基于FPGA的M2M異構(gòu)虛擬化系統(tǒng)(三)

因?yàn)?086混合8位和16位寄存器，所以經(jīng)常需要將8位寄存器移出至臨時(shí)寄存器，運(yùn)算完以后再從臨時(shí)寄存器移入8086寄存器。這些操作比較頻繁，可以將其封裝成函數(shù)。

　　指令的操作碼決定了進(jìn)行何種運(yùn)算，指令還具有各種操作數(shù)。每條指令一般都有多種操作數(shù)類型。常見的8086指令類型如下。

　　

 

　　圖 40 常見8086指令類型

　　以加法指令add為例。

　　add reg, reg類型。根據(jù)reg位寬不一樣，可分成五類：16位的一種，低8位跟高8位兩兩組合形成四種。

　　其余類型都是在reg，reg類型的基礎(chǔ)上。遇到reg，mem類型，先計(jì)算出內(nèi)存地址，再取出內(nèi)存內(nèi)容將其載入到輔助寄存器，接下來就是reg，reg類型的操作。mem，reg與reg，mem類似，只是運(yùn)算方向相反，最后要將結(jié)果從寄存器寫回內(nèi)存。遇到立即數(shù)類型，則是將立即數(shù)載入寄存器再做運(yùn)算。

　　4.2.11.代碼執(zhí)行及轉(zhuǎn)移分發(fā)器

　　當(dāng)一個(gè)基本塊翻譯完以后，經(jīng)上下文切換后，由MIPS環(huán)境轉(zhuǎn)入8086環(huán)境，開始執(zhí)行已翻譯的代碼塊。當(dāng)執(zhí)行至代碼塊末尾時(shí)，遇到跳轉(zhuǎn)指令，然后轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)移分發(fā)器進(jìn)行處理。轉(zhuǎn)移分發(fā)器計(jì)算跳轉(zhuǎn)目標(biāo)地址(8086)，以此地址在跳轉(zhuǎn)緩存中尋找對應(yīng)的MIPS地址。如果找到了，說明跳轉(zhuǎn)目標(biāo)是已翻譯過的，那么繼續(xù)跳過去執(zhí)行。如果沒找到，說明目標(biāo)塊還沒有翻譯，那么先執(zhí)行翻譯過程，再執(zhí)行翻譯塊。

　　4.3.系統(tǒng)庫及應(yīng)用程序詳細(xì)設(shè)計(jì)方案

　　4.3.1.系統(tǒng)可用資源及其分配

　　系統(tǒng)可用內(nèi)存空間有1MB的空間。內(nèi)存地址空間的分配如下圖：

　　

 

　　圖 46 內(nèi)存分配(1M)

　　系統(tǒng)通過wishbone開源總線，與virtex-5硬件開發(fā)板自帶的鍵盤、鼠標(biāo)和串口等外設(shè)互聯(lián)。鍵盤的硬件接口是PS/2標(biāo)準(zhǔn)，virtex-5支持16位色液晶顯示器，串口用來與其他電腦主機(jī)連接，進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳輸。

端口類型	端口地址
rs232數(shù)據(jù)端口	20000000H
rs232忙位檢測	20000004H
vga顯示基址	50000000H
led	70000000H
鍵盤	90000000H

表 1 系統(tǒng)常用端口及其地址

　　系統(tǒng)庫函數(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)最初只支持MIPS匯編語言。用MIPS匯編語言開發(fā)出俄羅斯方塊游戲。這個(gè)應(yīng)用程序，不僅幫助找出了硬件系統(tǒng)存在的一些bug，如流水線CPU中存在的數(shù)據(jù)相關(guān)和控制相關(guān)問題，指令集的功能問題，而且還驗(yàn)證了硬件系統(tǒng)與RS232串口之間的數(shù)據(jù)傳輸功能的正確性，以及鍵盤接口和顯示器接口的正確性和易用性。

