Instituto Superior Técnico Licenciatura em Engenharia Informática e de Computadores. Projecto de. Arquitectura de Computadores.

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1 Instituto Superior Técnico Licenciatura em Engenharia Informática e de Computadores Projecto de Arquitectura de Computadores Jogo dos Blocos (variante do Arkanoid) (Versão 1.0) 2008/2009

2 Índice 1 Objectivo Descrição do Jogo dos Blocos Espaço de jogo Movimentação da bola e controlo da raqueta Tipos de blocos Lógica de funcionamento Início do jogo Pontuação Fim do jogo Implementação Movimentação da bola Movimentação da raqueta Temporização Estruturas de dados e simulação Microprogramação Plano de Desenvolvimento Desenvolvimento do trabalho Faseamento da codificação Plano de Entrega... 9 Anexo A Geração de sequência pseudo-aleatória / 11

3 1 Objectivo O objectivo do projecto é o desenvolvimento de um jogo análogo ao conhecido Arkanoid, usando o simulador do processador P3. Neste jogo existe uma área, onde se desloca uma bola, e existe uma raqueta, controlada pelo jogador, que permite manter a bola em jogo. No espaço de jogo existe também um conjunto de blocos, que são destruídos e desaparecem quando a bola lhes toca. Neste documento são descritos os detalhes de funcionamento pretendidos para o jogo. Será também disponibilizada na página da cadeira uma versão do jogo em Flash, com o objectivo de facilitar a compreensão do comportamento e funções a serem implementadas. O jogo será programado usando a linguagem assembly do P3 e será também microprogramada uma nova instrução. O teste e execução do programa serão realizados usando o simulador do P3 (p3sim), sendo usados os diversos recursos disponibilizados, de que se destacam: a janela de texto, os displays de 7 segmentos, os LEDS, o display LCD e os interruptores. 2 Descrição do Jogo dos Blocos 2.1 Espaço de jogo O jogo irá desenrolar-se na Janela de Texto do simulador do P3. Esta janela corresponde a uma matriz de 80 colunas por 24 linhas em que, em cada posição, pode ser escrito um caracter ASCII. O espaço de jogo encontra-se ilustrado na Figura 1, sendo constituído por um tecto (linha de # na parte superior) e por duas paredes laterais, cada uma ocupando 2 colunas, situadas à esquerda e à direita. O espaço de jogo ocupa 64 colunas (0 a 63) e 21 linhas (0 a 20). Os números presentes na Figura 1 servem apenas para ajudar a identificar as várias linhas e colunas e não devem aparecer. O canto superior esquerdo corresponde à linha 0 e coluna ################################################################ 1 ## ## 2 ## ## 3 ## ## 4 ## ## 5 ## ## 6 ## ## 7 ## ## 8 ## ## 9 ## ## 10 ## ## 11 ## ## 12 ## ## 13 ## ## 14 ## ## 15 ## ## 16 ## ## 17 ## ## 18 ## ## 19 ## ## 20 ## ========= <-Raqueta ## Figura 1 Espaço de jogo na Janela de Texto. 3 / 11

4 2.2 Movimentação da bola e controlo da raqueta Na parte interior do espaço de jogo (zona preenchida com espaços em branco) irá deslocarse uma bola, representada pelo caracter O. A bola desloca-se apenas na diagonal, andando 1 linha e 1 coluna de cada vez (velocidade 1) ou, em alternativa, 1 linha e 2 colunas de cada vez (velocidade 2). Quando a bola bate num objecto ela ressalta de forma semelhante ao que ocorre com uma bola verdadeira: inverte a direcção e mantém a mesma velocidade horizontal. Se a bola bater num canto deve recuar, deslocando-se na mesma direcção mas em sentido inverso. A parte inferior do espaço de jogo é aberta (linha 20). Se a bola ultrapassar essa linha desaparece do cenário e o jogador perde uma bola das que tem disponíveis. Para evitar que isso aconteça, existe uma raqueta que se desloca na horizontal, na linha 20. O movimento da raqueta é controlado pelo utilizador usando as teclas o (movimento para a esquerda) e p (movimento para a direita). Estas teclas estão associadas às interrupções 6 e 2, respectivamente. (Nota: premir as teclas o e p é equivalente a clicar nos botões I6 e I2). A raqueta possui 3 zonas: uma zona à esquerda, correspondente aos 3 caracteres da esquerda; uma zona central, constituída pelos 3 caracteres do centro; e uma zona à direita, correspondente aos 3 caracteres da direita. Na prática é como se a superfície da raqueta fosse curva, o que afecta o modo como a bola ressalta quando bate na mesma. A Figura 2 ilustra vários casos possíveis: a) Na zona central, a bola muda de direcção, mas mantém a mesma velocidade. b) Na zona à esquerda com velocidade horizontal positiva, a bola muda de direcção e passa sempre para velocidade 1 (desloca-se um caracter na horizontal e um na vertical). c) Caso simétrico ao b). d) Na zona à direita, a bola muda de direcção e passa sempre para velocidade 2 (dois caracteres na horizontal e um na vertical); o mesmo se passaria para o caso simétrico na zona da esquerda. Figura 2 Reflexões da bola na raqueta. 2.3 Tipos de blocos No início o espaço de jogo contém um conjunto de blocos, conforme se ilustra na Figura 3. Cada bloco ocupa 8 caracteres. Sempre que a bola chosca com um bloco ela ressalta à semelhança do que ocorre quando choca com as paredes laterais ou a parede superior e, normalmente, faz desaparecer o bloco. 4 / 11

