嵌入式課程設(shè)計(jì)--基于嵌入式系統(tǒng)的開源游戲模擬器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　題目：　基于嵌入式系統(tǒng)的開源游戲模擬器的設(shè)計(jì)　</p><p>　　20 12– 2013 第1學(xué)期</p><p>　　院　　系：　　電子通信工程系　　　</p><p>　　姓　　名：　　　 　　　　 　</p><p>　　?！　I(yè)：　

2、　 　　　</p><p>　　學(xué)　　號(hào)：　　　 　　　 　</p><p>　　指導(dǎo)老師：　　 　 　</p><p><b>　　電子通信工程系</b></p><p><b>　　2012年11月制</b></p>

3、;<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　目 錄- 2 -</p><p>　　一、引言- 3 -</p><p>　　二、設(shè)計(jì)目的- 3 -</p><p>　　三、設(shè)計(jì)要求- 3 -</p><p>　　1.任務(wù)要求- 3 -</p

4、><p>　　2.設(shè)計(jì)所需的軟硬件設(shè)備- 3 -</p><p>　　3.課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容- 4 -</p><p>　　四、總體設(shè)計(jì)- 4 -</p><p>　　1.Visual Boy Advance模擬器簡(jiǎn)介- 4 -</p><p>　　2.安裝交叉編譯工具- 4 -</p>&

5、lt;p>　　3.ZLIB數(shù)據(jù)壓縮庫的安裝、編譯- 5 -</p><p>　　4.編譯、安裝Libpng圖像庫- 6 -</p><p>　　5.SDL多媒體函數(shù)庫- 6 -</p><p>　　6.編譯與安裝VBA模擬器- 7 -</p><p>　　7.VisualBoyAdvance的調(diào)試與運(yùn)行- 9 -&l

6、t;/p><p>　　五、總結(jié)- 9 -</p><p>　　六、參考文獻(xiàn)- 10 -</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　隨著微處理器性能的提升，現(xiàn)在的微處理器已經(jīng)可以支撐游戲模擬器的運(yùn)行，用戶可以選擇在非PC平臺(tái)下操作街機(jī)游戲以及20世紀(jì)90年代需要PC才能運(yùn)行的游戲節(jié)目，這無疑提升了游

7、戲硬件平臺(tái)的移動(dòng)性。電子游戲業(yè)將是這一技術(shù)的最大收益者。目前，在一個(gè)配有LCD圖形界面和32位ARM微處理器的移動(dòng)平臺(tái)上，甚至可以實(shí)現(xiàn)最早出現(xiàn)在PC上的3D游戲，本文介紹利用ARM嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)（內(nèi)置S3C2410A核心微處理器），將開源游戲模擬器Visual Boy Advance（VBA）的代碼移植到微處理器上的方法。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的</b></p>

8、<p>　　了解嵌入式微處理器的運(yùn)算能力，進(jìn)一步熟悉ARM S3C2410微處理器在多媒體娛樂平臺(tái)中的應(yīng)用。該設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在一個(gè)配有LCD圖形界面和32位ARM微處理器的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)（內(nèi)置S3C2410A核心微處理器）上，將開源游戲模擬器Visual Boy Advance（VBA）的代碼移植到微處理器上運(yùn)行。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過程中，熟悉Linux系統(tǒng)中常用的壓縮解縮工具包、圖形工具包、多

9、媒體函數(shù)庫等的使用方法，從而為基于嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)的多媒體開發(fā)任務(wù)打下更深厚的應(yīng)用實(shí)踐基礎(chǔ)。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b>　　任務(wù)要求</b></p><p>　　要求能獨(dú)立地分析題目意義、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)步驟、畫出硬件原理圖及軟件流程圖、調(diào)試驅(qū)動(dòng)模塊。</p><p&g

10、t;　　該設(shè)計(jì)的具體要求如下：</p><p>　?。?）掌握ZLIB數(shù)據(jù)壓縮庫的功能以及編譯與安裝方法。</p><p>　?。?）掌握libpng圖像庫的功能以及編譯與安裝方法。</p><p>　?。?）掌握SDL多媒體函數(shù)庫的功能以及編譯與安裝方法。</p><p>　?。?）掌握開源模擬器VBA的編譯與安裝方法。</p>

11、<p>　　（5）掌握開源模擬器VBA的調(diào)試與運(yùn)行。</p><p>　?。?）理解VBA程序的設(shè)計(jì)（選做）。</p><p>　　設(shè)計(jì)所需的軟硬件設(shè)備</p><p><b>　?。?）硬件環(huán)境配置</b></p><p>　　計(jì)算機(jī)：Intel(R) Pentium(R) 及以上</p>

