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      基于STM32設計的掌上游戲機詳細開發過程

      DS小龍哥-嵌入式技術 ? 來源：DS小龍哥-嵌入式技術 ? 作者：DS小龍哥-嵌入式技 ? 2022-02-28 13:35 ? 次閱讀

      ?

      一、環境與硬件介紹

      開發環境：keil5

      代碼風格: 寄存器風格，沒有采用庫函數，底層代碼全部寄存器方式編寫，運行效率高，注釋清楚。

      MCU型號: STM32F103ZET6

      開發板: 正常的一塊STM32開發板，帶LCD插槽，帶4顆獨立按鍵。

      游戲模擬器: NES游戲模擬器

      LCD : ALIENTEK的3.5寸屏幕。（屏幕型號不重要，隨便一款都可以的，把屏幕底層驅動代碼寫好，適配即可）

      聲音輸出設備 ： 采用VS1053 （SPI接口，操作方便）

      游戲手柄： 支持FC游戲手柄

      完成這個掌上游戲機需要使用的硬件設備不復雜，如果想要體驗游戲，需要的必備硬件：

      1. （必要）STM32F103系列最小系統版一個

      2. （必要）LCD屏一塊。 2.8寸就可以了，價格便宜。

      3. （非必要）FC游戲手柄一個，驅動時序很簡單（后面有單獨章節介紹），支持組合鍵，玩游戲體驗感非常好。

      如果不用FC游戲手柄，使用開發板幾個獨立按鍵也行，只是手感不好。

      4. （非必要）VS1053或者其他系列聲卡模塊一個，游戲是有聲音的，要完美的體驗游戲聲卡肯定是要的，不要也可以玩，只是沒有聲音而已。VS1053模塊支持SPI接口控制，時序簡單，驅動代碼也不復雜，資料比較多，學起來，理解起來很容易。

      5. （非必要）SD卡一張。主要存儲NES游戲文件，可以動態加載想要玩的游戲，切換比較方便。

      如果沒有SD卡，也想體驗也可以，直接把游戲取模成二進制放在數組里存放到STM32的FLASH里即可，STM32F103ZET6有512K的FLASH，存放一個游戲完全夠用，加載速度更加快。

      6. （非必要） SRAM外部擴展內存，如果不需要從SD里加載游戲，就不需要外部內存；如果使用SD卡加載游戲，就需要把游戲數據從SD卡里讀取出來，然后放在SRAM外部擴展內存芯片里。因為STM32F103ZET6本身只有64K內存,放不下。

      游戲體驗：STM32可以超頻到128M，運行起來還是非常流暢，玩起來的感覺和正常的FC游戲機是一樣的，沒有卡頓，延遲。

      游戲模擬器移植的是NES模擬器，開發過程中，代碼編寫了3個版本：

      版本1：精簡版的掌上游戲機，最適合學習，代碼牽扯很少，只有外設硬件只用到了LCD而已，最適合學習，理解代碼運行原理；不支持聲音輸出，不支持FC游戲手柄，不支持SD卡和文件系統（也就是不支持從SD卡上選擇游戲加載）。 這個版本的游戲是直接使用數組存放在代碼里的，游戲的操作是通過開發板上的4個按鍵控制（開發板的4個按鍵，分別控制角色的前進、后退、暫停、跳躍），因為只有4個按鍵，沒有支持組合按鍵，所以體驗起來不是很舒服，控制比較困難，完美體驗還是要繼續加上FC游戲手柄。

      版本2：這也是精簡版的掌上游戲機，在版本1的基礎之上加了VS1053模塊，支持聲音輸出，體驗感要好一點，能聽到游戲聲音。

      版本3：這是完整版本的掌上游戲機，加入了FC游戲手柄支持，加入了VS1053聲卡驅動，加入了SD卡和FATFS文件系統，可以正常從SD卡加載指定的游戲運行，體驗非常好。

      3個版本的源代碼和NES的游戲集合，在下面的第3章有下載地址。

      二、游戲運行效果(超級瑪麗示例)

      2.1 超級瑪麗運行截圖

      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      ?

