Pong Fpga

Sobre

Este projeto foi requerido pela disciplina de circuitos digitais 2, a qual pertence a grade curricular do curso de Engenharia da Computação da Universidade Federal do Recôncavo da Bahia. O referente projeto encontra-se disponível neste repositório, dispondo de todos os códigos desenvolvidos no decorrer deste projeto.

Pong-FPGA

O Pong é um jogo eletrônico de esporte em duas dimensões que simula um tênis de mesa. Nele o jogador controla uma barra vertical presente no lado esquerdo da tela, movendo-a verticalmente. O objetivo do jogo é fazer com que o jogador usem a barra para acertar a esfera (bola) e mandá-la para o outro lado.

A placa utilizada para desenvolvimento do projeto Pong-FPGA foi a Altera DE2-115. Após a sintetização do projeto na placa, utiliza-se o switch 0 para dar inicio ao jogo. O controle da barra é realizado através do push-button 3, para movimento vertical superior, e o push-button 2, para movimento vertical inferior.

O Projeto

O desenvolvimento do projeto teve inicio a partir da criação do controlador de vídeo VGA (Video Graphics Array), o qual, através do uso de contadores, gera o sincronismo de vídeo necessário para o posicionamento das imagens apresentadas no monitor. A Figura a seguir, apresenta o diagrama de blocos do projeto.

Desenho do jogo

Esta etapa do projeto baseou-se na especificação do controlador para realizar o desenho das telas principais do jogo, a tela de apresentação e a tela de inicio do jogo. A resolução adotada para o projeto foi a de 640x480 pixels. Posteriormente se fez necessário definir as posições iniciais e finais, em coordenadas cartesianas (x,y), de cada elemento, textual e/ou gráfico e estabelecer os limites de movimento.

Controle da barra

Para realizar o controle de movimento da barra foi desenvolvido um módulo, chamado de movBola. Este módulo é responsável por inicializar a barra nas coordenadas iniciais, bem como, realizar extrair a informação de posicionamento dos elementos da barra, a fim da reutilização nos módulos posteriores.

Para o controle da intensidade do movimento da barra, isto é, a quantidade de incremento ou decremento vertical que a mesma terá, utiliza-se um módulo contador. Ao pressionar o push-button o módulo contador emitir um sinal positivo, indicando o incremento e/ou decremento.

Colisão

Após a etapa de desenho do jogo em tela e geração dos movimentos individuais dos elementos do jogo, tornou-se necessário proporcionar interação entre estes elementos, de modo que, ao existir contato entre dois elementos, como por exemplo a bola e a barra, fosse produzida uma reação capaz de alterar o contexto atual do jogo.

Colisão Bola-Barra

A barra foi desenvolvida levando em consideração diferentes intervalos, sendo estes intervalos responsáveis por gerarem reações distintas na bola dada uma colisão, por exemplo, a parte superior da barra foi definida de modo que ao entrar em contado com a bola, fosse produzida uma alteração na orientação e sentido da bola, sendo assim direcionada à parede superior da arena.

Colisão Bola-Parede

A colisão entre a bola e a parede consta da verificação do sentido da bola, ou seja, se a bola está se movendo da direita para esquerda, toda colisão da bola com a parede superior, deve resultar no decremento das coordenadas y da bola, semelhantemente, a colisão da bola com a parede inferior, deve resultar no incremento das coordenadas y da bola.
De maneira análoga, o resultado das colisões para a bola movendo-se no da esquerda para direita é: incremento das coordenadas y da bola ao colidir com a barra inferior e decremento das coordenadas y da bola ao colidir com a barra superior.

Arquitetura de projeto

Este jogo apresenta diferentes cenários possíveis. Mediante a posição em que a bola choca com a barra diferentes reações no que desrespeita ao movimento seguinte da bola poderá vir à acontecer. Entretanto este não é o único cenário possível, ao ocorrer uma colisão entre a bola e a parede, torna-se necessário avaliar o sentido ao qual a bola percorria no momento anterior, de modo que a configuração anterior produzirá impacto direto na reação seguinte. Visto a complexidade desta Arquitetura, abaixo segue a máquina de estado que rege as ações deste jogo, afim de facilitar o entendimento arquitetural do mesmo.

Ao percorrer a máquina de estados descrita acima é possível examinar todos os estados possíveis do jogo. Uma vez que cada estado possui pelo menos uma transição possível. Desta forma o resultado em termos visuais pode ser descrito da seguinte forma:

Resultados da síntese

Os resultados obtidos através da síntese do projeto Pong-FPGA na placa Altera DE2-115, no que se refere ao uso dos recursos da placa, bem como, a pinagem oferecida pela mesma são:

Total de Elementos lógicos: 1.039
Elementos lógicos modo normal: 567
Elementos lógicos modo aritmético: 463
Funções combinacionais: 1.030
Registradores: 179
Pinos I/O: 108
Fan-out total: 3.690

Pong em FPGA

Descrição do projeto de desenvolvimento de um jogo pong utilizando FPGA.