基于FPGA的M2M异构虚拟化系统(三)

因为8086混合8位和16位寄存器，所以经常需要将8位寄存器移出至临时寄存器，运算完以后再从临时寄存器移入8086寄存器。这些操作比较频繁，可以将其封装成函数。

　　指令的操作码决定了进行何种运算，指令还具有各种操作数。每条指令一般都有多种操作数类型。常见的8086指令类型如下。

　　

 

　　图 40 常见8086指令类型

　　以加法指令add为例。

　　add reg, reg类型。根据reg位宽不一样，可分成五类：16位的一种，低8位跟高8位两两组合形成四种。

　　其余类型都是在reg，reg类型的基础上。遇到reg，mem类型，先计算出内存地址，再取出内存内容将其载入到辅助寄存器，接下来就是reg，reg类型的操作。mem，reg与reg，mem类似，只是运算方向相反，最后要将结果从寄存器写回内存。遇到立即数类型，则是将立即数载入寄存器再做运算。

　　4.2.11.代码执行及转移分发器

　　当一个基本块翻译完以后，经上下文切换后，由MIPS环境转入8086环境，开始执行已翻译的代码块。当执行至代码块末尾时，遇到跳转指令，然后转入转移分发器进行处理。转移分发器计算跳转目标地址(8086)，以此地址在跳转缓存中寻找对应的MIPS地址。如果找到了，说明跳转目标是已翻译过的，那么继续跳过去执行。如果没找到，说明目标块还没有翻译，那么先执行翻译过程，再执行翻译块。

　　4.3.系统库及应用程序详细设计方案

　　4.3.1.系统可用资源及其分配

　　系统可用内存空间有1MB的空间。内存地址空间的分配如下图：

　　

 

　　图 46 内存分配(1M)

　　系统通过wishbone开源总线，与virtex-5硬件开发板自带的键盘、鼠标和串口等外设互联。键盘的硬件接口是PS/2标准，virtex-5支持16位色液晶显示器，串口用来与其他电脑主机连接，进行通信和数据传输。

端口类型	端口地址
rs232数据端口	20000000H
rs232忙位检测	20000004H
vga显示基址	50000000H
led	70000000H
键盘	90000000H

表 1 系统常用端口及其地址

　　系统库函数设计与实现

　　系统最初只支持MIPS汇编语言。用MIPS汇编语言开发出俄罗斯方块游戏。这个应用程序，不仅帮助找出了硬件系统存在的一些bug，如流水线CPU中存在的数据相关和控制相关问题，指令集的功能问题，而且还验证了硬件系统与RS232串口之间的数据传输功能的正确性，以及键盘接口和显示器接口的正确性和易用性。

　　系统宏定义和端口常量

　　系统的内存和外设的地址空间是连续分配的。为了提高开发应用程序的过程中的设备无关性和应用程序的通用性，我们把各个端口定义为常量，供系统库和应用程序参考使用。

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

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

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

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

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

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

　　表 2 系统端口常量定义

　　系统的显示器支持16位色，即R5G5B6。为了保持应用程序开发的一致性，我们定义了一些供应用程序使用的颜色常量。

　　#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

　　图表 3 系统常用颜色常量定义

　　键盘接口函数

　　checkkey函数

　　原型：int checkkey();

　　功能：检查键盘是否有按键被按下

　　说明：有键被按下返回 1，否则返回 0

　　checkandgetkey函数

　　原型：int checkandgetkey(int* key);

　　功能：检查键盘是否有按键被按下，并得到按键的ASCII码

　　说明：有键被按下返回 1，按键的ASCII由指针 key 保存;否则返回 0

　　getchar函数

　　原型：int getchar();

　　功能：读键

　　说明：从键盘上读取一个键，并返回该键的键值

　　显示器接口函数

　　putpixel函数

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

　　功能：在屏幕的指定位置上画点

　　说明: (x,y)为屏幕上点坐标，指定颜色 color

　　getpixel函数

　　原型：int getpixel(int x, int y);

