopularglobalTVgameandPSPgames,itconsistsoftheRussianAlexeipalmerjester’sinvention,thereforethename.Tetrisisthebasicrulesofmovement,rotation,andputthegameautomaticallyoutputvariousdiamondsmakeitintoacompleteoneormorelinesandeliminatescores.Becauseitissimple,foryoungandold,tohouseholdnames,popularintheworld.MaybeyouthinkofanygoodonlineTetris,saidyes,butallthethingsintheworldfeelveryboringthingsitcanbecomeaninterestingthings,suchaphenomenonalsoiscommon,andweplaytheinsideoftheQQgame,suchastheeliminationofthegame,thisisnotaonlinegame,too,althoughnotonline,butwhyalotofpeopleplay.Competition,nowalotofpeopletoaplaceinthegame,goodgrades,soanonlinecompetitivegameisthemostimportantthing.ForthedevelopmentofTetrisgameinadditiontocompetitive,alsotojointhehighplayability,playerscanreleaseeachotherbetweenskills,suchastoaccelerateeachother,lettheothersideeffects,suchasrotatinggame,canletapersonfeelamomentveryboringveryordinarygameintoonehighendaveryinterestinggame.ThisarticleisbasedontheARMofthedesignandimplementationsofTetrisonlinewerestudied.FirstlyexpoundsthedevelopmentbackgroundofTetrisgame,developmentpresentsituation,anddevelopmenttrend.AnalyzedthenecessityandfeasibilityofdevelopingtheTetrisonlinesoftware,Tetrissoftwaredevelopedforthedemandanalysis,systemdesign,discussestheTetrisonlinesoftwaredevelopmentmethodandrealizationtechnology.ForthisTetrisalgorithmisdescribedindetailbelow,anduseofQTcross-platformprogramminglanguageandtheuseofcrosscompilertoolchain.Keyword：QT;ARM;Tetris;Sockettransfer.SignatureofSupervisor:

學士學位論文原創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立完成的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他學位申請的論文或成果。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名：日期：學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權南昌航空大學可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。作者簽名：日期：導師簽名：日期：1.最終紙版材料,需要正式裝訂,每人1份,需要注意中英文摘要里去掉"學生姓名"\"班級"\"指導教師";2.最終電子材料,上傳服務器,并刻錄光盤兩份;3.額外提交學校的紙質(zhì)版中英文論文摘要各1份(若學生論文成績達到90分以上,即優(yōu)秀論文,則需要提交2份),電子版中英文論文摘要各1份,需要注意中英文摘要保留"學生姓名"\"班級"\"指導教師";

基于ARM俄羅斯方塊聯(lián)機游戲設計摘要俄羅斯方塊俄羅斯方塊【9】（Tetris,俄文：Тетрис）是一款風靡全球的電視游戲機和掌上游戲機游戲，它由俄羅斯人阿列克謝·帕基特諾夫發(fā)明，故得此名。俄羅斯方塊的基本規(guī)則是移動、旋轉(zhuǎn)和擺放游戲自動輸出的各種方塊，使之排列成完整的一行或多行并且消除得分。由于上手簡單、老少皆宜，從而家喻戶曉，風靡世界。也許大家覺得俄羅斯方塊有什么好聯(lián)機的，是這樣說沒錯，但世界上所有的很多事情覺得很無趣的事情確能夠成為一個有趣的事情，這樣的現(xiàn)象也是常見的，還有我們玩QQ里面的游戲，比如消除游戲，這個不也是聯(lián)機游戲嗎，雖然好像沒什么聯(lián)機性，但卻為什么很多人玩。競爭，現(xiàn)在很多人在游戲中為的就是個名次，高分，所以一個聯(lián)機游戲具有競爭性才是最重要的。對于本次開發(fā)的俄羅斯方塊游戲除了具有競爭性外，還加入高度的可玩性，玩家之間可以彼此釋放技能，比如讓對方加速，讓對方游戲區(qū)域旋轉(zhuǎn)等效果，確實可以瞬間讓人覺得一個很乏味很普通的游戲瞬間變?yōu)橐粋€很有趣很高端的一個游戲。本文基于ARM下的俄羅斯方塊聯(lián)機的設計與實現(xiàn)進行了研究。首先闡述了俄羅斯方塊游戲的發(fā)展背景，發(fā)展現(xiàn)狀，以及發(fā)展趨勢。分析了開發(fā)俄羅斯方塊聯(lián)機軟件的必要性和可行性，對開發(fā)俄羅斯方塊軟件進行了需求分析，系統(tǒng)設計，探討了俄羅斯方塊聯(lián)機軟件的開發(fā)方法和實現(xiàn)技術。對于本俄羅斯方塊算法，下面也將進行詳細描述，另外還有用到的QT跨平臺的編程語言，以及交叉編譯工具鏈的使用。關鍵字：QT；ARM；俄羅斯方塊；Socket通信。

