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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要在计算机软硬件技术飞速发展的今天，单芯片具有的处理数据的能力及对外部资源的支持能力已经达到了前所未有的高度，嵌入式系统的迅猛发展就是一个鲜明的例子。随着嵌入式系统及其相关产品不断进入个人消费领域，用户对该类产品娱乐功能方面的要求越来越高，开发基于该平台的高性能游戏软件各方面的条件已经成熟。由于游戏产业进入该领域的时间较短，基于嵌入式平台的游戏软件多为产品生产厂商自己研发生产。由于该平台的硬件产品类型繁多，且厂家出于自身产品知识产权等方面的考虑，开发出来的游戏软件产品往往缺乏通用性。本课题旨在研究一种开发基于嵌入式平台游戏引擎的机制，采用硬件虚拟抽象层的方式来缓解不同
2、硬件平台可移植性差的问题，实现一款具有2 DR P G 游戏引擎框架的引擎系统。该引擎系统的组成结构，参考了传统P c 机平台2 D 游戏引擎的实现方式，分引擎内核和功能模块进行了详细设计，其中引擎内核包括图形子系统、文字输出子系统、时钟系统、支持系统、控制子系统、物理子系统等予模块，功能模块包括消息处理子系统、场景显示及行走子系统、打斗子系统、环境支持子系统等子模块，并且针对嵌入式系统的特点对引擎各子模块进行了合理的精简。为验证该游戏引擎的可行性，以该引擎为基础在福建恒一科技公司生产的H 1 9 7 0 嵌入式系统开发平台上，实现了一款简单的R P GD e m o 游戏。该游戏具备了传统R
3、 P G 游戏中必备的各个要素，如：大地图、战斗场景、任务系统等。虽然游戏软件的各部分相对商业版本游戏软件来讲非常简单，但达到了对引擎各重要模块验证的关键目的。将传统P C 机平台游戏引擎的概念引入到嵌入式平台游戏开发中，能够使得游戏开发分工更加明确，专业游戏公司可以将更多的精力投入到游戏框架设计、剧本编排以及游戏可玩性方面的宏观因素的考虑上，而无需为某些具体的技术细节投入过多的人力和物力。关键字：嵌入式系统、游戏引擎、R P Ghttp:/ 。1 引言第 牵绪论随着嵌入式系统软硬件技术的不断发展，其硬件资源越来越丰富，嵌入式系统被广泛的应用到各种个人移动终端设备，包括：手机、P D A 、手
4、持P O S 机等。与瑟瑟瓣，震户霹该突产品瓣媛笨功姥翁要求氇蜀整挺燕，在基于嵌入式系统的硬件平台上开发复杂的游戏软件，其各方面的条件已经成熟。与此同时，由于游戏产业涉及该领域的时间较短，该类产品上提供的游戏软件通常情况只是作为产晶主要功能的附属，故多出生产厂商皇行开发且投入蠢限，造成不燕硬件平台之阙的产品移穰困难。随整该平台游戏软件的蕊模滋一步扩大，隧之而来的问题还不仅仅如此，开发周期长、可靠性低以及同类型游戏代码的可煎用性低等问题都困扰着开发人员。1 2 嵌入式平台简介 2 。1 嵌入式系统的定义与特点嵌八式系统的定义按照最普遍观点，嵌入式系统被定义为；“嵌入到对象体系中的专用计算极系统”
5、珏l 。“嵌入毪”、“专孺往”与“计算辊系绞”是嵌入式系统麓三个基本要素。对象体系则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统。扩展开来看嵌入式系统就是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬牛哥裁剪、逶应应爰系绞鼹功能、霹爨蠖、或本、体积、功糕严格要求斡专蔫计算机系统i 2 1 。嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机，一台通用计算机魄外部设备申就包含了5 1 0 个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示嚣、霜卡、M o d e m 、声卡、打印视、扫拯仪、数字鞠枫、u s B 絮线器等均是幽嵌入式处理髂控制的。程制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪液、http:/ 万亿美元，1
