基于ARM和WinSock的多人對(duì)戰(zhàn)游戲平臺(tái)設(shè)計(jì)

摘要：具有多機(jī)互聯(lián)對(duì)戰(zhàn)功能的開放式便攜游戲機(jī)具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值和深遠(yuǎn)的發(fā)展空間。以SAMSUNG公司基于ARM920T的處理器S3C2410為核心，嵌入WinCE 5．0操作系統(tǒng)，在VS2008開發(fā)環(huán)境下創(chuàng)建智能設(shè)備MFC工程，并將在Win32環(huán)境下開發(fā)的單人／雙人五子棋游戲進(jìn)行代碼移植，最終在ARM開發(fā)板上成功運(yùn)行游戲。游戲開發(fā)基于Windows Sockets網(wǎng)絡(luò)鳊程，能夠?qū)崿F(xiàn)ARM板與PC、ARM板與ARM板之間的游戲?qū)?zhàn)，可利用以太網(wǎng)接口互聯(lián)，也可以通過無線局域網(wǎng)互聯(lián)。該文以五子棋游戲?yàn)槔?，詳述了硬件?gòu)建、游戲開發(fā)及移植的整個(gè)過程，極具借鑒價(jià)值。
關(guān)鍵詞：ARM處理器；WinCE5．0操作系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)鳊程；代碼移植

    游戲不僅能開發(fā)人的智力，使人頭腦反應(yīng)靈敏，還能滿足人的精神需求(如冒險(xiǎn)、創(chuàng)造力、情感等)，極具娛樂性和趣味性，深受人們的喜愛。隨著消費(fèi)類電子產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，越來越多的嵌入式電子產(chǎn)品走進(jìn)了千家萬戶，催生出了諸如GBA(Game Boy Advance)、PSP(Play-Station Portabk)以及最近才在我國(guó)上市的iPad等一大批專業(yè)的并且銷量驚人的明星級(jí)移動(dòng)娛樂游戲設(shè)備。
    然而上述游戲平臺(tái)通常造價(jià)昂貴，且不具有開放性。例如備受推崇的PSP，開發(fā)授權(quán)問題和昂貴的專用開發(fā)套件(軟硬件)使得PSP游戲的開發(fā)門檻很高。這在很大程度上限制了這些游戲平臺(tái)的普及。如果利用通用的處理器和常用的嵌入式操作系統(tǒng)(如WinCE、Linux等)構(gòu)建一種基于以太網(wǎng)或者無線以太網(wǎng)的便攜式的游戲機(jī)。則可以吸引大量熟悉C／C++嵌入式編程的工程師或發(fā)燒友制作出各種精彩的游戲，這必將極大地推動(dòng)這種游戲平臺(tái)的普及。而且將平臺(tái)進(jìn)行功能裁剪和批量生產(chǎn)后成本較低，對(duì)于中低收入人群來說將是極佳選擇，市場(chǎng)潛力無窮。
    本文詳述了這種游戲平臺(tái)的硬件構(gòu)建、互聯(lián)對(duì)戰(zhàn)游戲開發(fā)框架和流程，以及從Win32到WinCE進(jìn)行代碼移植的整個(gè)開發(fā)過程，并記錄了開發(fā)過程中積累的經(jīng)驗(yàn)，具有很高的借鑒價(jià)值。

1 硬件平臺(tái)
    硬件平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

    S3C2410是Samsung公司推出的16／32位RISC處理器，為手持設(shè)備和一般類型應(yīng)用提供了低價(jià)格、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案。
    S3C2410采用了ARM920T內(nèi)核，0．18μm工藝的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)器單元。它的低功耗、精簡(jiǎn)和出色的全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適用于對(duì)低成本和功耗敏感的應(yīng)用。ARM920T實(shí)現(xiàn)了MMU，AMBA BUS和Harvard高速緩沖體系結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的16 kB的指令Cache和16 kB數(shù)據(jù)Cache，每個(gè)都由8字長(zhǎng)的行構(gòu)成。

2 套接字編程
2．1 WinSock基礎(chǔ)
    WinSock是Windows Sockets的縮寫，是Windows環(huán)境下廣泛應(yīng)用的、開放的、支持多種協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)編程接口規(guī)范。這里主要使用TCP／IP協(xié)議族實(shí)現(xiàn)通信。
    基于TCP／IP的套接字有流式套接字(SOCK_STREAM)、數(shù)據(jù)報(bào)式套接字(SOCK_DGRAM)、原始式套接字(SOCK_RAW)3種類型，如圖2所示。