AbstractTetris(Tetris,Ru:Тетрис)isapopularglobalTVgameandPSPgames,itconsistsoftheRussianAlexeipalmerjester’sinvention,thereforethename.Tetrisisthebasicrulesofmovement,rotation,andputthegameautomaticallyoutputvariousdiamondsmakeitintoacompleteoneormorelinesandeliminatescores.Becauseitissimple,foryoungandold,tohouseholdnames,popularintheworld.MaybeyouthinkofanygoodonlineTetris,saidyes,butallthethingsintheworldfeelveryboringthingsitcanbecomeaninterestingthings,suchaphenomenonalsoiscommon,andweplaytheinsideoftheQQgame,suchastheeliminationofthegame,thisisnotaonlinegame,too,althoughnotonline,butwhyalotofpeopleplay.Competition,nowalotofpeopletoaplaceinthegame,goodgrades,soanonlinecompetitivegameisthemostimportantthing.ForthedevelopmentofTetrisgameinadditiontocompetitive,alsotojointhehighplayability,playerscanreleaseeachotherbetweenskills,suchastoaccelerateeachother,lettheothersideeffects,suchasrotatinggame,canletapersonfeelamomentveryboringveryordinarygameintoonehighendaveryinterestinggame.ThisarticleisbasedontheARMofthedesignandimplementationsofTetrisonlinewerestudied.FirstlyexpoundsthedevelopmentbackgroundofTetrisgame,developmentpresentsituation,anddevelopmenttrend.AnalyzedthenecessityandfeasibilityofdevelopingtheTetrisonlinesoftware,Tetrissoftwaredevelopedforthedemandanalysis,systemdesign,discussestheTetrisonlinesoftwaredevelopmentmethodandrealizationtechnology.ForthisTetrisalgorithmisdescribedindetailbelow,anduseofQTcross-platformprogramminglanguageandtheuseofcrosscompilertoolchain.Keywords:QT;ARM;Tetris;Sockettransfer.論文研究背景 俄羅斯方塊游戲原本是前蘇聯(lián)科學家阿列克謝·帕基特諾夫所開發(fā)的教育用軟件，之后開始提供授權給各個游戲公司，造成各平臺上軟件大量發(fā)行的現(xiàn)象。GameBoy版的俄羅斯方塊在日本賣出424萬套，是GameBoy史上賣最好的游戲。海灣戰(zhàn)爭時，也是前線美軍最常拿消磨時間的游戲之一。由于俄羅斯方塊具有的數(shù)學性、動態(tài)性與知名度，也經(jīng)常拿來作為游戲程序設計的練習題材。俄羅斯方塊曾經(jīng)造成的轟動與造成的經(jīng)濟價值可以說是游戲史上的一件大事，它看似簡單但卻變化無窮，令人上癮。相信大多數(shù)用戶都還記得為它癡迷得茶不思飯不想的那個俄羅斯方塊時代。俄羅斯方塊上手極其簡單，但是要熟練地掌握其中的操作與擺放技巧，難度卻不低。作為家喻戶曉老少皆宜的大眾游戲，其普及程度可以說是史上任何一款游戲都無法相比的。論文研究意義 該游戲是一款基于ARM平臺的游戲，不僅在ARM平臺下運行，Linux和window下都能夠運行。所用到的技術都是和嵌入式系統(tǒng)相關。嵌入式系統(tǒng)無疑是當前最熱門最有發(fā)展前途的IT應用領域之一。嵌入式系統(tǒng)用在一些特定專用設備上，通常這些設備的硬件資源（如處理器、存儲器等）非常有限，并且對成本很敏感，有時對實時響應要求很高等。特別是隨著消費家電的智能化，嵌入式更顯重要。像我們平常常見到的手機、PDA、電子字典、可視電話、VCD/DVD/MP3Player、數(shù)字相機（DC）、數(shù)字攝像機(DV)、U-Disk、機頂盒(SetTopBox)、高清電視(HDTV)、游戲機、智能玩具、交換機、路由器、數(shù)控設備或儀表、汽車電子、家電控制系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、航天航空設備等等都是典型的嵌入式系統(tǒng)?；贏RM俄羅斯方塊聯(lián)機的系統(tǒng)設計硬件方案設計CPU處理器