12、<p><b>　　內(nèi)存：1GB及以上</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)設(shè)備：UP-NETARM2410-S嵌入式開發(fā)平臺(tái)</p><p><b>　?。?）軟件環(huán)境配置</b></p><p>　　操作系統(tǒng)：Microsoft Windows XP Professional Service Pack 2<

13、/p><p>　　虛擬機(jī)：VMware WorkStation 7</p><p>　　Linux系統(tǒng)：Red Hat Enterprise Linux AS 4 (2.6.9-5.EL)</p><p>　　嵌入式交叉編譯器：arm-linux-gcc 3.4.1版本</p><p>　　ZLIB數(shù)據(jù)壓縮庫：ZLIB-1.2.3</p&g

14、t;<p>　　Libpng圖像庫：Libpng-1.4.0</p><p>　　SDL多媒體函數(shù)庫:sdl-1.2.13</p><p>　　VBA模擬器：VisualBoyAdvance-src-1.7.2</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容</b></p><p>　　按該設(shè)計(jì)報(bào)告要求的模式

15、格式提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。</p><p><b>　　總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　Visual Boy Advance模擬器簡(jiǎn)介</p><p>　　開源游戲模擬器VBA是一個(gè)根據(jù)GUN General Public License發(fā)布的免費(fèi)軟件。VBA能夠在不同的硬件平臺(tái)上模擬Nintendo公司發(fā)行的手提游戲機(jī)，包括Game Bo

16、y、Super Game Boy、Game Boy Color、Game Boy Advance以及Game Boy Advance ROMS。</p><p><b>　　安裝交叉編譯工具</b></p><p>　　交叉開發(fā)方式解決了目標(biāo)硬件資源有限，無法在本機(jī)運(yùn)行編譯和調(diào)試工具的問題，并且還得使開發(fā)者可以在熟悉的宿主機(jī)環(huán)境下進(jìn)行程序開發(fā)，對(duì)于ARM嵌入式系統(tǒng)的開

17、發(fā)，需要安裝交叉版本的GCC工具包來搭建嵌入式交叉編譯環(huán)境，在此，使用arm-linux-gcc-3.4.1.tgz軟件包。</p><p>　　下載arm-linux-gcc-3.4.1.tgz軟件壓縮包，將其存放在Linux系統(tǒng)中的/tmp目錄下，然后進(jìn)入/tmp目錄，執(zhí)行如下命令進(jìn)行文件解壓縮：</p><p>　　[root@localhost ~]# cd /tmp</p&

18、gt;<p>　　[root@localhost tmp]# tar -xzvf arm-linux-gcc-3.4.1.tgz -C /</p><p>　　運(yùn)行上述命令后把a(bǔ)rm-linux-gcc安裝到/usr/local/arm/3.4.1目錄。</p><p>　　運(yùn)行下面命令修改/root/.bashrc文件的內(nèi)容：</p><p>　　[

19、root@localhost ~]# vi /root/.bashrc 編輯/root/.bashrc文件，將最后一行改為如圖1劃線標(biāo)示所示，修改后保存退出。</p><p>　　圖1 修改/root/.bashrc文件的內(nèi)容</p><p>　　重新登錄系統(tǒng)，使上述設(shè)置生效，用以下命令行測(cè)試：</p><p>　　[root@localhost ~]# arm-

20、linux-gcc –v</p><p>　　若出現(xiàn)如圖2所示gcc version 3.4.1則說明交叉編譯環(huán)境已經(jīng)安裝完畢且3.4.1版本的交叉編譯環(huán)境可以正常運(yùn)行了。</p><p>　　圖2 交叉編譯工具的版本信息</p><p>　　ZLIB數(shù)據(jù)壓縮庫的安裝、編譯</p><p>　　ZLIB是一個(gè)免費(fèi)、通用的開源代碼，提供數(shù)據(jù)的壓

21、縮與解壓縮開發(fā)庫，而且還支持跨平臺(tái)的應(yīng)用。ZLIB具有同winzip和winrar等商業(yè)軟件相比毫不遜色的壓縮率，已經(jīng)成功應(yīng)用到諸如MySQL、Java、3DMax、甚至是微軟的DirectX等大型的系統(tǒng)中。</p><p>　　ZLIB雖然支持文件的壓縮、解壓縮、刪除與查看等功能，但主要是對(duì)Linux/Unix下的GZ文件進(jìn)行相應(yīng)的操作，對(duì)于Windows系統(tǒng)下的ZIP文件并不提供直接的支持，這里使用ZLIB的