5 Existem três tipos de blocos: (------) Quando a bola bate neste bloco ele é destruído. (---C--) Quando a bola bate neste bloco ele é destruído e, na próxima vez que a bola bater na raqueta, a bola fica colada à raqueta, pronta a iniciar movimento assim que o utilizador premir a tecla a. (---3--) Quando a bola bate neste bloco o número indicado é decrementado. Se o valor indicado chegar a 0, o bloco é eliminado. Este tipo de bloco pode conter um valor inicial entre 1 e ################################################################ 1 ## ## 2 ## ## 3 ## ## 4 ## ## 5 ## ## 6 ## ## 7 ## (------)(---C--)(------)(---3--) ## 8 ## (------)(------)(------)(---C--)(------)(------) ## 9 ## (------)(------)(------)(------)(------)(------) ## 10 ## (---1--)(------)(---C--)(------)(------)(---8--) ## 11 ## (------)(------)(------)(------) ## 12 ## ## 13 ## ## 14 ## ## 15 ## ## 16 ## ## 17 ## ## 18 ## ## 19 ## O ## 20 ## ========= <-Raqueta ## Figura 3 Espaço de jogo na Janela de Texto. 2.4 Lógica de funcionamento Início do jogo No início é desenhado o espaço do jogo e são desenhados os 26 blocos. Destes, três são do tipo C e três são do tipo que decrementa (o valor inicial é escolhido aleatoriamente entre 1 e 9). A escolha do tipo de cada bloco é feita de forma aleatória, respeitando os números indicados acima para cada tipo. O Anexo A descreve um algoritmo para a geração de valores aleatórios. Inicialmente a raqueta está no centro da linha 20 e a bola está parada e colada à raqueta. O ========= A bola só inicia o seu movimento quando o utilizador premir a tecla a (esta tecla está associada à interrupção 1, portanto premir a tecla a é equivalente a clicar no botão I1). A bola começa a deslocar-se para a direita com velocidade 1 (uma posição na vertical e uma na horizontal, correspondente a um ângulo de 45 graus). 5 / 11

6 A velocidade do jogo (nível de dificuldade) é definida pela posição dos interruptores no início do jogo, de acordo com o indicado na Secção 3.3. Quando a bola ultrapassa a linha 20 (sai do jogo) o jogador perde uma bola. Logo de seguida deverá aparecer nova bola sobre a raqueta. No início do jogo estão disponíveis 5 bolas. Este número é indicado nos LEDs o número de LEDs acesos indica o número de bolas disponíveis. Se o jogador eliminar todos os blocos é gerado um novo conjunto de blocos e o jogo prossegue Pontuação A pontuação é atribuída em função dos blocos eliminados. Os blocos normais e do tipo C valem 3 pontos. Os blocos do tipo que decrementa valem 7 pontos, independentemente do seu valor inicial. A pontuação actual do jogador é visualizada nos displays de 7 segmentos Fim do jogo O jogo termina quando o utilizador fica sem bolas. No LCD é indicada a pontuação máxima conseguida até ao momento nos diversos jogos já jogados (record actual). 3 Implementação Uma vez iniciado, o jogo consistirá num ciclo em que se actualiza a posição da bola e a posição da raqueta. 3.1 Movimentação da bola A nova posição da bola é determinada pela sua velocidade actual. Após este cálculo é necessário determinar se a bola bateu nalgum objecto: - numa parede ou no tecto, sendo a velocidade actualizada de acordo com o indicado na Secção 2.2; - na raqueta, sendo a velocidade actualizada de acordo com o descrito no final da Secção 2.2; - num bloco, com o comportamento determinado na Secção 2.3 e a velocidade actualizada como se tivesse batido no tecto ou na parte central da raqueta; - saída pela linha de baixo (a bola desaparece), perdendo o jogador uma bola. 6 / 11