-SamsungS3C2440A，主頻400MHz，最高533Mhz

SDRAM內(nèi)存

-在板64MSDRAM

-32bit數(shù)據(jù)總線

-SDRAM時鐘頻率高達100MHz

FLASH存儲

在板256MNandFlash,掉電非易失(用戶可定制256M/1G，批量采購升級為1GFlash加60元！)

在板2MNorFlash，掉電非易失，已經(jīng)安裝BIOS

LCD顯示

-板上集成4線電阻式觸摸屏接口，可以直接連接四線電阻觸摸屏

-支持黑白、4級灰度、16級灰度、256色、4096色STN液晶屏，尺寸從3.5寸到12.1寸，屏幕分辨率可

以達到1024x768象素；

-支持黑白、4級灰度、16級灰度、256色、64K色、真彩色TFT液晶屏，尺寸從3.5寸到12.1寸，屏幕

分辨率可以達到1024x768象素；

-標準配置為256K色240x320/3.5英寸TFT真彩液晶屏，帶觸摸屏；

接口和資源

-1個100M以太網(wǎng)RJ-45接口(采用DM9000網(wǎng)絡芯片)

-3個串行口

-1個USBHost

-1個USBSlaveB型接口

-1個SD卡存儲接口

-1路立體聲音頻輸出接口，一路麥克風接口；

-1個2.0mm間距10針JTAG接口

-4USERLeds

-6USERbuttons(帶引出座)

-1個PWM控制蜂鳴器

-1個可調(diào)電阻，用于AD模數(shù)轉(zhuǎn)換測試

-1個I2C總線AT24C08芯片，用于I2C總線測試

-1個2.0mm間距20pin攝像頭接口

-板載實時時鐘電池

-電源接口(5V)，帶電源開關和指示燈

系統(tǒng)時鐘源

-12M無源晶振

實時時鐘

-內(nèi)部實時時鐘（帶后備鋰電池）

擴展接口

1個34pin2.0mmGPIO接口

1個40pin2.0mm系統(tǒng)總線接口

規(guī)格尺寸

-100x100(mm)