      三、資料下載地址

      3.1 NES游戲集合下載

      一共有293款游戲，總有一款適合你。常見的超級瑪麗、魂斗羅、都有包含的。

      地址：https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/20722451

      3.2 工程源碼下載

      地址:https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/20973545

      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      ?

      一共3個版本，它們之間的區別在第一章已經介紹過。

      三個都是keil工程，下載下來直接編譯、下載運行體驗。

      四、什么是NES ?

      NES就是紅白機的游戲，所謂的NES意思是歐美版的紅白機，FC的美版，Nintendo entertainment system(任天堂娛樂系統)，而日本的紅白機則叫family computer(FC)。

      發展歷史-來至百度百科
      1983年7月15日，由日本任天堂株式會社（原本是生產日式撲克即“花札”）的宮本茂先生領導開發的一種第三代家用電子游戲機：FC，全稱：Family Computer，也稱作：Famicom；在日本以外的地區發售時則被稱為NES，全稱：Nintendo Entertainment System；在中國大陸、臺灣和香港等地，因其外殼為紅白兩色，所以人們俗稱其為“紅白機”，正式進入市場銷售，并于后來取得了巨大成功，由此揭開了家用電子游戲機遍布世界任何角落，電子游戲全球大普及的序幕。

      1985年，NES在北美地區的銷量3300萬臺，比日本地區高出近一倍， 也占據了其全球市場份額的一半。 NES在北美首發時的捆綁游戲《打鴨子》(Duck hunt)總共取得近3000萬套（基本全部來自北美市場）銷量， [6] 這在紅白機游戲中名列第二，僅次于《超級馬力歐》。

      1986年，任天堂在美國收3.1億美元，這一年美國游戲產業的規模4.3億美元，而在一年前，深陷雅達利沖擊的美國游戲業的收入僅1億美元。 [7] 1988年發售的《超級馬力歐兄弟3》（Super Mario Bros. 3）在美國售出700萬套，在日本銷量達400萬，銷售額5.5億美元。

      1989年，任天堂的游戲機已占領美國90%和日本95%的市場，任天堂成為游戲界巨無霸。


      2003年7月，FC發售二十周年，任天堂宣布FC游戲機正式停產。至此，FC全世界已累計銷售6000萬部以上。至今中國大陸、臺灣、香港與泰國甚至日本等地仍然在制造FC規格的兼容品。

      任天堂成為了現代游戲產業的開創者，在很多方面上確立了現代電子游戲的標準。
      FC巨大成功使任天堂年純利從1985年開始一直保持5億美元以上 ，其股票成為東京證券交易所績優股代名詞，一度超越了3萬日元，市值超松下等企業，很多人都把任天堂成功譽為新時代商業神話。
      任天堂紅白機(FC/NES)發行于1983年，在日本發行之后引起了不小的轟動，兩年之后進軍北美市場，更加奠定了任天堂的家用游戲機霸主地位。當人們正需要一個高品質的家用游戲機的時候，任天堂拿出了他們的全部家當，首發的數款游戲都贏得了玩家的贊譽，超級馬力歐更成為了永遠的經典。在那個年代，擁有一臺紅白機應該是孩子們最大的夢想了。 根據外媒的數據，在1990年30%的美國家庭都擁有NES主機。

      五、工程源碼分析: 以精簡版本(1)為例

      工程源碼全部采用寄存器代碼風格，基本上每行都有詳細的注釋；雖然STM32支持庫函數方式開發，效率更加快，但是寄存器方式可以更方便了解CPU底層寄存器的一些配置，對以后在學習使用其他類型的微處理器是非常有幫助的。

      5.1 工程文件布局

      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      ?