　　功能：返回屏幕上指定点的状态

　　说明：(x,y)为屏幕上点的坐标，如果点为清除状态返回零，否则返回非零值

　　printchar函数

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

　　功能：打印给定的字符

　　说明: (x,y)为起点坐标，ch 为要打印的字符的ASCII码，指定字体颜色 font_color,背景颜色

　　printword函数

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

　　功能：打印给定的字，调试时使用

　　说明: (x,y)为起点坐标，word 为要打印的字即4个字节，先打印高字节，指定颜色 color

　　printnum函数

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

　　功能：打印给定的数字，调试时使用

　　说明: (x,y)为起点坐标，num 为要打印的数字，指定字体颜色 font_color 背景色bkg_color，目前该函数只支持 0=

　　line函数

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

　　功能：在屏幕上画直线

　　说明: (x1,y1)为起点坐标，(x2,y2)为终点坐标

　　circle函数

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

　　功能：画圆框

　　说明：x和y分别为圆心的横纵坐标，radius 为半径，color 为圆边框的颜色

　　circlefilled函数

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

　　功能：画圆，并填充

　　说明：x 和 y 分别为圆心的横纵坐标，radius 为半径，color 为圆边框以及填充的的颜色该函数还有待改进

　　rectangle函数

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

　　功能：在屏幕上画一矩形边框

　　说明: (left,top)指定左上角坐标，(right,bottom)指定右下角坐标，指定边框颜色color

　　串口接口函数

　　rs232Check函数

　　原型：int rs232Check()

　　功能：检查rs232是否busy

　　说明: return 返回值1为忙,0为空闲

　　rs232ReceiveByte

　　原型：char rs232ReceiveByte()

　　功能：从rs232接收一个字节,轮询方式

　　说明: return 返回一个字节

　　rs232SendByte

　　原型：void rs232SendByte(char b)

　　功能：给rs232发送一个字节

　　说明: param b 要发送的字节

　　LED接口函数

　　_lightLeds函数

　　原型：void _lightLeds(int leds);

　　功能：控制LED的显示

　　说明：leds的低8位有效[!--empirenews.page--]

　　4.3.2.应用程序设计与实现

　　4.3.2.1.基于MIPS汇编语言的俄罗斯方块游戏设计

　　开发环境：自己编写的MIPS汇编器AssemblerForRS-232.jar，MIPS汇编语言源文件in.asm，安装jre或jdk并配置好环境变量的windows XP及以上的操作系统。

　　程序流程：

　　

 

　　图 47 俄罗斯方块程序流程图

　　主要模块：

　　start函数

　　参数：无

　　功能：游戏的主体框架，作用类似main函数

　　说明：内部调用Tetris、tetris_clr、wait_key、start_enter等函数，构成整个游戏的主体框架。

　　Tetris函数

　　参数：无

　　功能：游戏的逻辑控制主体

　　说明：调用各种初始化函数、俄罗斯方块的生成函数和运动函数、玩家键盘控制函数、各种信息显示函数，实现游戏的所有逻辑。

　　ini_boarder函数

　　参数：无

　　功能：画俄罗斯方块运行的左右边界

　　说明：初始化游戏时使用

　　set_bottom函数

　　参数：无

　　功能：画俄罗斯方块运行的下边界

　　说明：初始化游戏时使用

　　info函数类

　　函数类：info_help、info_next、info_fail

　　参数：无

　　功能：显示各种信息

　　说明：在初始化游戏界面时调用info_help显示帮助信息;调用info_next在屏幕左上角显示下一个即将下落的方块的形状和颜色，当游戏失败时调用info_fail提醒玩家。

　　check_key函数

　　参数：输出参数$v0和$v1

　　功能：检查是否有键按下

　　说明：键盘无键按下时$v0=0;否则$v0=1，$v1=键值

　　chk_dlt函数

　　参数：输出参数$v0

　　功能：检查并删除满行

　　说明：检测每一行是否已摆满方块，如果摆满则将其删除。返回值$v0为删除的满行数。

　　detect_collision函数

　　参数：输出参数$v0

　　功能：检查是否有方块冲突

　　说明：如果有冲突则返回$v0=2

　　null_loop函数

　　参数：输入参数$a0

　　功能：空循环，用于延时

　　说明：$a0=0，表示长延时;$a0=1表示短延时

　　get_next_seq函数

　　参数：输入参数$a3、输出参数$v0

　　功能：根据当前方块的形状，得到下一个方块的形状

　　说明：输入$a3当前形状的序列号，返回$v0下一个方块的形状的序列号

　　draw_pic函数类

　　函数类：pre_draw_pic类、un_pre_draw_pic类、draw_pic类

　　参数：输入参数$a0和$a2

　　功能：根据方块现在的位置和接下来的位置来画方块

　　说明：输入参数$a0是当前位置，$a2是方块将要移动的位置

　　4.3.2.2.基于C语言的吃豆子游戏设计

　　开发环境：自己编写的硬件系统模拟器SimulatorForV5.jar，自己编写的内存填充工具MemoryFilling.jar，自己编写的硬件内存分配文件memory.bin，Gcc编译环境，严格的简单的C语言程序源文件user.c，安装jre或jdk并配置好环境变量的windows XP及以上的操作系统。