　　系統(tǒng)宏定義和端口常量

　　系統(tǒng)的內(nèi)存和外設(shè)的地址空間是連續(xù)分配的。為了提高開發(fā)應(yīng)用程序的過程中的設(shè)備無關(guān)性和應(yīng)用程序的通用性，我們把各個(gè)端口定義為常量，供系統(tǒng)庫和應(yīng)用程序參考使用。

　　unsigned int* text_base = (int *)0x000C0000;

　　unsigned int* graphics_base = (int *)0x50000000; //VGA 端口

　　unsigned int* ps2_base = (int *)0x90000000; //ps2鍵盤 端口

　　unsigned int* rs232_base = (int *)0xFFFFE000;

　　unsigned int* rs232_busy = (int *)0xFFFFF000;

　　unsigned int* font_base = (int *)0x000C12C0; //字庫 端口

　　表 2 系統(tǒng)端口常量定義

　　系統(tǒng)的顯示器支持16位色，即R5G5B6。為了保持應(yīng)用程序開發(fā)的一致性，我們定義了一些供應(yīng)用程序使用的顏色常量。

　　#define COLOR_WHITE 0xFFFF

　　#define COLOR_BLACK 0x0000

　　#define COLOR_RED 0xF800

　　#define COLOR_GREEN 0x07E0

　　#define COLOR_BLUE 0x001F

　　#define COLOR_BROWN 0xFC00

　　#define COLOR_PURPLE 0x9009

　　#define COLOR_YELLOW 0xFFE0

　　#define COLOR_PINK 0xF81F

　　圖表 3 系統(tǒng)常用顏色常量定義

　　鍵盤接口函數(shù)

　　checkkey函數(shù)

　　原型：int checkkey();

　　功能：檢查鍵盤是否有按鍵被按下

　　說明：有鍵被按下返回 1，否則返回 0

　　checkandgetkey函數(shù)

　　原型：int checkandgetkey(int* key);

　　功能：檢查鍵盤是否有按鍵被按下，并得到按鍵的ASCII碼

　　說明：有鍵被按下返回 1，按鍵的ASCII由指針 key 保存;否則返回 0

　　getchar函數(shù)

　　原型：int getchar();

　　功能：讀鍵

　　說明：從鍵盤上讀取一個(gè)鍵，并返回該鍵的鍵值

　　顯示器接口函數(shù)

　　putpixel函數(shù)

　　原型：void putpixel(int x, int y, int color);

　　功能：在屏幕的指定位置上畫點(diǎn)

　　說明: (x,y)為屏幕上點(diǎn)坐標(biāo)，指定顏色 color

　　getpixel函數(shù)

　　原型：int getpixel(int x, int y);

　　功能：返回屏幕上指定點(diǎn)的狀態(tài)

　　說明：(x,y)為屏幕上點(diǎn)的坐標(biāo)，如果點(diǎn)為清除狀態(tài)返回零，否則返回非零值

　　printchar函數(shù)

　　原型：void printchar(int x, int y, int ch, int color);

　　功能：打印給定的字符

　　說明: (x,y)為起點(diǎn)坐標(biāo)，ch 為要打印的字符的ASCII碼，指定字體顏色 font_color,背景顏色

　　printword函數(shù)

　　原型：void printword(int x, int y, int word, int color);

　　功能：打印給定的字，調(diào)試時(shí)使用

　　說明: (x,y)為起點(diǎn)坐標(biāo)，word 為要打印的字即4個(gè)字節(jié)，先打印高字節(jié)，指定顏色 color

　　printnum函數(shù)

　　原型：void printnum(int x, int y, int num, int color);

　　功能：打印給定的數(shù)字，調(diào)試時(shí)使用

　　說明: (x,y)為起點(diǎn)坐標(biāo)，num 為要打印的數(shù)字，指定字體顏色 font_color 背景色bkg_color，目前該函數(shù)只支持 0=

　　line函數(shù)

　　原型：void line(int x1,int y1,int x2,int y2, int color);

　　功能：在屏幕上畫直線

　　說明: (x1,y1)為起點(diǎn)坐標(biāo)，(x2,y2)為終點(diǎn)坐標(biāo)

　　circle函數(shù)