      5.2 主函數代碼

      主函數里完成LCD屏幕初始化，按鍵初始化，LED燈初始化，串口初始化，FC游戲手柄初始化，默認把LCD屏幕清屏為黑色。

      LCD屏采用FSMC驅動的，把FSMC時序速度配置到最快，達到STM32能支持的最快速度，提高LCD刷屏速度。

      初始化完畢最后，調用了LoadNes函數，完成游戲加載；如果加載失敗，就回到下面執行while循環，閃爍LED燈。

      代碼如下：

      #include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "lcd.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "usart.h"
#include 
#include 
#include "joypad.h"

extern u8 LoadNes(u8* pname,u32);


//游戲文件可以通過winhex文件生成C源碼數組
extern const unsigned char nes_data1[40976];//超級瑪麗游戲的文件
extern const unsigned char nes_data2[262160];//魂斗羅游戲的文件


/*
移植說明：
1. 加入游戲手柄
2. 優化了游戲刷新的幀率
3. 加入開發板本身自帶按鍵控制
*/
int main()
{
	BeepInit();		      //蜂鳴器初始化
	LedInit();             //LED燈初始化 
	UsartInit(USART1,72,115200);
	KeyInit();            //按鍵初始化
	printf("串口工作正常!\r\n");
	LcdInit(); 	 		    //LCD初始化
	//JoypadInit();  		//游戲手柄初始化
	LcdClear(0xFFFF);
	

/*
0000 0000：保留
0000 0001： DATAST保持時間=2個HCLK時鐘周期
0000 0010： DATAST保持時間=3個HCLK時鐘周期
……
1111 1111： DATAST保持時間=256個HCLK時鐘周期(這是復位后的默認數值)
0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14
*/
	LcdClear(0);
 	
	//開始運行游戲
	LoadNes((unsigned char*)nes_data1,40976);  //超級瑪麗
	//LoadNes((unsigned char*)nes_data2,262160);  //魂斗羅
	while(1)
	{	
		   LED1=!LED1;
		   DelayMs(400);
	}
}
      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      5.3 加載NES游戲:LoadNes函數介紹

      LoadNes函數原型：

      u8 LoadNes(unsigned char* pname,u32 size)
      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      該函數傳入NES游戲數據地址，和游戲數據大小進來。

      現在這個版本沒有使用SD卡和文件系統，游戲的文件數據是直接加到代碼里編譯的。

      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      ?

      這兩個數組是超級瑪麗和魂斗羅的數據。（直接使用打開文件，使用WinHEX軟件打開，全選，右鍵編輯，選擇復制，選擇C源碼，復制成數組形式粘貼到keil里即可）

      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      ?

      函數里面主要完成了NES模擬器基本的初始化。

      主要完成了STM32超頻配置，配置鎖相環為16倍，超頻到128MHZ。

      超頻配置代碼如下：

      /*
函數功能：頻率設置
參    數：PLL,倍頻數
*/
void NesClockSet(u8 PLL)
{
	u8 temp=0;	 
	RCC->CFGR&=0XFFFFFFFC;	//修改時鐘頻率為內部8M	   
	RCC->CR&=~0x01000000;  	//PLLOFF  
 	RCC->CFGR&=~(0XF<<18);	//清空原來的設置
 	PLL-=2;									//抵消2個單位
	RCC->CFGR|=PLL<<18;   	//設置PLL值 2~16
	RCC->CFGR|=1<<16;	  	  //PLLSRC ON 
	FLASH->ACR|=0x12;	  	  //FLASH 2個延時周期
 	RCC->CR|=0x01000000;  	//PLLON
	while(!(RCC->CR>>25));	//等待PLL鎖定
	RCC->CFGR|=0x02;		    //PLL作為系統時鐘	 
	while(temp!=0x02)    	  //等待PLL作為系統時鐘設置成功
	{   
		temp=RCC->CFGR>>2;
		temp&=0x03;
	}  
}
      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      接下來初始化NES游戲模擬器的必要參數，最后調用NesEmulateFrame函數進入NES游戲主循環代碼，開始運行游戲。

