大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。
最近在做Verilog程序课设，做了一个有关贪吃蛇的小游戏，写一篇博客来记录一下自己的创作过程。大部分的内容直接采用了设计报告的原话，有不足之处还望大家多多指教。
对于重点：蛇身控制算法，我开始的想法是将每个格子的坐标输入到存储器中，但由于过于繁琐和笨拙，我改为：保留头部的完整数据（位置、方向），其他部分只保留方向数据，并在VGA模块里面直接对蛇身进行控制，但是这个方案有一个弊端：它按照蛇身顺序刷新图像，每一帧图像只能刷新一个格子，时序存在问题并且刷新频率过慢，放弃了这个方案。 最终，将蛇身模块单独提出，各个模块协同工作，有效解决了时序问题和刷新问题。蛇身控制上，只控制蛇头，其他部位随头联动，完成了最终设计。
开发板采用了Xilinx公司的Basys3主板。
概述
小游戏主要分为以下几个模块：顶层模块、VGA显示模块、蛇身控制模块、苹果控制模块。 系统主要分为顶层模块、VGA显示模块、蛇身控制模块、苹果控制模块。顶层模块是与FPGA开发板之间的硬件管脚接口，并且控制其他模块有条不紊地运行。
游戏进程控制模块：game_control
游戏控制模块代码定义如下：
代码语言：javascript复制module game_control(
clk,rst_n,centerbt,strike_itself,strike_wall, game_status
);
input clk,rst_n,centerbt,strike_itself,strike_wall;
output reg[1:0] game_status;- Clk为输入时钟，频率为100MHz，rst_n为复位状态开关，用于激活和关闭游戏界面。
- 整个模块由一个状态机组成，次态状态赋值给游戏运行状态status，运行再将状态赋值给输出game_status，用于操控整个系统的工作状态。
- 游戏共有3个主要进程：Idle（游戏待机、死亡）、Start（游戏进行中），Pause（游戏暂停），centerbt是切换状态的按键，游戏的状态主要由这个按键来控制。
- strike_itself,strike_wall用于输入蛇是否撞到了墙或者自己，是另外两个控制游戏状态的重要输入，有0和1两个值，若两种情况发生任何一种，游戏进程为死亡，次态状态回到Idle。
always@(posedge clk or posedge centerbt)
begin
if(centerbt && rst_n)
begin
case(status)
Idle: begin
if(centerbt) begin next_status=Start; end
else begin next_status=Start; end
end
Start: begin
if(centerbt) begin next_status=Pause; end
else begin next_status=Start; end
end
Pause: begin
if(centerbt) begin next_status=Start; end
else begin next_status=Start; end
end
endcase
end
else if(strike_itself || strike_wall)
begin next_status=Idle;end
EndVGA显示模块：VGA
VGA转换模块代码定义如下：
代码语言：javascript复制module VGA(
game_status,clk,rst_n,snake,apple,upbt,downbt,rightbt,leftbt,
x_pos,y_pos,vga_r,vga_g,vga_b,hsync,vsync
);
input clk,rst_n,snake,apple;
input wire upbt,downbt,rightbt,leftbt;
input wire[1:0] game_status;
output reg[9:0] x_pos,y_pos;
output reg[3:0] vga_r, vga_g, vga_b;
output hsync,vsync;- VGA显示模块用于显示系统与用户的交互界面，通过VGA扫描，传输数据，把界面显示在显示器上，为了适应大多数显示器，使用了640480的分辨率，77像素为一个方格。
- VGA驱动原理： VGA驱动显示器显示是通过逐行扫描实现的，Basys3的VGA接口共有14条，RGB三原色各四位，行列扫描控制线HSYNC、VSYNC两位。管脚分配如图：
- VGA扫描显示的时序控制原理： 以640480分辨率为例，，扫描从第一行开始，当扫描未在有效显示区域时（640480显示块），即y<V_SYNC，行同步型号置低，反之则置高为有效区域，列同步信号亦然，当行列信号同为高电平x>H_SYNC就是VGA有效显示区域的扫描时间，640*480的像素扫描频率为25MHz，当列扫描到最后，行扫描加一，如此循环往复，直到最后一行，在从头开始，就实现了VGA显示器的逐行逐列扫描。
reg[2:0] cnt2;
always@(posedge clk) //25mhz
begin
if(cnt2 == 1) begin clk_vga <= ~clk_vga; cnt2<=0; end
else begin cnt2 <= cnt2 1; end
end
//------------------------------------