    TCP協(xié)議是面向連接的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它的連接步驟較多，而且當(dāng)檢測(cè)到數(shù)據(jù)包丟失或錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)要求發(fā)送端重新發(fā)送，這樣一來就不可避免地引起了傳輸延時(shí)。
    UDP協(xié)議面向無連接服務(wù)，每個(gè)分組都攜帶有完整的目的地址，操作簡(jiǎn)單，且無傳輸延遲，比較適合要求不高的游戲通信。它的通信時(shí)序如圖3所示。

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2．2 應(yīng)用程序接口函數(shù)
    1)加載套接字庫(kù)AfxSocketlnit()
    布爾型，參數(shù)缺省值為NULL，在程序結(jié)束前自動(dòng)調(diào)用WSACleanup清除套接字。
    2)創(chuàng)建套接字socket()
    用于創(chuàng)建指定類型的套接字，流式(TCP協(xié)議)SOCK_STREAM或數(shù)據(jù)報(bào)式(UDP協(xié)議)SOCK_DGRAM。
    3)綁定本地地址bind()
    將套接字地址(包括本地主機(jī)地址和本地端口地址)與所創(chuàng)建的套接字號(hào)聯(lián)系起來，即將名字賦予套接字，以指定本地半相關(guān)。
    4)接收recvfrom()
    在套接字指定的已連接的數(shù)據(jù)報(bào)或流套接字上接收輸入數(shù)據(jù)。
    5)發(fā)送sendto()
    在套接字指定的已連接的數(shù)據(jù)報(bào)或流套接字上發(fā)送輸出數(shù)據(jù)。

3 Win32下五子棋程序設(shè)計(jì)
3．1 游戲設(shè)計(jì)思路
    游戲開始前有一系列引導(dǎo)步驟，讓用戶選擇游戲模式，并作相應(yīng)的初始連接，如圖4所示。這些引導(dǎo)步驟可通過添加一系列對(duì)話框資源來實(shí)現(xiàn)。完成之后進(jìn)入選擇的游戲模式。

    對(duì)于單人五子棋游戲，即人機(jī)對(duì)戰(zhàn)，只需要一個(gè)應(yīng)用程序。當(dāng)用戶鼠標(biāo)左擊棋盤時(shí)，程序先在相應(yīng)位置處畫棋子，然后執(zhí)行電腦方策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)戰(zhàn)。
    對(duì)于雙人五子棋游戲，則需要先運(yùn)行一個(gè)服務(wù)器端程序，然后兩個(gè)用戶分別運(yùn)行一個(gè)客戶端程序，并與此服務(wù)器相連。游戲進(jìn)行過程中，由服務(wù)器執(zhí)行游戲策略，客戶端程序只負(fù)責(zé)采集鼠標(biāo)信息和顯示棋子。我們讓用戶A在游戲平臺(tái)A上運(yùn)行服務(wù)器端程序，緊接著運(yùn)行客戶端程序，并與服務(wù)器建立Socket連接；然后告訴用戶B服務(wù)器的IP地址，讓其在平臺(tái)B上運(yùn)行客戶端程序，并與服務(wù)器建立Socket連接；連接成功后就可以開始游戲了。
3．2 單人游戲
    建立MFC工程，選擇創(chuàng)建單文檔類型的應(yīng)用程序。添加對(duì)話框資源用于選擇游戲模式，并在View類構(gòu)造函數(shù)中DoModal()。
    進(jìn)入單人模式后的程序開發(fā)流程如圖5所示。