      LoadNes函數完整代碼如下：

      /*
函數功能：開始nes游戲
參    數：pname:nes游戲路徑  u32 size 游戲大小
返 回 值：
				0,正常退出
				1,內存錯誤
				2,文件錯誤
				3,不支持的map
*/
u8 LoadNes(unsigned char* pname,u32 size)
{
    u8 res=0;   
    res=NesSramMalloc();			//申請內存 
    romfile=(u8*)pname;       //游戲源碼地址
    NESrom_crc32=get_crc32(romfile+16,size-16);//獲取CRC32的值	
    res=LoadNesRom();					//加載ROM
    printf("res=%d\r\n",res);	
    NesClockSet(16);          //設置系統時鐘為128MHZ 16*8
    JoypadInit();             //游戲手柄初始化
    cpu6502_init();						//初始化6502,并復位	  	 
    Mapper_Init();						//map初始化
    PPU_reset();							//ppu復位
    apu_init(); 							//apu初始化 
    NesEmulateFrame();		    //進入NES模擬器主循環 
    return res;
}
      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      5.3 NES游戲主循環代碼

      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

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      詳細代碼如下：

      //nes模擬器主循環
void NesEmulateFrame(void)
{  
	u8 nes_frame;
	NesSetWindow();//設置窗口
	while(1)
	{	
		// LINES 0-239
		PPU_start_frame();
		for(NES_scanline = 0; NES_scanline< 240; NES_scanline++)
		{
			run6502(113*256);
			NES_Mapper->HSync(NES_scanline);
			//掃描一行		  
			if(nes_frame==0)scanline_draw(NES_scanline);
			else do_scanline_and_dont_draw(NES_scanline); 
		}  
		NES_scanline=240;
		run6502(113*256);//運行1線
		NES_Mapper->HSync(NES_scanline); 
		start_vblank(); 
		if(NMI_enabled()) 
		{
			cpunmi=1;
			run6502(7*256);//運行中斷
		}
		NES_Mapper->VSync();
		// LINES 242-261    
		for(NES_scanline=241;NES_scanline<262;NES_scanline++)
		{
			run6502(113*256);	  
			NES_Mapper->HSync(NES_scanline);		  
		}	   
		end_vblank(); 
		NesGetGamepadval();	//每3幀讀取游戲手柄數據
		nes_frame++;
		if(nes_frame>NES_SKIP_FRAME)
		{
			nes_frame=0;//跳幀  
		}
	}
}
      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      進來就先調用了NesSetWindow(void)函數，設置窗口大小，這里面就調用了LCD的接口，如果是其他的LCD屏，使用本代碼只需要把這里適配一下即可。

      u8 nes_xoff=0;	//顯示在x軸方向的偏移量(實際顯示寬度=256-2*nes_xoff)
//設置游戲顯示窗口
void NesSetWindow(void)
{	
	u16 lcdwidth,lcdheight;

		lcdwidth=256;
		lcdheight=240; 
		nes_xoff=0;
		LcdSetWindow(32,0,lcdwidth,lcdheight);
		LcdWriteRAM_Prepare();//寫入LCD RAM的準備 	
}

      接下來就進入到NES游戲的主循環代碼，開始循環一幀一幀的刷出圖像數據，達到游戲的效果。

      設置窗口大小之后，下面就是從NES游戲數據文件里取出顏色數據，然后for循環一行一行刷屏即可。

      上面的設置窗口大小的代碼其實并不是必要的，只是當前使用的LCD支持坐標自增（一般LCD都支持的），設置LCD的窗口范圍之后，連續給LCD寫數據，LCD的坐標會自動自增，提高刷屏效率而已。如果你的LCD屏并不支持坐標自增或者你不會寫代碼，也想移植，那完全不用設置窗口那個函數，你只需要提供一個畫點函數，把for循環里的刷屏代碼里行掃描改掉就行。

