基于FPGA 的貪吃蛇游戲設計與實現

李 營，呂兆承，陳 帥，權循忠

當前硬件游戲對功能的要求越來越復雜，傳統硬件游戲系統易被盜版且功能不易拓展，已經難以適應市場對硬件設計的要求.可編程邏輯器件FPGA 具有高速并行計算、可編程、易拓展等優點，在智能家居等方面得到廣泛地應用［1-3］，若采用帶有加密功能的FPGA 芯片實現游戲機平臺設計，可避免軟件游戲易受到黑客攻擊的問題，且功能易拓展.鑒于此，本文根據PS2 鍵盤原理和VGA 時序顯示原理，利用層次化建模思想設計硬件貪吃蛇游戲系統.

1 貪吃蛇游戲系統工作原理

1.1 游戲設計思路

本系統選用Altera 公司的鋯石Cyclone IV系列EP4C6E10F17C8 開發板設計實現貪吃蛇游戲［4］，系統由PS2 鍵盤接口、VGA 接口、FPGA芯片等構成.設計時將PS2 鍵盤與系統的PS2接口連接，將VGA 接口連接到一臺顯示器.顯示器上有一自動移動的“蛇”，通過PS2 鍵盤的W、S、A、D 鍵實現“蛇”相應上、下、左、右方向改變.“蛇”在顯示器一定范圍內運動，若碰到VGA 顯示器的邊緣或者“蛇”的身體，則游戲結束.每當“蛇”吃到一只青蛙則VGA 屏幕有效區域會隨機出現一只“青蛙”，且此時得分加1，分值在數碼管顯示.最終以FPGA 芯片為核心控制器，完成簡單的硬件貪吃蛇游戲.

1.2 VGA 顯示原理

設計中VGA 顯示及時序信號控制應遵循VGA 工業標準，文中采用的640*480@60 Hz 通信時序，其原理在文獻［5］中已詳述，此處不再敘述，對應的行周期為31.75 ns，場周期為16.6 ms.

1.3 PS2 協議與通信原理

PS2 是一種應用于鼠標和鍵盤的遵循雙向同步串行協議［6］.文章使用PS2 接口鍵盤發送數據到FPGA，故主要分析PS2 鍵盤原理.PS2 鍵盤……