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    對(duì)于某些步驟需要作詳細(xì)說明：

    3)判斷游戲是否結(jié)束
    在Doc類中定義私有性質(zhì)的成員變量int state[15][10]；，用于記錄棋盤上每一格的狀態(tài)：無棋(值為0)、用戶方棋(值為1)、電腦方棋(值為2)，初始值是0。游戲過程中，某一方落棋后立即給state數(shù)組對(duì)應(yīng)成員賦值，下標(biāo)可由鼠標(biāo)左鍵消息響應(yīng)函數(shù)的CPoint point參數(shù)轉(zhuǎn)換而來。
    對(duì)于棋盤上每一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)(i，j)，沿東西、南北、東南西北、東北西南四個(gè)方向掃描五個(gè)沿途點(diǎn)的狀態(tài)值，若發(fā)現(xiàn)五個(gè)相同狀態(tài)相連，則該狀態(tài)(用戶方或電腦方)的棋手獲勝，游戲結(jié)束。
    4)電腦方下棋策略
    對(duì)于棋盤上每一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)(i，j)，掃描它的狀態(tài)值state[i][j]，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)不為0，就以此點(diǎn)為起點(diǎn)，沿東、南、西、北、東南、西南、東北、西北8個(gè)方向搜索5個(gè)棋位。
    事先定義針對(duì)每個(gè)點(diǎn)、每個(gè)方向的8個(gè)整型數(shù)組(初始值賦為0)：
  
    對(duì)于坐標(biāo)點(diǎn)(i，j)，搜索過程中若遇到具有相同狀態(tài)的點(diǎn)(m，n)，則對(duì)應(yīng)方向數(shù)組的[i][j]成員的值增加，遇到不同狀態(tài)點(diǎn)則減小。保存8個(gè)中絕對(duì)值最大的。
    上述操作完后，比較所有點(diǎn)存的值，絕對(duì)值最大的說明以該點(diǎn)起始的某個(gè)方向己方棋子相連較多，或者對(duì)方棋子相連較多，最適合落子。
3．3 雙人游戲
    從游戲開始到結(jié)束，客戶端與服務(wù)器的交互過程如圖6所示。

3．3．1 服務(wù)器端程序
    創(chuàng)建基于對(duì)話框的MFC工程。
    在App類的BOOL InitInstance()中加載套接字庫(kù)：AfxSocketInit()；
    在Dlg類的BOOL OnInitDialog()中初始化套接字，包括新建和綁定套接字：socket()、bind()；
    在對(duì)話框上畫兩個(gè)按鈕控件：“連接用戶”和“開始游戲”。
    開發(fā)流程如圖7所示。[!--empirenews.page--]

    對(duì)于某些步驟需要作詳細(xì)說明：
    1)開辟線程
    如果讓服務(wù)器一直recvfrom()，則主線程將一直執(zhí)行此函數(shù)，造成消息擁堵，從而導(dǎo)致其他事件難以響應(yīng)，因此選擇開辟新線程在后臺(tái)接收客戶端信息，合理分配系統(tǒng)資源。
    開辟線程的過程如下：
    ①定義要傳送給線程的全局性質(zhì)的結(jié)構(gòu)體RECVPARAM，成員為Dlg類指針類型變量。
    ②定義RECVPARAM結(jié)構(gòu)體變量pRecvParam，并把當(dāng)前工程的Dlg類指針賦給其成員；創(chuàng)建線程，把pRecvParam傳遞給線程；然后關(guān)閉線程。
    ③在線程回調(diào)函數(shù)中接收傳遞來的變量pRecvParam，然后就可以調(diào)用Dlg類的成員來實(shí)現(xiàn)功能。
    2)信息格式
    ①客戶端連接信息
     格式隨意的字符串，目的是讓服務(wù)器端接收到數(shù)據(jù)，從而發(fā)現(xiàn)客戶端IP地址。我們發(fā)的是“0000”。
    ②客戶端下棋信息
    信息格式：用戶標(biāo)識(shí)(1位)、落子橫坐標(biāo)(2位)、落子縱坐標(biāo)(2位)。
    其中，用戶標(biāo)識(shí)位1代表先手(白方)，0代表后手(黑方)。
    ③服務(wù)器端發(fā)送信息
    指導(dǎo)客戶端畫棋子以及顯示狀態(tài)。
    信息格式：用戶標(biāo)識(shí)(1位)、落子橫坐標(biāo)(2位)、落子縱坐標(biāo)(2位)、游戲狀態(tài)(1位)。
    其中，前5位與從客戶端接收的相同：游戲狀態(tài)位1表示游戲結(jié)束，0表示游戲未結(jié)束。
3．3．2 客戶端程序
    創(chuàng)建基于單文檔的MFC工程。
    在App類的BOOL InitInstance()中加載套接字庫(kù)：AfxSocketInit()；
    添加對(duì)話框資源CDlgMode，用于選擇游戲模式：
    添加對(duì)話框資源CDlgLink，用于連接服務(wù)器；并在其上畫一個(gè)IP地址控件，用于填寫服務(wù)器IP；在確定按鈕的響應(yīng)函數(shù)中初始化套接字socket()、bind()，并向服務(wù)器發(fā)送連接請(qǐng)求sendto()；
    在View類構(gòu)造函數(shù)中將模式選擇對(duì)話框DoModal()，選擇進(jìn)入雙人模式，之后的程序開發(fā)流程如圖8所示。