      函數里的這個for循環就是主要刷出圖像的代碼，如果想要移植到其他LCD屏，主要就改這里，示例代碼如下：

      for(NES_scanline = 0; NES_scanline< 240; NES_scanline++)
{
	run6502(113*256);
	NES_Mapper->HSync(NES_scanline);
	//掃描一行		  
	if(nes_frame==0)scanline_draw(NES_scanline);
	else do_scanline_and_dont_draw(NES_scanline); 
}
      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      里面調用scanline_draw函數是按行掃描（也就是一行一行繪制圖像），scanline_draw函數里面也是一個for循環，細化到每個像素點，按照每個像素點繪制到屏幕上，代碼里的LCD_RAM就是當前LCD屏的地址，因為當前LCD屏采用的是FSMC，這個LCD_RAM就是FSMC地址，向這個地址寫數據，FSMC就產生8080時序將數據送給LCD顯示屏，刷新顯示出來。

      scanline_draw函數詳細刷屏代碼如下：

      extern u8 nes_xoff;	//顯示在x軸方向的偏移量(實際顯示寬度=256-2*nes_xoff)
void scanline_draw(int LineNo)
{
	uint16 i; 
	u16 sx,ex;
	do_scanline_and_draw(ppu->dummy_buffer);	
	sx=nes_xoff+8;
	ex=256+8-nes_xoff;
	if(lcddev.width==480)
	{
		for(i=sx;idummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
			i++;
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
			i++;
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
			i++;
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
			i++;
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
			i++;
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
			i++;
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
			i++;
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
			i++;
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
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			i++;
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
			i++;
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
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			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
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			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
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			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
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			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
			i++;
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值 		
		}	
		for(i=sx;idummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
			i++;
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
			i++;
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
			i++;
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
			i++;
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
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			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
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			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
			i++;
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
			i++;
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
			i++;
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
			i++;
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
			i++;
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
			i++;
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
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			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
			i++;
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
			i++;
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
 			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];//得到顏色值
		}	
	}else
	{
		for(i=sx;idummy_buffer[i++]]; 
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i++]]; 
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i++]]; 
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i++]]; 
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i++]]; 
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i++]]; 
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i++]]; 
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i++]]; 
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i++]]; 
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i++]]; 
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i++]]; 
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i++]]; 
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i++]]; 
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i++]]; 
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i++]]; 
			LCD_RAM=NES_Palette[ppu->dummy_buffer[i]];          	
		}
	}
};i++)>;i++)>;i++)>
      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      運行完刷屏的for循環函數，一幀游戲圖像就顯示在LCD上了。

      接下來就是掃描按鍵值，完成游戲人物的控制，函數里調用了NesGetGamepadval()函數，讀取按鍵值刷新按鍵狀態。

      NesGetGamepadval()函數代碼如下：

      /*
鍵值說明:  

開始鍵：8
選擇建：4
方向右：128
方向左：64
方向上：16
方向下：32

功能鍵上/左：2
功能鍵下/右：1

組合鍵：方向右與

讀取游戲手柄數據和功能鍵左 ：130

*/

void NesGetGamepadval(void)
{  
	u8 key;
//	PADdata0=GetJoypadKey();	//讀取手柄1的值
	//printf("%d\r\n",PADdata0);
	key=GetKeyValue(0);
	if(key==1)PADdata0=8;
	else if(key==2)PADdata0=128;
	else if(key==3)PADdata0=64;
	else if(key==4)PADdata0=1;
	else PADdata0=0;
}
      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      NES游戲模擬器定義了兩個全局變量，分別記錄游戲手柄1和游戲手柄2的數據，因為NES游戲是可以兩個人一起玩的。

      u8 PADdata0;   			//手柄1鍵值 [7:0]右7 左6 下5 上4 Start3 Select2 B1 A0  
u8 PADdata1;   			//手柄2鍵值 [7:0]右7 左6 下5 上4 Start3 Select2 B1 A0
      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      只需要在這個函數給這兩個全局變量賦予正確的值，游戲人物就可以按照正常的動作畫面出現。

