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摘 要

Super Mario是任天堂的一款单机游戏，自1985年发布以来，深受广大游戏玩家的喜爱。

本设计采用FPGA平台仿制Super Mario，使用VGA接口输出游戏图像，探究在高度并行的FPGA平台上实现游戏系统的可行性。在本设计中采用了多个独立状态机控制游戏的各个进程，简化了活动块的碰撞逻辑和运动方式。本设计中仿制、还原了初代游戏中的元素，如蘑菇、乌龟、金币等的控制，地形也参考了原游戏的第一个场景。画面风格依旧采用初代的像素风格，采用单一图层的显示算法，能清晰流畅显示图像。但本设计没有设计出实现初代游戏中的惯性这一机制的控制算法，因此活动块的显示显得相对僵硬。

关键词：Super Mario；FPGA；VGA

Super Mario game design based on FPGA

Abstract

Super Mario, a single-player game from nintendo, has been popular with gamers since it was released in 1985.

This design USES FPGA platform to copy Super Mario Bros, and USES VGA interface to output game images to explore the feasibility of implementing the game system on the highly parallel FPGA platform. In this design, multiple independent state machines are used to control each process of the game, which simplifies the collision logic and motion mode of active blocks. This design imitates the original game elements, such as mushrooms, turtles and gold COINS. The terrain also refers to the first scene of the original game. The style of the picture still adopts the original pixel style, and adopts the display algorithm of a single layer to display the image clearly and smoothly. However, this design has not designed a control algorithm to realize the mechanism of inertia in the primary game, so the display of active blocks appears relatively rigid.

Keywords：Super Mario;FPGA;VGA

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 Super Mario Bros介绍 1

1.2 国外游戏机硬件平台的发展和游戏图形硬件的发展 1

1.3 国内游戏市场 2

1.4本课题的研究内容 2

1.5本课题研究意义 3

第二章 系统需求与可行性分析 4

2.1 需求分析 4

2.2 可行性分析 4

第三章 系统设计 6

3.1系统开发环境与硬件平台 6

3.2系统总体结构 6

3.3 图形显示方案 7

3.4 按键输入接口 11

3.5 主要游戏控制电路模块实现 11

3.6显示接口驱动模块 21

3.7主要代码 24

第四章 实现结果测试 25

4.1 软件分析报告 25

4.2 开始结束界面 26

第五章 总结与展望 30

5.1完成的主要工作 30

5.2未来研究展望 30

参考文献 31

致谢 33

附录 34

第一章 绪论

1.1 Super Mario Bros介绍

1985年，FC发布一个月后，Super Mario Bros即在FC平台登场（超级玛丽是台湾盗版商起的错误译名）。这款游戏作为最初一代的主机游戏，采用了游戏角色，游戏剧情，场景切换，操作性，地图彩蛋，BOSS等对后来人产生极大影响的制作概念。受限于当时技术，卡带容量有限且价格高昂，初代超级马里奥兄弟被塞进仅40KB的卡匣之中。早期的游戏图像以像素矩阵图展现，为了节省硬件资源，游戏的任何细节都需通过精打细算的规划。改变配色，翻转图像，对称图像，都用以节省存储空间。

初代Super Mario Bros采用汇编语言实现。在当时8位机平台中数据精度较低，游戏中存在许多设计意愿之外的BUG,但这是这些BUG，大大地丰富了游戏的可玩度，这些丰富的自由度极高的玩法，直到如今任然被玩家们铭记，也在各大模拟器平台占有一席之地，足可见超级玛丽在游戏玩家心中的地位。

1.2 国外游戏机硬件平台的发展和游戏图形硬件的发展

初代家用游戏机平台FC（Family Computer）是由任天堂公司发布。在掌声游戏机的发展历程中，可能没有公司敢自称比任天堂的贡献更高了。任天堂在技术和游戏玩法的挖掘上都不甘落后，引入了诸如十字键，锁区和防盗验证，电池保存，摇杆，双屏操作，裸眼3D，体感，手柄屏幕操作等技术和概念。在家用游戏主机领域，任天堂和索尼还共同开发了PlayStation。任天堂公司堪称游戏机界的半壁江山。2017年，任天堂发布的Switch游戏机，主机采用了家用掌机的一体化设计，一时间风头无二。

早期的游戏机主机为了提高性能（主要是图形性能），没有采用统一标准的芯片，除了导致编程困难，不同游戏平台间的游戏也难以移植。近年来，游戏图形硬件得到了极大的发展。1989年，英伟达公司成功研制出现代GPU,标志着GPU研发的历史性突破成为现实。相比与最初的游戏机平台，现代游戏主机平台集成度，性价比更高。游戏机同一标准是PS3和XBOX360这代才开始的，通过AMD公司定制的游戏机专用GPU，在2400元人名币左右的价位，玩家就能体验到极其高画面质量的游戏。与CPU设计目标不同，GPU最开始就是作为图形加速卡出现的。GPU采用了数量众多的计算单元和超长的流水线.但相对于CPU来说，GPU控制逻辑非常简单。GPU通过极多的线程数，完成极大量但技术含量不高的计算。与此同时，GPU的能耗相对来说也极高，相对能耗较低的英伟达GPU，用于游戏的基础款能耗一般也在100W左右，AMD相对更高但价格便宜。对于主机或者PC平台的玩家来说，并不是很大的问题，但能耗对于移动端的玩家来说简直是一个灾难。

1.3 国内游戏市场

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