7 3.2 Movimentação da raqueta A raqueta poderá movimentar-se uma posição para a esquerda ou para a direita, caso a tecla o ou tecla p, respectivamente, tiver sido premida. Caso contrário, deverá ficar imóvel. Recordar que as posições da raqueta e da bola só são actualizadas uma vez por ciclo de jogo. Assim, se o jogador premir a tecla o logo seguido do p, quando a posição da raqueta for actualizada o que conta é a última tecla que foi premida. 3.3 Temporização O ritmo de actualização das posições da bola e da raqueta será controlado através do temporizador disponível no simulador do P3 (isto é, só deverá ser executado um novo ciclo de jogo após o temporizador expirar). O período a considerar pelo temporizador será determinado pela posição dos interruptores. Caso estejam todos desligados (valor 0), o período a carregar será de 300ms (velocidade mais rápida). Caso contrário, a leitura dos interruptores será interpretada como o número de incrementos de 100ms a serem adicionados ao valor base. Por exemplo, a combinação em que apenas estão ligados o primeiro e o terceiro interruptores é interpretada como o valor 5, pelo que o período do temporizador será de =800ms. 3.4 Estruturas de dados e simulação Deverá ser concebida uma estrutura de dados residente na memória do processador que represente fielmente o cenário de jogo. Será através desta estrutura que será gerido todo o conjunto de eventos do jogo, nomeadamente, a detecção de colisões, reflexões, etc. Contudo, embora seja naturalmente aceite a representação nesta estrutura de algumas das entidades presentes no jogo (ex: blocos, paredes, etc.) várias alternativas existem quanto à representação das entidades móveis do jogo (ex: bola, raqueta). Por conseguinte, deixa-se ao critério dos alunos a definição da(s) estrutura(s) de dados que sirva(m) este propósito o mais eficientemente possível. 4 Microprogramação No âmbito do projecto será microprogramada uma nova instrução assembly que será usada para determinar a velocidade horizontal de saída da bola após bater nas zonas direita ou esquerda da raqueta. A sua utilização será: em que: I2OP op1,op2 - I2OP é o nome da nova instrução. É um nome genérico reservado no simulador para a implementação de uma nova instrução de 2 operandos, e tem o código de instrução (opcode) (2Fh). - op1, é a velocidade horizontal da bola (-2, -1, 1 ou 2), sendo um parâmetro de entrada e de saída da instrução. - op2, indica se a bola bateu na zona esquerda ou na zona direita da raqueta, assumindo um valor negativo no primeiro caso e positivo no segundo. 7 / 11

8 De acordo com a Secção 2.2, a funcionalidade pretendida é a indicada na tabela seguinte: op1, velocidade horizontal inicial op2, distância ao centro da raqueta Valor a retornar > 0 > 0 2 > 0 < 0 1 < 0 > 0-1 < 0 < 0-2 Desta forma, quando se detecta que a bola bateu na raqueta deverá ser calculada a distância da bola ao centro da raqueta. Caso esta esteja dentro da zona central, não é necessário alterar a velocidade horizontal. Caso contrário, bastará ser executada esta nova instrução, utilizando como segundo parâmetro a distância ao centro calculada atrás. 5 Plano de Desenvolvimento 5.1 Desenvolvimento do trabalho Sugere-se o seguinte plano de desenvolvimento: 1. Desenhe o fluxograma que descreve cada um dos procedimentos da aplicação, com especial atenção à relação entre o fluxo do programa principal e as várias rotinas de tratamento de interrupção. Estes fluxogramas e a lógica funcional do programa principal deverão ser apresentados na 1ª aula de projecto. 2. Para o conjunto de procedimentos que definiu, identifique claramente as entradas, as saídas e os registos modificados na sua execução. 3. Programe e teste minuciosamente cada uma das rotinas que efectuam a interface com os dispositivos de entrada (teclado e interruptores) e os dispositivos de saída (janela de texto, LEDs, display 7 segmentos e LCD), com especial atenção à passagem de parâmetros entre estas rotinas e o programa principal. 4. Associe as rotinas que realizam a interface com os botões de pressão do teclado com o vector de interrupção respectivo. 5. Configure o temporizador disponibilizado pelo simulador e associe o vector de interrupção respectivo com a rotina a executar periodicamente. Configure o ciclo de jogo para que este seja sincronizado pela mudança de valor de uma dada variável, modificada pela rotina de tratamento da interrupção do temporizador. 6. Realize a ligação entre os vários procedimentos, de forma a obter o comportamento desejado e especificado. 8 / 11