      至于你的物理按鍵采用FC游戲手柄，還是普通的其他按鍵，只要這兩個全局變量的值正確那就沒問題。 所有手柄采用什么不重要，關鍵把代碼這里邏輯看懂，看懂了你就知道程序的運行邏輯了。

      到此，版本1的 主要代碼就分析完畢了，其他的詳細過程可以看工程源碼，把程序跑起來了，一切都懂了。

      六、工程源碼分析: 以完整版本(3)為例

      這個版本加入了游戲手柄，VS1053、SD、FATFS文件系統等功能，這里接著第五章分析，下面就主要分析新加入的代碼內容。

      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      ?

      6.1 FC游戲手柄介紹

      FC游戲手柄，大致可分為兩種：一種手柄插口是 11 針的，一種是 9 針的。但 11 針的現在市面上很少了，現在幾乎都是使用 9 針 FC 組裝手柄，下面就是介紹的是 9 針 FC 手柄，該手柄還有一個特點，就是可以直接和DR9 的串口頭對插！這樣同開發板的連接就簡單了。

      FC 手柄的外觀如圖所示：

      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      ?

      這種手柄一般有 10 個按鍵（實際是 8 個鍵值）：上、下、左、右、 Start、 Select、 A、 B、 A連發、 B 連發。這里的 A 和 A 連發是一個鍵值，而 B 和 B 連發也是一個鍵值，只是連發按鍵當你一直按下的時候，會不停的發送（方便快速按鍵，比如發炮彈之類的功能）。

      FC 手柄的控制電路，由 1 個 8 位并入串出的移位寄存器（CD4021），外加一個時基集成電路（NE555，用于連發）構成。不過現在的手柄，為了節約成本，直接就在 PCB 上做綁定了，所以你拆開手柄，一般是看不到里面有四四方方的 IC，而只有一個黑色的小點，所有電路都集成到這個里面了，但是他們的控制和讀取方法還是一樣的。

      游戲上手柄數據讀取時序

      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      ?

      從上圖可看出，讀取手柄按鍵值的信息十分簡單：先 Latch（鎖存鍵值），然后就得到了第一個按鍵值（A），之后在 Clock 的作用下，依次讀取其他按鍵的鍵值，總共 8 個按鍵鍵值。

      常規狀態下，LATCH為低電平，CLK為高電平，DATA為高電平，這也是初始化端口時的狀態。

      單片機讀取鍵值時序很簡單，LATCH先發送一個高脈沖，數據將鎖存到手柄內部的移位寄存器，然后在CLK時鐘下降沿數據將從DATA低位在先連續發出。按鍵映射到數據的對應位上，有鍵按下則對應位為0，無鍵按下則為1.即不按任何鍵時，讀取數據為0xFF。

      鍵值：

      [7]:右

      [6]:左

      [5]:下

      [4]:上

      [3]:Start

      [2]:Select

      [1]:B

      [0]:A

      驅動代碼示例：

      功    能：手柄初始化函數
硬件連接：
         CLK ：PD3  --時鐘線
				 PB10：DATA --數據線
				 PB11：LAT  --鎖存接口
*/
void JoypadInit(void)
{
	  /*1. 開時鐘*/
	  RCC->APB2ENR|=1<<5; //PD
	  RCC->APB2ENR|=1<<3; //PB
	  
	  /*2. 配置模式*/
	  GPIOD->CRL&=0xFFFF0FFF;
	  GPIOD->CRL|=0x00003000;
	  