　　原型：void circle(int x, int y, int radius, int color);

　　功能：畫圓框

　　說明：x和y分別為圓心的橫縱坐標(biāo)，radius 為半徑，color 為圓邊框的顏色

　　circlefilled函數(shù)

　　原型：void circlefilled(int x, int y, int radius, int color)

　　功能：畫圓，并填充

　　說明：x 和 y 分別為圓心的橫縱坐標(biāo)，radius 為半徑，color 為圓邊框以及填充的的顏色該函數(shù)還有待改進(jìn)

　　rectangle函數(shù)

　　原型：void rectangle(int left, int top, int right, int bottom, int color);

　　功能：在屏幕上畫一矩形邊框

　　說明: (left,top)指定左上角坐標(biāo)，(right,bottom)指定右下角坐標(biāo)，指定邊框顏色color

　　串口接口函數(shù)

　　rs232Check函數(shù)

　　原型：int rs232Check()

　　功能：檢查rs232是否busy

　　說明: return 返回值1為忙,0為空閑

　　rs232ReceiveByte

　　原型：char rs232ReceiveByte()

　　功能：從rs232接收一個(gè)字節(jié),輪詢方式

　　說明: return 返回一個(gè)字節(jié)

　　rs232SendByte

　　原型：void rs232SendByte(char b)

　　功能：給rs232發(fā)送一個(gè)字節(jié)

　　說明: param b 要發(fā)送的字節(jié)

　　LED接口函數(shù)

　　_lightLeds函數(shù)

　　原型：void _lightLeds(int leds);

　　功能：控制LED的顯示

　　說明：leds的低8位有效[!--empirenews.page--]

　　4.3.2.應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　4.3.2.1.基于MIPS匯編語言的俄羅斯方塊游戲設(shè)計(jì)

　　開發(fā)環(huán)境：自己編寫的MIPS匯編器AssemblerForRS-232.jar，MIPS匯編語言源文件in.asm，安裝jre或jdk并配置好環(huán)境變量的windows XP及以上的操作系統(tǒng)。

　　程序流程：

　　

 

　　圖 47 俄羅斯方塊程序流程圖

　　主要模塊：

　　start函數(shù)

　　參數(shù)：無

　　功能：游戲的主體框架，作用類似main函數(shù)

　　說明：內(nèi)部調(diào)用Tetris、tetris_clr、wait_key、start_enter等函數(shù)，構(gòu)成整個(gè)游戲的主體框架。

　　Tetris函數(shù)

　　參數(shù)：無

　　功能：游戲的邏輯控制主體

　　說明：調(diào)用各種初始化函數(shù)、俄羅斯方塊的生成函數(shù)和運(yùn)動函數(shù)、玩家鍵盤控制函數(shù)、各種信息顯示函數(shù)，實(shí)現(xiàn)游戲的所有邏輯。

　　ini_boarder函數(shù)

　　參數(shù)：無

　　功能：畫俄羅斯方塊運(yùn)行的左右邊界

　　說明：初始化游戲時(shí)使用

　　set_bottom函數(shù)

　　參數(shù)：無

　　功能：畫俄羅斯方塊運(yùn)行的下邊界

　　說明：初始化游戲時(shí)使用

　　info函數(shù)類

　　函數(shù)類：info_help、info_next、info_fail

　　參數(shù)：無

　　功能：顯示各種信息

　　說明：在初始化游戲界面時(shí)調(diào)用info_help顯示幫助信息;調(diào)用info_next在屏幕左上角顯示下一個(gè)即將下落的方塊的形狀和顏色，當(dāng)游戲失敗時(shí)調(diào)用info_fail提醒玩家。

　　check_key函數(shù)

　　參數(shù)：輸出參數(shù)$v0和$v1

　　功能：檢查是否有鍵按下

　　說明：鍵盤無鍵按下時(shí)$v0=0;否則$v0=1，$v1=鍵值

　　chk_dlt函數(shù)