9 7. Embora o cálculo da velocidade de saída da bola (após bater na raqueta) vá ser realizado pela nova instrução I2OP, comece por realizar uma implementação provisória deste procedimento utilizando uma rotina escrita em linguagem assembly. Deste modo poderá iniciar, o mais cedo possível, o desenvolvimento dos vários procedimentos envolvidos no controlo do jogo. Esta rotina deverá ser substituída pela invocação da nova instrução logo após a 2ª aula de projecto. 8. Comente e indente devidamente o código desenvolvido. Inclua nos comentários referências aos fluxogramas que irá entregar para auxiliar a leitura e compreensão do programa. 5.2 Faseamento da codificação Não deve tentar codificar todo o programa de uma só vez. Implemente as várias funcionalidades do programa de uma forma faseada e efectue os testes necessários para verificar o seu correcto funcionamento. Não prossiga para a implementação de funcionalidades mais avançadas sem ter garantido que as que lhe servem de base estão correctamente implementadas. Estando o sistema a funcionar correctamente, pode incluir eventuais funções opcionais que entretanto tenha desenvolvido. 6 Plano de Entrega 1ª Aula (20 a 24 de Abril) Entrega: Fluxogramas da aplicação e dos principais procedimentos que lhe servem de base (mesmo que ainda não estejam implementados), com especial atenção à relação entre o fluxo do programa principal, os vários módulos funcionais e as rotinas de tratamento de interrupção. Demonstração: O programa a apresentar deverá fazer o desenho do cenário de jogo, a colocação dos blocos e a representação da raqueta no centro da linha 20. 2ª Aula (11 a 15 de Maio) Entrega: Microcódigo da instrução I2OP; Código assembly do programa de teste da instrução I2OP realizada. Demonstração: Execução da instrução I2OP utilizando um programa de teste que demonstre todos os casos possíveis ilustrados na tabela da Secção 4. 9 / 11

10 3ª Aula (24 de Maio a 30 de Maio) Entrega: Breve relatório com a descrição do projecto realizado, organização do programa e explicação dos aspectos mais relevantes da implementação. Na conclusão deverá ser feito um balanço do que foi realizado, com indicação dos aspectos nos quais o projecto tenha divergido do enunciado base (funcionalidades adicionais implementadas, funcionalidades não implementadas, outras variações ou divergências, etc.). Fluxogramas finais da aplicação e dos principais procedimentos que lhe servem de base. Código desenvolvido devidamente comentado e indentado (impresso frente e verso a duas páginas por face). Demonstração: Funcionamento do jogo concebido. Todas as entregas devem ser feitas num envelope identificado com o dia e hora do turno e número do grupo. A entrega final deve conter ainda: Relatório. Código impresso. Cada ficheiro deverá ser impresso utilizando 2 páginas por face, frente e verso, numeradas; sem linhas cortadas; devidamente comentado e indentado; agrafado; com a identificação do grupo como comentário na primeira página. Para tal deverá utilizar a aplicação p3print fornecida na página da cadeira. CD-ROM com o código e relatório (devidamente identificado com o número do grupo). Os projectos que sejam entregues após a data limite serão aceites com uma penalização de 2 valores por cada dia de atraso (incluindo sábados, domingos e outros dias não úteis). O calendário das discussões será acordado com o docente do turno respectivo. Para os projectos entregues atempadamente a discussão terá lugar, preferencialmente, na semana de 1 a 5 de Junho. As discussões dos trabalhos entregues fora de prazo poderão ser adiadas. 10 / 11

11 Anexo A Geração de sequência pseudo-aleatória O seguinte algoritmo gera uma sequência aparentemente aleatória de números de 16 bits, com distribuição uniforme (isto é, os números são equiprováveis), com um passo de repetição elevado: Máscara = b if (n0 = 0) /* Testa o bit de menor peso */ Ni+1 = rotate_right (Ni); else Ni+1 = rotate_right (XOR (Ni, Mascara)); Em cada invocação desta função lê-se o valor anterior Ni e gera-se um novo valor pseudoaleatório, Ni+1. A raíz desta sequência (N0 0) pode ser obtida a partir de um parâmetro que varie com o decorrer do jogo (por exemplo, o número de ciclos de programa ou ciclos de espera entre a inicialização do programa e o início efectivo do jogo. 11 / 11

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