	  GPIOB->CRH&=0xFFFF00FF;
	  GPIOB->CRH|=0x00003800;
	  
	  /*3. 上拉*/
	  GPIOD->ODR|=1<<3;
}

/*
功  能：獲取手柄的按鍵值
返回值：保存了一幀按鍵的狀態
鍵值：
[7]:右
[6]:左
[5]:下
[4]:上
[3]:Start
[2]:Select
[1]:B
[0]:A
*/
u8 GetJoypadKey(void)
{
	  u8 key=0,i;
	  JOYPAD_LAT=1; //開始鎖存
	  DelayUs(30);
	  JOYPAD_LAT=0; //鎖存當前的按鍵狀態
	  for(i=0;i<8;i++)
	  {
			 key=key>>1;
		   if(JOYPAD_DATA==0)key|=0x80;
			 JOYPAD_CLK=1;  //輸出一個上升沿，告訴手柄發送數據
			 DelayUs(30);
			 JOYPAD_CLK=0;  //數據線保持穩定
       DelayUs(30);			
		}
		return key;
}
      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      6.2 加載NES游戲：nes_load函數

      這里的nes_load函數和第五章的區別就是，游戲數據的來源是從SD卡讀取的。

      傳入游戲名稱去SD卡上打開指定文件，讀取數據進來。

      這里用到了外部SRAM內存，因為讀出的數據需要存放到數組里，STM32F103ZET6本身的內存只有64K，肯定不夠用，這里申請的空間是從外部SRAM模塊里申請的，所以開發板還得帶一個SRAM芯片才行，沒有自帶就去淘寶買一個SRAM模塊即可（淘寶有個叫微雪的店鋪就有賣）。

      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      ?

      詳細代碼如下：

      u8 nes_load(u8* pname)
{
	FIL *file; 
	UINT br;
	u8 res=0;   
	file=malloc(sizeof(FIL));  
	if(file==0)return 1;						//內存申請失敗.  
	res=f_open(file,(char*)pname,FA_READ);
	if(res!=FR_OK)	//打開文件失敗
	{
		printf("%s 文件打開失敗!\r\n",pname);
		free(file);
		return 2;
	}
	else
	{
			printf("%s 文件打開成功!\r\n",pname);
	}
	
	res=nes_sram_malloc(file->fsize);			//申請內存 
	if(res==0)
	{
		f_read(file,romfile,file->fsize,&br);	//讀取nes文件
		NESrom_crc32=get_crc32(romfile+16, file->fsize-16);//獲取CRC32的值	
		res=nes_load_rom();						//加載ROM
		if(res==0) 					
		{   
			NesClockSet(16);
			//UsartInit(USART1,128,115200);
			JoypadInit();
			cpu6502_init();						//初始化6502,并復位	  	 
			Mapper_Init();						//map初始化
			PPU_reset();							//ppu復位
			apu_init(); 							//apu初始化 
			nes_sound_open(0,APU_SAMPLE_RATE);	//初始化播放設備
			nes_emulate_frame();				//進入NES模擬器主循環 
			nes_sound_close();					//關閉聲音輸出
		}
	}
	f_close(file);
	free(file);//釋放內存
	nes_sram_free();	//釋放內存
	return res;
}
      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      這里面調用了nes_sound_open函數初始化了音頻設備（VS1053）。這個非常重要，要理解游戲聲音是如何輸出的，就認真看這里的流程。

      nes_sound_open函數里初始化了VS1053音頻設備，然后開啟了定時器中斷，使用定時器去調用VS1053的播放接口，在定時器中斷服務器函數里完成聲音數據的輸出，這里聲音是存放在一個全局緩沖區里，后面游戲在主循環里運行的時候會不斷的向這個緩沖區填數據，定時器超時進中斷就查詢是否有音樂可以播放，有就播放，沒有就出來。

      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      ?