4 代碼移植
4．1 WindowsCE簡(jiǎn)介
    Windows CE是基于Win32 API重新開發(fā)的新型信息設(shè)備平臺(tái)，具有模塊化、結(jié)構(gòu)化和基于Win32應(yīng)用程序接口以及與處理器無關(guān)等特點(diǎn)。大量用戶對(duì)于Windows操作方式和編程的熟悉，是Windows CE作為嵌入式操作系統(tǒng)迅速發(fā)展的最大的優(yōu)勢(shì)，也是選擇的原因。
4．2 代碼移植
    安裝WinCE5．0的標(biāo)準(zhǔn)SDK，在VS2008開發(fā)環(huán)境下創(chuàng)建智能設(shè)備的MFC工程，選擇基于對(duì)話框或單文檔的應(yīng)用程序，并選擇剛剛安裝的標(biāo)準(zhǔn)SDK平臺(tái)。工程創(chuàng)建完成后，將在Win32下開發(fā)的代碼按同樣的方式轉(zhuǎn)移過來，然后編譯，修改錯(cuò)誤。
    WinCE是Unicode環(huán)境，盡管WinCE支持ASCII功能來進(jìn)行文件交換，但是WinCE的本地文件格式是Unicode。所以，要將字符串轉(zhuǎn)換為UmcMe才能使用。另外就是代碼移植過程中丟三落四的粗心錯(cuò)誤。以下列舉代碼移植過程中遇到的問題及解決方法：
    1)某些函數(shù)發(fā)生變化，不再識(shí)別ASCII碼字符或字符串，例如MessageBox，其字符串參數(shù)必須經(jīng)_T(“”)轉(zhuǎn)換成Unicode；另外Cstring類不要輕易使用；
    2)某些功能使用不同函數(shù)，例如整型轉(zhuǎn)字符串型，由函數(shù)itoa變?yōu)開itoa_s；
    3)智能設(shè)備項(xiàng)目中沒有IP地址控件，用編輯框代替，多了些字符串拼接、轉(zhuǎn)換的工作；
    4)不要忘了使客戶端與服務(wù)器端的端口號(hào)保持一致。

5 硬件調(diào)試及結(jié)果
5．1 PC與ARM板連接
    1)平臺(tái)連接
    通過網(wǎng)線相連，然后指定網(wǎng)關(guān)地址和IP地址。指定方法如下：本地連接一>點(diǎn)右鍵看屬性—>雙擊“Internet協(xié)議(TCP／IP)”一>使用下面的IP地址，自己填寫即可。特別注意，當(dāng)兩臺(tái)機(jī)器直接用網(wǎng)線相連而不使用路由器時(shí)，必須同一個(gè)網(wǎng)關(guān)才可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換?？赏ㄟ^ping命令測(cè)試網(wǎng)絡(luò)是否連通。
    2)運(yùn)行游戲
    利用同步軟件Microsoft AcfiveSync將開發(fā)的WinCE5．0下游戲程序傳到ARM平臺(tái)中，即可在上面運(yùn)行。
5．2 ARM板與ARM板連接
    與上述過程類同。

6 結(jié)論
    經(jīng)實(shí)際操作驗(yàn)證，這種多人游戲開發(fā)方式(多線程)使得資源占用率很低，S3C2410處理器完全可以勝任，整個(gè)游戲運(yùn)行流暢。游戲平臺(tái)可以通過有線方式互聯(lián)，也可以通過無線方式互聯(lián)，操作簡(jiǎn)單，使用方便。而且這種游戲平臺(tái)具有很高的開放性，利用上述的開發(fā)框架可以輕易開發(fā)出更多更好玩的游戲。