操作系統(tǒng)支持

-Linux+QtE4.6.3+

Qtopia-2.2.0

-WindowsCE.NET6.0(R3)圖1.開發(fā)板示意圖軟件方案設計【1】客戶端模塊 客戶端用戶通過和GUI界面進行交互，向客戶端通信層發(fā)送各種請求，客戶端通信層收到請求后發(fā)向服務端，最后收到服務端的回應達到消息響應的效果。 本項目客戶端請求有：登錄、注冊、舉手、暫停、各個技能釋放、游戲結果提交、游戲退出等請求。服務端通過這些請求對應的各種協(xié)議進行回應各個請求結果，然后客戶端接收到后處理各個回應實現(xiàn)通信。 以下是客戶端模塊結構圖：圖2.客戶端模塊結構圖服務端模塊服務端，開啟端口進行監(jiān)聽，本項目端口為9527，開通監(jiān)聽后，開始監(jiān)聽客戶端登錄、注冊、舉手、暫停、各個技能釋放、游戲結果提交、游戲退出等請求，然后通過和數(shù)據(jù)庫進行交互并將回應結果發(fā)送給客戶端。以下是服務端模塊結構圖：圖3.服務端模塊結構圖數(shù)據(jù)庫設計由于涉及信息存儲不是很多，所以數(shù)據(jù)庫設計這方面只建立了一個表。表結構如下：表1.序號字段名字段類型說明備注1accountvarchar賬號主鍵2usernamevarchar用戶名3passwordvarchar密碼4winvarchar總贏數(shù)5losevarchar總輸數(shù)6gradevarchar歷史最高分7statusvarchar在線狀態(tài)1在線，0不在線8roomvarchar所在房間不在房間時為9999整體模塊動作時序圖4.時序圖基于ARM俄羅斯方塊聯(lián)機的實現(xiàn)技術QT圖形界面編程的信號與槽【5】信號與槽是一種高級接口，應用于對象之間的通信，它是QT的核心特性。信號和槽能攜帶任意數(shù)量和任意類型的參數(shù)。我們可以將很多信號與單個的槽進行連接，也可以將單個的信號與很多的槽進行連接。使用信號與槽，發(fā)送者和接收者可以不用知道object的任何信息。 在此次畢業(yè)設計中，主要應用信號與槽，進行不同窗體之間的通信，實現(xiàn)了重畫機制以及在不同窗口中處理從通信模塊發(fā)過來的請求數(shù)據(jù)。Socket通信【6】（1）、Socket通常也稱作“套接字”，應用程序通常通過“套接字”以下是TCP通信的三次握手示意圖：向網(wǎng)絡發(fā)出請求或者應答網(wǎng)絡請求。根據(jù)連接啟動的方式以及本地套接字要連接的目標，套接字之間的連接過程可以分為三個步驟：服務監(jiān)聽，客戶端請求，連接確認。圖5.TCP三次握手示意圖 （2）、QT中提供的Socket完全使用了類的封裝機制，使用戶不需要接觸底層的各種結構體操作。而且它采用QT本身的信號與槽機制，使編寫的程序更容易理解。（3）、Socket和QTcpServer類實現(xiàn)了本次圍棋聯(lián)機軟件的客戶端和服務器。TCP是一個流式協(xié)議，對于應用程序來說，數(shù)據(jù)是一個很長的流。QTcpSocket繼承自QIODevice，可以從QDataStream或QTextStream中讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)，在此次畢業(yè)設計，用的是從QDataStream讀取和寫入數(shù)據(jù)。多線程編程【3】【4】【6】 多線程處理可以同時、運行多個線程。由于多線程應用程序?qū)⒊绦騽澐殖啥鄠€獨立的任務，因此可以在以下方面顯著提高性能：多線程技術使程序的響應速率更快，因為用戶界面可以在進行其它工作的同時一直處于活動狀態(tài)；當前沒有進行處理的任務時可以將處理器事件讓給其它任務；占用大量處理時間的任務可以定期將處理器時間讓給其它任務；可以隨時停止任務；可以分別設置各個任務的優(yōu)先級以優(yōu)化性能QT通過三種形式提供了對線程的支持，使得開發(fā)輕巧的多線程QT程序更為容易，并能充分利用多處理器及其的優(yōu)勢。它們分別：平臺無關的線程類線程安全的事件投遞跨線程的信號—槽連接Sqlite數(shù)據(jù)庫編程【2】 SQLite是遵守ACID的關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它包含在一個相對小的C庫中。它是D.RichardHipp創(chuàng)建的公有領域項目。不像常見的客戶端/服務器結構范例，SQLite引擎不是個程序與之通信的獨立進程，而是連接到程序中成為它的一個主要部分。所以主要的通信協(xié)議是在編程語言內(nèi)的直接API調(diào)用。這在消耗總量、延遲時間和整體簡單性上有積極的作用。整個數(shù)據(jù)庫（定義、表、索引和數(shù)據(jù)本身）都在宿主主機上存儲在一個單一的文件中。