22、版本是1.3.2。</p><p>　　在命令終端窗口中，切換路徑到/home/ilovechina/GBA/下，解壓縮zlib-1.2.3.tar.gz軟件包，運(yùn)行下面的命令：</p><p>　　[root@localhost ~]# cd /home/ilovechina/GBA/</p><p>　　[root@localhost GBA]# tar -xz

23、vf zlib-1.2.3.tar.gz</p><p>　　在zlib-1.2.3目錄中，運(yùn)行如下的配置命令，可以得到Makefile文件：</p><p>　　[root@localhost GBA]# cd zlib-1.2.3</p><p>　　[root@localhost zlib-1.2.3]# ./configure </p><

24、;p>　　--prefix=/usr/local/arm/3.4.1/arm-linux</p><p>　　使用編輯器修改產(chǎn)生的Makefile文件，從而達(dá)到能夠利用交叉編譯工具對(duì)zlib的源代碼進(jìn)行編譯與安裝，修改參數(shù)如下：</p><p>　　第19行修改為：CC=arm-linux-gcc</p><p>　　第36行修改為：AR=arm-linux-

25、ar rc</p><p>　　第37行修改為：RANLIB=arm-linux-ranlib</p><p>　　在前面的步驟中已經(jīng)將預(yù)先處理的各項(xiàng)都進(jìn)行了設(shè)置，現(xiàn)在可以運(yùn)行下列命令開始編譯、安裝zlib軟件包：</p><p>　　[root@localhost zlib-1.2.3]# make;make install </p><p&g

26、t;　　編譯、安裝Libpng圖像庫</p><p>　　Libpng提供多種應(yīng)用程序解析PNG格式圖像時(shí)使用的開發(fā)庫，該軟件包含png庫和libpng-configlib文件，其中，PNG庫是用來創(chuàng)立和操作PNG格式的圖像文件。PNG格式是設(shè)計(jì)來替代的GIF的，PNG對(duì)于更小范圍的TIFF來說，有了非常多的進(jìn)步和拓展。libpng-configlib文件為libpng提供了設(shè)置信息。</p>&l

27、t;p>　　解壓縮libpng-1.4.0.tar.gz軟件包，在命令終端窗口切換路徑到/home/ilovechina/GBA/下，運(yùn)行的命令如下：</p><p>　　[root@localhost zlib-1.2.3]# cd ..</p><p>　　[root@localhost GBA]# tar -xzvf libpng-1.4.0.tar.gz</p>

28、<p>　　在libpng-1.4.0目錄中，運(yùn)行如下配置命令，可以得到Makefile文件：</p><p>　　[root@localhost GBA]# cd libpng-1.4.0</p><p>　　[root@localhostlibpng-1.4.0]# </p><p>　　export LDFLAGS=-L/usr/arm/3.4

29、.1/arm-linux/lib</p><p>　　[root@localhostlibpng-1.4.0]# </p><p>　　export CFLAGS=-I/usr/local/arm/3.4.1/arm-linux/include</p><p>　　[root@localhost libpng-1.4.0]# ./configure</p&g

30、t;<p>　　--prefix=/usr/local/arm/3.4.1/arm-linux</p><p>　　--host=arm-linux</p><p>　　Makefile文件生成之后，在前面預(yù)先處理的各項(xiàng)的相應(yīng)設(shè)置后，下面就可以編譯安裝libpng軟件包了，所需要運(yùn)行的命令如下：</p><p>　　[root@localhost zl

31、ib-1.2.3]# make;make install</p><p><b>　　SDL多媒體函數(shù)庫</b></p><p>　　SDL（Simple DirectMedia Layer）現(xiàn)在廣泛應(yīng)用與游戲、游戲SDK、模擬器、MPEG播放器和其他眾多的軟件設(shè)計(jì)領(lǐng)域。特別是，SDL在游戲開發(fā)領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可，許多著名的游戲都用到了SDL開發(fā)包。SDL是一個(gè)

32、跨平臺(tái)的多媒體函數(shù)庫，支持對(duì)底層的音頻，鼠標(biāo)，鍵盤，游戲桿，基于OPENGL的3D硬件以及2D圖像幀緩沖區(qū)的訪問。另外，SDL幾乎支持現(xiàn)在所有的平臺(tái)：Linux、Windows、WindowsCE、BeOS、MacOS、Mac OS X、FreeBSD、NetBSD、OpenBSD、BSD/OS、Solaris、IRIX以及QNX等。</p><p>　　SDL在音頻處理、視頻處理、事件響應(yīng)、線程管理、數(shù)據(jù)流處理