always @(posedge clk_vga)
begin
if (x_cnt==H_TOTAL) x_cnt<=0;
else x_cnt<=x_cnt 1;
end
always @(posedge clk_vga)
begin
if (y_cnt==V_TOTAL) y_cnt<=0;
else if (x_cnt==H_TOTAL) y_cnt<=y_cnt 1;
end
//------------------------------------
reg hsync_r,vsync_r;
always @(posedge clk_vga)//列 扫 描
if(x_cnt==0)
hsync_r<=1'b0;
else if(x_cnt==H_SYNC)
hsync_r<=1'b1;
always @(posedge clk_vga)//行 扫 描
if(y_cnt==0)
vsync_r<=1'b0;
else if(y_cnt==V_SYNC)
vsync_r<=1'b1;
//------------------------------------
assign hsync=hsync_r;
assign vsync=vsync_r;核心代码如上。
蛇身控制模块：snake_control
蛇身控制模块是整个游戏最核心的部分，我们通过操控蛇头的位置，来实现对整个蛇身位置的控制。模块定义如下：
代码语言：javascript复制module snake_control(
game_status,clk,upbt,downbt,rightbt,leftbt,x_pos,
y_pos,apple_x,apple_y,apple_refresh,snake,head_x,head_y,
strike_itself,strike_wall);
input clk, upbt,downbt,rightbt,leftbt;
input wire[1:0] game_status;
input wire[9:0] x_pos,y_pos, apple_x,apple_y;
input apple_refresh;
output reg snake,strike_itself,strike_wall;
output reg[9:0] head_x, head_y;蛇头是主要的操作对象，当四个方向键有按下时，如果当前不是反向和同向，则将蛇头坐标实现对应的移动：
代码语言：javascript复制 parameter up=2'd0,down=2'd1,left=2'd2,right=2'd3;
reg[1:0] direction,front_direction;
always@(posedge clk or posedge upbt or posedge downbt or posedge rightbt or posedge leftbt)
begin
if(upbt) begin if(direction!=down) direction=up; end
else if(downbt)
begin if(direction!=up) direction=down; end
else if(rightbt)
begin if(direction!=left) direction=right; end
else if(leftbt)
begin if(direction!=right) direction=left; end
end蛇头方向移动后，整个蛇身随之移动，周期为一秒，将蛇头的前一个位置赋给后一个方格点，以此类推，通过此算法实现了蛇身的移动（body中的0代表头坐标。）：
代码语言：javascript复制if(cnt_1s>=24999999)
begin
cnt_1s=0;
body_x[0][15:0]=head_x; body_y[0][15:0]=head_y;
case(direction)
up: begin head_y=head_y-1; end
down: begin head_y=head_y 1; end
left: begin head_x=head_x-1; end
right: begin head_x=head_x 1; end
endcase
body_x[1][15:0]<=body_x[0][15:0];
body_y[1][15:0]<=body_y[0][15:0];
body_x[2][15:0]<=body_x[1][15:0];
body_y[2][15:0]<=body_y[1][15:0];
... ...注：这段代码中，没有使用循环语句，主要是因为Verilog是一种硬件描述的底层语言，对于类似for循环的语句与它的功能是相违背的，Verilog只是并行地执行简单语句，无法实现高阶的语法。
蛇身的长度由参数调控，初始值为2，VGA显示模块传输当前扫描x_pos y_pos坐标到蛇身控制模块，在这时将整个蛇身的坐标与扫描坐标值对比，若重合则输出snake返回有效值1，VGA显示模块接收1并将此坐标的方格显示为黑色，即蛇身颜色，反之snake为0，VGA显示为其他：
代码语言：javascript复制if(game_status==Start)
begin
if(is_exist>0 && ((x_pos==body_x[0][15:0] && body_y[0][15:0]==y_pos) || (head_x==x_pos && head_y==y_pos)))
begin snake=1; end
... ...