它的簡單的設計是通過在開始一個事務的時候鎖定整個數(shù)據(jù)文件而完成的。俄羅斯方塊算法實現(xiàn)技術【7】游戲map區(qū)域： 圖形背景采用藍色背景，20行*10列，用一個指針數(shù)組存儲游戲下一個圖形提示區(qū)域： 4行*4列，也用一個指針數(shù)組存儲方塊種類： 一共七種：分別以S、Z、L、J、I、O、T這7個字母的形狀來命名 I：一次最多消除四層 J（左右）：最多消除三層，或消除二層 L：最多消除三層，或消除二層 O：消除一至二層 S（左右）：最多二層，容易造成孔洞 Z（左右）：最多二層，容易造成孔洞 T：最多二層方塊顏色設置： 每個種類方塊的數(shù)組里面的數(shù)分別代表某種顏色,如下方塊的定義unsignedcharSquareShape[4*4]={ 0,0,0,0, 0,1,1,0, 0,1,1,0, 0,0,0,0};該定義為田字形方塊，1是顏色值的代表，其他方塊值分別定義為11,21,31,41,51,61，然后通過switch選擇哪種顏色。方塊旋轉(zhuǎn)算法：旋轉(zhuǎn)是在上圖矩陣中進行旋轉(zhuǎn)的，因為旋轉(zhuǎn)角度是90度，所以可以通過對稱變換進行旋轉(zhuǎn)。算法代碼如下：for(inti=0;i<4;i++){ for(intj=0;j<4;j++) { *(pszTmp+(3-j)*4+i)=*(pszShape+i*4+j);//rotate90angle }}圖6.方塊旋轉(zhuǎn)流程圖方塊碰撞算法：碰撞檢測通過當前方塊矩陣與map區(qū)域的指針數(shù)組進行按位與操作，如果為0則沒有碰撞，否則產(chǎn)生碰撞。圖7.碰撞檢測游戲結束判斷：如果方塊一出來就發(fā)生碰撞就說明游戲結束了。移植技術【8】所有功能及算法都實現(xiàn)后，在PC端都能夠正確編譯并執(zhí)行，但本項目最主要的是能夠在mini2440開發(fā)板上運行，所以要進行交叉編譯。交叉編譯過程大致如下：1.安裝標準的C開發(fā)環(huán)境，由于Linux安裝默認是不安裝的，所以需要先安裝一下（如果已經(jīng)安裝好的話，就可以免去這一步了）：#sudoapt-getinstallgccg++libgcc1libg++makegdb2.下載arm-linux-gcc-3.4.1.tar.bz2arm-linux-gcc-3.4.1.tar.bz2的下載地址如下：/download/projects/toolchain/arm-linux-gcc-3.4.1.tar.bz23.解壓arm-linux-gcc-3.4.1.tar.bz2#tar–jxvfarm-linux-gcc-3.4.1.tar.bz2解壓過程需要一段時間，解壓后的文件形成了usr/local/文件夾，進入該文件夾，將arm文件夾拷貝到/usr/local/下#cdusr/local/#cp-rvarm/usr/local/現(xiàn)在交叉編譯程序集都在/usr/local/arm/3.4.1/bin下面了4. 修改環(huán)境變量，把交叉編譯器的路徑加入到PATH。(有三種方法，強烈推薦使用方法一) 方法一：修改/etc/bash.bashrc文件#vim/etc/bash.bashrc在最后加上：exportPATH＝$PATH:/usr/local/arm/3.4.1/binexportPATH方法二：修改/etc/profile文件： #vim/etc/profile增加路徑設置，在末尾添加如下,保存/etc/profile文件：exportPATH＝$PATH:/usr/local/arm/3.4.1/bin方法三：#exportPATH＝$PATH:/usr/local/arm/3.4.1/bin注：(這只能在當前的終端下才是有效的！)5.立即使新的環(huán)境變量生效，不用重啟電腦：對應方法一：#source/root/.bashrc對應方法二：#source/etc/profile6.檢查是否將路徑加入到PATH：#echo$PATH 顯示的內(nèi)容中有/usr/local/arm/bin，說明已經(jīng)將交叉編譯器的路徑加入PATH。至此，交叉編譯環(huán)境安裝完成。7.測試是否安裝成功#arm-linux-gcc-v結論 該項目通過基于Socket通信，多線程編程，以及QT圖形界面化編程，SQLITE數(shù)據(jù)庫編程，實現(xiàn)了多人間的互相通信功能。 本論文在也是通過在韓海峰老師以及苗利老師的指導幫助下進行完成，在該項目開發(fā)階段也遇到過不少問題，問題肯定是會有的，最重要的是碰到一個問題，該怎么去解決這個問題，我平時大多數(shù)通過谷歌搜索答案，雖然是答案，但不能一味的照搬，要