　　參數(shù)：輸出參數(shù)$v0

　　功能：檢查并刪除滿行

　　說明：檢測每一行是否已擺滿方塊，如果擺滿則將其刪除。返回值$v0為刪除的滿行數(shù)。

　　detect_collision函數(shù)

　　參數(shù)：輸出參數(shù)$v0

　　功能：檢查是否有方塊沖突

　　說明：如果有沖突則返回$v0=2

　　null_loop函數(shù)

　　參數(shù)：輸入?yún)?shù)$a0

　　功能：空循環(huán)，用于延時(shí)

　　說明：$a0=0，表示長延時(shí);$a0=1表示短延時(shí)

　　get_next_seq函數(shù)

　　參數(shù)：輸入?yún)?shù)$a3、輸出參數(shù)$v0

　　功能：根據(jù)當(dāng)前方塊的形狀，得到下一個(gè)方塊的形狀

　　說明：輸入$a3當(dāng)前形狀的序列號，返回$v0下一個(gè)方塊的形狀的序列號

　　draw_pic函數(shù)類

　　函數(shù)類：pre_draw_pic類、un_pre_draw_pic類、draw_pic類

　　參數(shù)：輸入?yún)?shù)$a0和$a2

　　功能：根據(jù)方塊現(xiàn)在的位置和接下來的位置來畫方塊

　　說明：輸入?yún)?shù)$a0是當(dāng)前位置，$a2是方塊將要移動的位置

　　4.3.2.2.基于C語言的吃豆子游戲設(shè)計(jì)

　　開發(fā)環(huán)境：自己編寫的硬件系統(tǒng)模擬器SimulatorForV5.jar，自己編寫的內(nèi)存填充工具M(jìn)emoryFilling.jar，自己編寫的硬件內(nèi)存分配文件memory.bin，Gcc編譯環(huán)境，嚴(yán)格的簡單的C語言程序源文件user.c，安裝jre或jdk并配置好環(huán)境變量的windows XP及以上的操作系統(tǒng)。

　　程序流程：

　　

 

　　圖 48吃豆子程序流程圖

　　主要模塊：

　　start_game函數(shù)

　　原型：void start_game();

　　功能：游戲程序的邏輯主函數(shù)

　　說明：控制packman的運(yùn)動，兩個(gè)怪物的簡單智能移動，檢查游戲的終止條件，判斷鍵盤輸入并做相應(yīng)的響應(yīng)

　　init_game函數(shù)

　　原型：void init_game();

　　功能：初始化游戲的全局變量

　　說明：每次游戲重新開始時(shí)，需要調(diào)用該函數(shù)進(jìn)行全局變量的初始化

　　check_catch函數(shù)

　　原型：int check_catch()

　　功能：檢測packman是否被怪物抓到

　　說明：如果被抓到返回1，否則返回0

　　check_collision函數(shù)

　　原型：int check_collision()

　　功能：檢測兩個(gè)怪物是否有沖突

　　說明：如果有則返回1，否則返回0[!--empirenews.page--]

　　clear_screen函數(shù)

　　原型：void clear_screen(int color)

　　功能：用指定顏色清屏

　　說明：color為指定的顏色值，可以用宏定義的顏色值或者相應(yīng)的16位數(shù)值

　　draw函數(shù)類

　　原型：void draw_map();void draw_info();void draw_ball(int x, int y);void draw_pea(int x, int y)

　　功能：在指定坐標(biāo)位置畫形狀

　　說明：(x,y)為形狀的左上角定點(diǎn)的坐標(biāo)

　　display函數(shù)類

　　原型：int display_win();int display_lose();void display_bye()

　　功能：全屏顯示提示信息

　　說明：分別提示玩家游戲成功、游戲失敗、感謝信息

　　get_direction函數(shù)類

　　原型：int get_direction_1st();int get_direction_2nd()