6、9 9 7 年来鲁美蕊嵌入式系统大会( E m b e d d e ds y s t e mc o n f e r e n c e ) 的报告指出，5 年内仅基于嵌入式计算机系统的全数字电视产品，就将在美国产生一个每年1 5 亿美元的掰市场。美鏊汽车大王疆特公司熬毫缀经溅氇警塞称，“福特出售豹计算戆力已超过了I B M ”，由此可见嵌入式计算机工业的规模和广度。1 9 9 8 年1 1 月在荧国加州何塞举行的嵌入式系统大会上，揍于R 1 鼢s 的E m b e d d e dI n t e n l e t 成为一个技术毅热点。美国著名未来学家伪葛洛庞帝1 9 9 9 年1 月访华时曾指出，4
7、5 年盾嵌入忒智能( 电脑) 工具将是P C 和因特网之后最伟大的发明。我国著名嵌入式系统专家沈绪榜院士1 9 9 8 年1 1 月在武汉全麟第1 1 次微机学术交滚会上发表的计算枫敬发曩与技术一文巾，对未来l O 年戳嵌入式薅片为基穑豹计算辊工韭译烟的加以讲解。嵌入式系统的特点不嗣豹嵌入式系统焚特点会鸯疆麓器 3 j f 铂，懿：与“嵌入性”相关的特点：由于怒嵌入到对象系统中，必须满足对象慈统的环境要求，如物理环境( 小型) 、电气，气氛环境( 可靠) 、成本( 价廉) 等要求。与“专髑性”相关静特煮：软、硬件的裁劈靛；满足对象溪求的最小软、硬件配置等。与“计算机系统”相芙的特点：嵌入式系统
8、必须是能满足对象系统控制耍求戆诗算搬系统。另外，嵌入式系统与传统的嵌入式设备不同。嵌入式设备是指内部有嵌入式系统的产品、设备。例如：内含单片机的家用电器、仪器仪寝、E 控单元、枫器久、手壤、P D A 等。按照上述嵌入式系统的定义，只要瀵怒定义中三要素的计算机系统，都可称为嵌入式系统。嵌入式系统按一般可分为设备级( 工控机) 、板级( 单板、模块) 、芯片级2http:/ M c u 、s O c ) 【5 l o 有数人把嵌入式处理器当作嵌入式系统，假由于嵌入式系统是一令焱入式计算橇系统，霾j 毙，只有终褒入焱蹙瑾器搀箴个诗算撬系统，并作为嵌入式应用时，这样的计算机系统才可称作嵌入式系统。嵌
9、入式系统与对象系统密切相关，其主要技术发展方向是满足嵌入式应用援求，不断扩展对象系统要求的终围电路( 如A D c 、羚A c 、P w M 、露历时镑、魄源监测、程序运行益测嘏路等) ，形成满足对象系统簧求豹应耀系统。因魏，嵌入式系统f # 为一个专用计算机系统，其发展是始终朝着计算机成用系统发展方向的。 2 ，2 嵌入式系统的特征1 2 2 1 嵌入式系统工北的特点姨菜耪意义上来说，逶廷诗算搬嚣鲎戆技术懋垄获戆。占整个诗算秘 亍娃9 0 的P c 产业，8 0 采用I n t c l 的8 x 8 6 体系结构，芯片基本上濑自l m e l ，A M D ，c v r i x 等几家公司。
10、在几乎每台计算机必备的操作系统和文字处璞器方面，M c s o 矗的w i 娃d o w s 及硒斑占鞠9 0 ，凭倍操雩# 系统还可敬搭醚葵宅痤胡程I | 葶。嚣我当代鹣通用计算机工业的基础被认为是由w i n t e l ( M i c r o s o f I 和I l l t e l9 0 年代初建立的联盟)垄断的工业。嵌入式系统鄹不弱，它是一个分数豹王监，态瀵了竞争、壤暹与翻麟，没有哪一个系捌的处理器和操作系统能够垄断全部市场。即使猩体系结构上存在着主流，假各不相同的威用领域决定了不可能有少数公司、少数产品垄断众部市场f 钔。因此嵌入式系统领域的产品期技术，必然是高度分教的，整给各个行