33、、定時(shí)器等方面都有比較突出的功能。</p><p>　　在終端命令窗口中，切換到/home/ilovechina/GBA/路徑下，解壓縮SDL-1.2.13.tar.gz軟件包，運(yùn)行如下命令：</p><p>　　[root@localhost libpng-1.4.0]# cd ..</p><p>　　[root@localhost GBA]# tar –xzv

34、f SDL-1.2.13.tar.gz得到SDL-1.2.13文件夾；</p><p>　　在生成的SDL-1.2.13目錄中，運(yùn)行如下配置命令，就可以得到Makefile文件：</p><p>　　[root@localhost GBA]# cd SDL-1.2.13</p><p>　　[root@localhost SDL-1.2.13]# ./config

35、ure </p><p>　　--prefix=/usr/local/arm/3.4.1/arm-linux --disable-video-qtopia --disable-video-dummy --disable-video-fbcon --disable-video-dga --disable-arts --disable-esd --disable-alsa --disable-cdrom</p&

36、gt;<p>　　--disable-video-x11 --disable-nasm --target=arm-linux --host=arm-linux</p><p>　　--enable-video-fbcon</p><p>　　在前面的步驟中已經(jīng)將需要預(yù)處理的各項(xiàng)都進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)置處理，現(xiàn)在可以編譯、安裝SDL軟件包了，運(yùn)行如下命令即可：</p>

37、<p>　　[root@localhost SDL-1.2.13]# make；make install</p><p>　　編譯與安裝VBA模擬器</p><p>　　切換路徑到/home/ilovechina/GBA/目錄下，開始運(yùn)行如下命令解壓縮游戲模擬器VisualBoyAdvance-src-1.7.2.tar.gz軟件包：</p><p>　　

38、[root@localhost SDL-1.2.13]# cd ..</p><p>　　[root@localhost GBA]# tar –xzvf VisualBoyAdvance-1.7.2.tar.gz</p><p>　　這樣在/home/ilovechina/GBA/下得到VisualBoyAdvance-1.7.2文件夾。</p><p>　　Vis

39、ualBoyAdvance-1.7.2目錄下，運(yùn)行如下配置命令，可以得到Makefile文件：</p><p>　　[root@localhost GBA]# cd VisualBoyAdvance-1.7.2</p><p>　　[root@localhost VisualBoyAdvance-1.7.2]# ./configure --host=arm-linux</p>

40、<p>　　--target=arm-linux</p><p>　　--with-sdl-prefix=/usr/local/arm/3.4.1/arm-linux</p><p>　　--with-sdl-exec-prefix=/usr/local/arm/3.4.1/arm-linux</p><p>　　在/home/ilovechina/GB

41、A/VisualBoyAdvance-1.7.2/src/sdl/SDL.cpp文件中分別從第2323行、第3381行開始，有如下的相同代碼：</p><p>　　surface = SDL_SetVideoMode(destWidth, destHeight, 16,</p><p>　　SDL_ANYFORMAT|SDL_HWSURFACE|SDL_DOUBLEBUF|</p&g

42、t;<p>　　(fullscreen ? SDL_FULLSCREEN : 0));</p><p>　　將其修改為surface = SDL_SetVideoMode（640,480,16,1），其中640*480表示LCD的分辨率，如果不修改這段代碼，在ARM9開發(fā)板上運(yùn)行VBA時(shí)將可能會(huì)提示video模式無法設(shè)置，也可能出現(xiàn)屏幕不正常顯示的情況。</p><p>　　

43、保存上述修改，并退出對(duì)SDL.cpp文件的編輯。</p><p>　　在前面的步驟中已經(jīng)將需要的預(yù)處理的各項(xiàng)都進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)置，現(xiàn)在可以開始編譯、安裝VisualBoyAdvance軟件包了，運(yùn)行如下命令：</p><p>　　[root@localhost VisualBoyAdvance-1.7.2]# make；make install</p><p>　　在

44、編譯、安裝VisualBoyAdvance軟件包之后，可以在VisualBoyAdvance-1.7.2/src/sdl/目錄下看到在arm平臺(tái)運(yùn)行的兩個(gè)文件：TestEmu，VisualBoyAdvance，如圖3所示，</p><p>　　圖3 編譯得到的VisualBoyAdvance文件</p><p>　　另外，在其上一級(jí)目錄下有一個(gè)VisualBoyAdvance.cfg配置文