　　功能：隨機(jī)得到怪物的下一次移動的方向

　　說明：根據(jù)兩個(gè)怪物位置的全局變量，簡單的智能算法，計(jì)算兩個(gè)怪物下一次移動的方向

　　move函數(shù)類

　　原型：void move_monster_1st();void move_monster_2nd ()

　　功能：移動兩個(gè)怪物

　　說明：根據(jù)兩個(gè)怪物的全局變量，計(jì)算后分別移動

　　null_loop函數(shù)

　　原型：void null_loop(int length)

　　功能：空循環(huán)，用于延時(shí)

　　說明：length參數(shù)為0時(shí)是長延時(shí)，為1時(shí)是短延時(shí)

　　save_lattice函數(shù)

　　原型：void save_lattice(int x, int y, int * array)

　　功能：把指定位置方格的像素值保存在數(shù)組中

　　說明：(x,y)為指定方格的坐標(biāo)，array為全局?jǐn)?shù)組變量

　　resume_lattice函數(shù)

　　原型：void resume_lattice(int x, int y, int * array)

　　功能：把方格像素存儲到指定的坐標(biāo)

　　說明：array為保存像素值的全局變量，(x,y)為要存放顏色的方格的坐標(biāo)

　　4.3.2.3.基于x86匯編語言的推箱子游戲設(shè)計(jì)

　　開發(fā)環(huán)境： x86模擬器emu8086.exe，DOS模擬器DosBox.exe，x86匯編器NASM，windows XP及以上的操作系統(tǒng)。

　　程序流程：

　　

 

　　圖 49 推箱子程序流程圖

　　主要模塊：

　　init_game函數(shù)

　　參數(shù)：無

　　功能：游戲初始化

　　說明：初始化游戲的界面和各個(gè)變量，每次重新進(jìn)入游戲時(shí)調(diào)用該函數(shù)

　　move_man函數(shù)

　　參數(shù)：輸入?yún)?shù)ax，bx

　　功能：在指定的坐標(biāo)處畫man

　　說明：ax為橫坐標(biāo)，bx為縱坐標(biāo)

　　move_box函數(shù)

　　參數(shù)：輸入?yún)?shù)ax，bx

　　功能：在指定的坐標(biāo)處畫box

　　說明：ax為橫坐標(biāo)，bx為縱坐標(biāo)

　　check_win函數(shù)

　　參數(shù)：輸出參數(shù)dx

　　功能：檢查箱子是否都放到指定位置

　　說明：如果箱子已經(jīng)擺放好返回dx=1，否則返回dx=0

　　check_collision函數(shù)

　　參數(shù)：輸出參數(shù)dx

　　功能：檢查man和箱子是否能夠移動

　　說明：如果有沖突返回dx=1，否則返回dx=0

　　check_key函數(shù)

　　參數(shù)：輸出參數(shù)ax，bx

　　功能：檢查是否有鍵按下

　　說明：如果有鍵按下，ax=1，bx=鍵值;否則ax=0，bx無意義

　　get_key函數(shù)

　　參數(shù)：輸出參數(shù)dx

　　功能：等待鍵盤輸入

　　說明：鍵盤被按下后，返回鍵值dx=鍵值

　　rectangle函數(shù)

　　參數(shù)：輸入?yún)?shù)arg0，arg1，arg2，arg3，arg4

　　功能：畫帶顏色填充的長方形

　　說明：參數(shù)通過堆棧傳遞，arg0=left，arg1=top，arg2=right，arg3=bottom，arg4=color，顏色采用R5G5B6的16位色

　　xy2array函數(shù)

　　參數(shù)：輸入?yún)?shù)ax，bx，輸出參數(shù)dx

　　功能：將游戲中的x和y坐標(biāo)對應(yīng)到一位數(shù)組中

　　說明：ax為橫坐標(biāo)，bx為縱坐標(biāo)，返回dx

　　draw_box函數(shù)

　　參數(shù)：輸入?yún)?shù)ax，bx，cx

　　功能：在指定坐標(biāo)處畫box并用指定顏色填充

　　說明：ax為橫坐標(biāo)，bx為縱坐標(biāo)，cx指定顏色