11、业的中，j 、瓶穰藏技术公司的翻薪余蟪缀大。另井，享主会上酶各个斑霜领域是程不断向前发展的，要求其中的嵌入式处理器核心也间步发展，邈也构成了推动嵌入式工业发展的强大动力。嵌久式系统工遂懿簇毯是虢瘟耀为中心静“蕊嚣”设诗霹瑟囱瘦弱戆软佟产品开发。1 2 2 。2 嵌入式系统的产品特征嵌入式系统是瑟淘惩户、嚣逡产赫、覆囊瘦掰豹，翔莱独立予应爱耋露发展，则会失去市场。嵌入式处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理3http:/ ：大举硕士学位论文能力、电磁兼容性等方胤均受到应用要求的制约这些也是备个半导体厂巍之潮竞争静熟点；和通用计算机不同，嵌入式系统纳硬件和软件郗必须高效率地设计，避体裁衣、去
12、除冗余，力争程同样的硅片圈积上实现更高的性能，遮样才能在舆体凌逶黯处理器鹣速择瑟静燹其有竞争力。嵌入式处理器要镑辩髑户懿其俸器忒，对葱黄饔己鼗避霉亍裁剪藕添翱才能达蓟毽愆豹蝗能；襁嗣对还受精户订费耋的镑豹。因此不同的处理器面向的用户是不一样的，可能是一般用户，行业用户戚单一用户。巍天式琴统囊翼俸应耀寿氛蘧络含在起，它翡蠢豢抉代瞧是窝吴钵产品同步进行，阂此嵌入式系统产品一凰进入市场，媳有较长的，主命周期。嵌入式系统中的软件+ 一般都尉化在只读存储器中，而不是以磁盘为簸体，可以随意烫换，所戳嵌入式系统浆瘫熏较 牛玺命震麓氆稻嵌入式产鑫榉长。是菸，备个行擅秘斑潮系统帮产潞，和通用诗舞钒较佟不同，很少
13、发生突然性豹虢跃，嵌入式系统中的软件也因此更强调可继承性和技术衔接性，发餍比较稳定。嵌入式处瑗器鲍发展媳体现出稳定性，一个体暴一般要存在8 l l O 年敬时阕。令薄系缝鞠及其籀关的姥上舞设、开发王其、摩游数、嵌入式痘委产菇是套复杂的知识系统，用户和半导体厂商都不会轻翁地放弃一种她理器。1 2 2 3 嵌入式系统软l 牛的特征嵌入式处理嚣燕蠹露较 孛是实飘嵌入式系统臻戆静关毽，对鼗A 式楚缮器系统软件和J ：藏用软件的袋求也和通用计算机有所不同【6 】。( 1 ) 软件娶求固态化存储隽了掇巅撬嚣邃凄窬系统可靠瞧，褒天式系绫孛戆蓑锌一般熬霞诧在誊德器芯片或单片机本身中，丽不是存贮予磁盘等载体中。
14、f 2 ) 软件代码高质量、高可靠性尽管半导俸技术酌发髓使处理嚣逡度不錾提熹、片上存键嚣容量不薮增翔，但在大多数液惩中，存储空嗣仍然建塞贵鞠，还存在实辩毪豹蓊求。为魏蘩求程序编写和编译工具的质鬣要高，以减少程序二避制代码长度、提高执行遴艘。( 3 ) 系缆软件( O s ) 蛉离实时眭是荟本要求在多强务联A 式系统孛，对重要蠼备不稳嚣翡谨务透霉统筹蔻颞翡台壤镶度是保证每个任务及时执行的关键，蚺纯通过提商处理器速度怒无法完成翱没鑫http:/ 4 ) 多任务操作系统怒知识集成的平台和走向工业标准化邋路的基础。1 2 2 4 嵌入式产品的市场总体特征2 3 霉，中螯嵌入式操终系统赘场娃子获遴增羲霹
15、麓。嵌入式豢 睾系统熬总体销售额将超过R M B6 5 0 0 万，相对于2 0 0 2 年，整个嵌入式操作系统市保持了快速的增长。在未来的几年内，嵌入式系统的发展将为几乎所有的电予设签注入赣鹣活力，由于逐速发震豹l 舭撼e l 帮j 鬻纛徐懿徽鲶溪嚣酌基瑗，嵌入式系统将在我们的日常生活里形成个更大的成用领域。消费电子、交通运输汽车、电信服务网络工业都表现出对这个市场的关注，嵌入式操作系统将继续保持迅速的增长。飘嵌入式搡痒系统未来豹技术演变趋势来看，嵌入式襟稼系统在逶讽，汽车，医疗，安全方面有比较有广泛的应用。同时在消费类的电予产品中，嵌入式操作系统也显示了较强的增长力。移动终端设备P D A ，手机簿移动终端设备懿快速增长，大大缆遗了嵌入式搽终系统熬发震。在竞争激爨瓣嵌入式操传系统市场中，备个嵌入式操作系统厂商依靠不同的产品定位在篓赢市场上拥静着自己的优势。W i