45、件，如圖4所示</p><p>　　圖4 VisualBoyAdvance.cfg配置文件</p><p>　　VisualBoyAdvance的調(diào)試與運(yùn)行</p><p>　　首先，將TestEmu、VisualBoyAdvance及VisualBoyAdvance.cfg這3個(gè)文件同時(shí)下載到ARM9開發(fā)板根文件系統(tǒng)的/home/ziapc/目錄下，然后編寫或下載

46、一個(gè)GBA游戲，同樣下載到開發(fā)板的根文件系統(tǒng)的/home/ziapc/目錄下；</p><p>　　接著添加vba-over.ini文件，將其下載到開發(fā)板中根文件系統(tǒng)的/home/ziapc/目錄內(nèi)，再次運(yùn)行模擬器程序，注意開發(fā)板網(wǎng)串口中斷上輸出的信息；</p><p>　　上一步提示VBA運(yùn)行時(shí)缺少libSDL-1.2.so.0共享庫文件，該文件是一個(gè)指向libSDL-1.2.so.01

47、1.2共享庫文件的鏈接文件，它們都位于/usr/local/arm/3.4.1/arm-linux/lib目錄下，將它們下載到開發(fā)板根文件系統(tǒng)中的/home/ziapc/目錄里；</p><p>　　最后，再次在ARM9開發(fā)板上運(yùn)行VBA游戲模擬器即可運(yùn)行起來。在LCD顯示屏上出現(xiàn)游戲畫面。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p&

48、gt;　　課程設(shè)計(jì)中還是學(xué)到了不少東西的。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，需要用到arm-linux-gcc-3.4.1版本的嵌入式交叉編譯環(huán)境，ZLIB數(shù)據(jù)壓縮庫、libpng圖像庫、SDL多媒體函數(shù)庫以及主要的VisualBoyAdvance-src-1.7.2開源代碼包，上述軟件包有一定的版本匹配關(guān)系，交叉編譯環(huán)境必須使用3.4.1版本的交叉編譯器，且不能與3.4.4版本的同時(shí)運(yùn)行，在開始安裝VBA模擬器之前一定要確認(rèn)版本是否正確。下面列出在設(shè)

49、計(jì)過程中遇到的問題：</p><p>　　由于虛擬機(jī)中的Linux系統(tǒng)之前已經(jīng)配置了3.4.4版本的交叉編譯環(huán)境，在上機(jī)做課程設(shè)計(jì)時(shí)，要?jiǎng)h除其配置環(huán)境，具體做法：刪除/usr/local/bin/目錄下的所有文件，再次參照上述步驟配置交叉編譯環(huán)境；</p><p>　　進(jìn)行過ZLIB數(shù)據(jù)壓縮庫，libpng圖像庫，SDL多媒體函數(shù)庫之后，在編譯與安裝VBA模擬器時(shí)，按照書中配置命令無法生成

50、Makefile文件，需要按照：</p><p>　　[root@localhost VisualBoyAdvance-1.7.2]# ./configure --host=arm-linux</p><p>　　--target=arm-linux</p><p>　　--with-sdl-prefix=/usr/local/arm/3.4.1/arm-linux

51、</p><p>　　--with-sdl-exec-prefix=/usr/local/arm/3.4.1/arm-linux</p><p>　　命令，使運(yùn)行過程能夠找到SDL配置文件，另外，編譯過程可能不能找到SDL.h文件，需要在SDL.cpp文件中修改SDL.h的絕對(duì)路徑；</p><p>　　編譯、安裝VBA軟件包過程較長(zhǎng)，在命令終端中有長(zhǎng)時(shí)間的停頓，這

52、是正常情況，直至生成所需要的三個(gè)目標(biāo)文件。</p><p>　　通過嵌入式實(shí)驗(yàn)和游戲模擬器的設(shè)計(jì)，我更深刻地認(rèn)識(shí)了Linux操作系統(tǒng)在嵌入式設(shè)計(jì)方面的強(qiáng)大功能，初步認(rèn)識(shí)了嵌入式在人們?nèi)粘蕵飞钪械淖饔?，這些都是最基礎(chǔ)的內(nèi)容，之后還有更為深入的內(nèi)容要學(xué)習(xí)，例如嵌入式Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)、用戶圖形界面的設(shè)計(jì)等高深知識(shí)。過程的實(shí)際操作發(fā)現(xiàn)了很多問題，這是平時(shí)理論學(xué)習(xí)無法遇到的，大家共同努力去克服和解決，獲益匪