VGA.v：
if(snake)
begin rgb=4'h0; vga_r=rgb; vga_g=rgb; vga_b=rgb; end还有一个重要数据就是蛇的死亡判定，有两种死法：撞墙或撞到了自己，发生了此种情况时，对应输出置一，反之为零，输出到game_control中，游戏状态重置：
代码语言：javascript复制if(head_x<1 || head_y<2 || head_x>82 || head_y>67)
begin strike_wall=1; end
else
begin strike_wall=0; end
if(is_exist>1 && (head_x==body_x[1][15:0] && body_y[1][15:0]==head_y))
begin strike_itself=1; end
... ...苹果控制模块：apple
代码语言：javascript复制module apple(
game_status,clk,rst_n,head_x,head_y,x_pos,y_pos, apple,apple_refresh);
input clk,rst_n;
input wire[1:0] game_status;
input[9:0] x_pos,y_pos,head_x,head_y;
output reg apple,apple_refresh;这个模块的主要任务有两个：将苹果显示信号输出给VGA显示模块，VGA模块输出当前扫描坐标到Apple，Apple与苹果坐标进行比对，如果相同则返回显示信号Apple为有效值1，VGA接收后显示粉红色方框代表苹果，反之为零，显示为其他：
代码语言：javascript复制if(x_pos==apple_x && y_pos==apple_y)
begin apple=1; end
else begin apple=0; end蛇吃到苹果，即蛇头坐标与苹果坐标相等，apple_refresh置1，输入到蛇身控制模块，蛇长度加一，苹果位置重置：
代码语言：javascript复制if(head_x==apple_x && head_y==apple_y)
begin apple_refresh=1; end顶层模块：snake_top
顶层模块是协调其他四个模块的并行运行和时序控制模块：
代码语言：javascript复制module snake_top(
clk, rst_n,centerbt,upbt,downbt,rightbt,leftbt, vga_r,vga_g,vga_b,hsync,vsync);
input clk,rst_n,centerbt,upbt,downbt,rightbt,leftbt;
output hsync,vsync;
output[3:0] vga_r,vga_g,vga_b;
wire[1:0] game_status;
wire snake,strike_itself,strike_wall;
wire[9:0] x_pos,y_pos;
wire[9:0] head_x, head_y;
wire[3:0] vga_r, vga_g, vga_b;
wire[9:0] apple_x,apple_y;
wire apple,apple_refresh;
game_control
G(
clk,rst_n,centerbt,strike_itself,strike_wall,game_status
);
VGA
V(
game_status,clk,rst_n,snake,apple,upbt,downbt,rightbt,leftbt,
x_pos,y_pos,vga_r,vga_g,vga_b,hsync,vsync);
snake_control S(
game_status,clk,upbt,downbt,rightbt,leftbt,x_pos,y_pos,
apple_x,apple_y,apple_refresh,snake,head_x,head_y,strike_itself,strike_wall);
apple A(
game_status,clk,rst_n,head_x,head_y,x_pos,y_pos, apple,apple_refresh);至此，简单的贪吃蛇游戏就完成了，后期还将加入新功能，例如UI的优化，难易度调节等。 首次尝试Verilog新语言，三天时间，从零开始，我用汗水铸就了这些代码，虽然还很简陋，但课设顺利通过，也算功夫不负有心人吧。希望努力拼搏的人都能得到尊重，所有的努力都能得应得的回报，大家一起加油！
发布者：全栈程序员栈长，转载请注明出处：https://javaforall.cn/128634.html原文链接：https://javaforall.cn