　　程序流程：

　　

 

　　图 48吃豆子程序流程图

　　主要模块：

　　start_game函数

　　原型：void start_game();

　　功能：游戏程序的逻辑主函数

　　说明：控制packman的运动，两个怪物的简单智能移动，检查游戏的终止条件，判断键盘输入并做相应的响应

　　init_game函数

　　原型：void init_game();

　　功能：初始化游戏的全局变量

　　说明：每次游戏重新开始时，需要调用该函数进行全局变量的初始化

　　check_catch函数

　　原型：int check_catch()

　　功能：检测packman是否被怪物抓到

　　说明：如果被抓到返回1，否则返回0

　　check_collision函数

　　原型：int check_collision()

　　功能：检测两个怪物是否有冲突

　　说明：如果有则返回1，否则返回0[!--empirenews.page--]

　　clear_screen函数

　　原型：void clear_screen(int color)

　　功能：用指定颜色清屏

　　说明：color为指定的颜色值，可以用宏定义的颜色值或者相应的16位数值

　　draw函数类

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

　　功能：在指定坐标位置画形状

　　说明：(x,y)为形状的左上角定点的坐标

　　display函数类

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

　　功能：全屏显示提示信息

　　说明：分别提示玩家游戏成功、游戏失败、感谢信息

　　get_direction函数类

　　原型：int get_direction_1st();int get_direction_2nd()

　　功能：随机得到怪物的下一次移动的方向

　　说明：根据两个怪物位置的全局变量，简单的智能算法，计算两个怪物下一次移动的方向

　　move函数类

　　原型：void move_monster_1st();void move_monster_2nd ()

　　功能：移动两个怪物

　　说明：根据两个怪物的全局变量，计算后分别移动

　　null_loop函数

　　原型：void null_loop(int length)

　　功能：空循环，用于延时

　　说明：length参数为0时是长延时，为1时是短延时

　　save_lattice函数

　　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数组中

　　说明：(x,y)为指定方格的坐标，array为全局数组变量

　　resume_lattice函数

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

　　功能：把方格像素存储到指定的坐标

　　说明：array为保存像素值的全局变量，(x,y)为要存放颜色的方格的坐标

　　4.3.2.3.基于x86汇编语言的推箱子游戏设计

　　开发环境： x86模拟器emu8086.exe，DOS模拟器DosBox.exe，x86汇编器NASM，windows XP及以上的操作系统。

　　程序流程：

　　

 

　　图 49 推箱子程序流程图

　　主要模块：

　　init_game函数

　　参数：无

　　功能：游戏初始化

　　说明：初始化游戏的界面和各个变量，每次重新进入游戏时调用该函数

　　move_man函数

　　参数：输入参数ax，bx

　　功能：在指定的坐标处画man

　　说明：ax为横坐标，bx为纵坐标

　　move_box函数

　　参数：输入参数ax，bx

　　功能：在指定的坐标处画box

　　说明：ax为横坐标，bx为纵坐标

　　check_win函数

　　参数：输出参数dx

　　功能：检查箱子是否都放到指定位置

　　说明：如果箱子已经摆放好返回dx=1，否则返回dx=0

　　check_collision函数

　　参数：输出参数dx

　　功能：检查man和箱子是否能够移动

　　说明：如果有冲突返回dx=1，否则返回dx=0

　　check_key函数

　　参数：输出参数ax，bx

　　功能：检查是否有键按下

　　说明：如果有键按下，ax=1，bx=键值;否则ax=0，bx无意义

　　get_key函数

　　参数：输出参数dx

　　功能：等待键盘输入

　　说明：键盘被按下后，返回键值dx=键值

　　rectangle函数

　　参数：输入参数arg0，arg1，arg2，arg3，arg4

　　功能：画带颜色填充的长方形

　　说明：参数通过堆栈传递，arg0=left，arg1=top，arg2=right，arg3=bottom，arg4=color，颜色采用R5G5B6的16位色

　　xy2array函数

　　参数：输入参数ax，bx，输出参数dx

　　功能：将游戏中的x和y坐标对应到一位数组中

　　说明：ax为横坐标，bx为纵坐标，返回dx

　　draw_box函数

　　参数：输入参数ax，bx，cx

　　功能：在指定坐标处画box并用指定颜色填充

　　说明：ax为横坐标，bx为纵坐标，cx指定颜色