      VS1052聲音播放代碼示例：

      //音頻播放回調函數
void nes_vs10xx_feeddata(void)
{  
	u8 n;
	u8 nbytes;
	u8 *p; 
	if(nesplaybuf==nessavebuf)return;//還沒有收到新的音頻數據
	if(VS1053_DREQ!=0)//可以發送數據給VS10XX
	{		 
		p=nesapusbuf[nesplaybuf]+nesbufpos; 
		nesbufpos+=32; 
		if(nesbufpos>APU_PCMBUF_SIZE)
		{
			nesplaybuf++;
			if(nesplaybuf>(NES_APU_BUF_NUM-1))nesplaybuf=0; 	
			nbytes=APU_PCMBUF_SIZE+32-nesbufpos;
			nesbufpos=0; 
		}else nbytes=32;
		for(n=0;n;n++)>
      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      nes_sound_open函數代碼如下：

      //NES打開音頻輸出
int nes_sound_open(int samples_per_sync,int sample_rate) 
{
	u8 *p;
	u8 i; 
	p=malloc(100);	//申請100字節內存
	if(p==NULL)return 1;	//內存申請失敗,直接退出
	printf("sound open:%d\r\n",sample_rate);
	for(i=0;i>8)&0XFF;
	p[28]=sample_rate&0XFF;			//設置字節速率(8位模式,等于采樣率)
	p[29]=(sample_rate>>8)&0XFF; 
	nesplaybuf=0;
	nessavebuf=0;	
	VS1053_Reset();		   			//硬復位
	VS1053_SoftReset();  			//軟復位 
	VS1053_SetVol(200);			  //設置音量等參數 			 

	//復位解碼時間
    VS1053_WriteCmd(SPI_DECODE_TIME,0x0000);
	VS1053_WriteCmd(SPI_DECODE_TIME,0x0000); //操作兩次
	
	while(VS1053_SendMusicData(p));	//發送wav head
	while(VS1053_SendMusicData(p+32));	//發送wav head
	TimerInit(TIM6,72,1000);	//1ms中斷一次
	free(p);				//釋放內存
	return 1;
}(nes_wav_head);i++)>
      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      初始化完畢之后，就調用nes_emulate_frame函數進入到游戲主循環。

      6.3 游戲主循環代碼

      現在這份代碼比第五章代碼增加了一個聲音輸出函數，調用VS1053，播放游戲的聲音。

      ?

      apu_soundoutput函數代碼如下：

      //apu聲音輸出
void apu_soundoutput(void)          
{	 
	u16 i;
	apu_process(wave_buffers,APU_PCMBUF_SIZE);
	for(i=0;i<30;i++)if(wave_buffers[i]!=wave_buffers[i+1])break;//判斷前30個數據,是不是都相等?
	if(i==30&&wave_buffers[i])//都相等,且不等于0
	{
		for(i=0;i;i++)wave_buffers[i]=0;>
      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      最后調用了nes_apu_fill_buffer 函數將數據賦值給VS1053緩沖區進行播放。

      在前面已經分析了音頻初始化代碼，里面初始化了定時器，會不斷的查詢緩沖區是否有音樂數據需要播放，有就播放，沒有就輸出，這個函數就是向音頻緩沖區填充數據的。

      nes_apu_fill_buffer 函數代碼如下：

      //NES音頻輸出到VS1053緩存
void nes_apu_fill_buffer(int samples,u8* wavebuf)
{	 
 	u16	i;	
	u8 tbuf;
	for(i=0;i(NES_APU_BUF_NUM-1))tbuf=0;
	while(tbuf==nesplaybuf)//輸出數據趕上音頻播放的位置了,等待.
	{ 
		DelayMs(5);
	}
	nessavebuf=tbuf; 
}	;i++)>
      poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

      到此，音頻的主要代碼就分析完畢了。 可以下載程序去體驗一下游戲，懷戀童年時光了

      ?審核編輯：符乾江

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