一、项目概述

利用 Quartus 18.0 软件中的 Qsys 设计 CPU，在 Eclipse 中编写调试 C 语言代码，基于 FPGA 开发一个贪吃蛇游戏，满足单人和双人模式，支持按键和 PS2 键盘操作，并具备提示音功能，最终实现烧录镜像文件使小脚丫 FPGA 板脱机运行。

二、硬件电路需求

FPGA 开发板：选用小脚丫 FPGA 开发板，具备足够的资源用于系统开发。

按键模块：用于控制贪吃蛇移动、选择游戏模式（单人/双人）。

PS2 键盘接口：外接 PS2 键盘，实现通过键盘控制贪吃蛇移动。

喇叭：通过 FPGA 的 IO 引脚输出 PWM 波，驱动喇叭发出提示音。

其他必要硬件：如电源模块、时钟模块等，确保系统稳定运行。

三、软件设计需求

（一）Qsys 设计 CPU

使用 Quartus 18.0 软件中的 Qsys 工具，设计一个适合贪吃蛇游戏的 Nios II CPU。

配置 CPU 的指令集、寄存器组等参数，确保满足游戏逻辑处理需求。

完成 CPU 的时钟配置，保证系统运行的稳定性。

（二）Eclipse 编程与调试

游戏逻辑实现

单人模式：实现贪吃蛇的基本移动、生长、碰撞检测（撞墙、撞自身）等功能，蛇头撞到墙或自身身体则游戏失败。

双人模式：引入两条蛇，通过按键操作一条蛇，通过 PS2 键盘操作另一条蛇，实现双人对战。规则为谁的蛇头撞到对方的身体谁就失败。

游戏状态管理：包括游戏开始、暂停、结束等状态的切换，以及分数统计（可选）。

输入控制

按键控制：编写代码实现按键与贪吃蛇移动方向的映射，以及按键选择游戏模式（单人/双人）的功能。

PS2 键盘控制：实现 PS2 键盘与贪吃蛇移动方向的映射，确保键盘操作的响应性和准确性。

提示音功能

编写代码生成 PWM 波，通过 FPGA 的 IO 引脚输出到喇叭，实现成功和失败的提示音。

根据游戏状态（成功、失败）选择不同的提示音频率和持续时间，确保提示音具有明确的区分度。

代码调试

使用 Eclipse 的调试工具，对编写的 C 语言代码进行逐行调试，检查变量值、程序流程等，确保代码的正确性和稳定性。

修复在调试过程中发现的逻辑错误、语法错误等，优化代码性能。

四、功能要求

（一）基本功能

贪吃蛇移动：蛇能够按照设定的方向移动，移动速度可调节（可选）。

食物生成与吃掉：在游戏区域内随机生成食物，蛇头吃到食物后蛇身增长。

碰撞检测：检测蛇头与墙壁、自身身体的碰撞（单人模式），以及双人模式下蛇头与对方身体的碰撞。

游戏状态显示：通过开发板上的 LED 等显示游戏状态（如游戏进行中、游戏结束）。

（二）提高功能

双人对战模式：实现两条蛇的双人对战，通过按键和 PS2 键盘分别操作两条蛇，增加游戏的趣味性和互动性。

游戏模式选择：通过按键选择单人模式或双人模式，提供不同的游戏体验。

提示音功能：在游戏成功、失败时发出提示音，增强游戏的沉浸感。

烧录镜像文件：完成代码编写和调试后，烧录镜像文件到 FPGA 开发板，使开发板能够脱机运行，掉电后再上电不丢失原先下载的数据，确保游戏的可移植性和稳定性。

五、开发流程

硬件搭建：根据设计要求搭建硬件电路，确保按键、PS2 键盘接口、喇叭等硬件连接正确。

Qsys 设计：在 Quartus 18.0 中使用 Qsys 设计 Nios II CPU，配置相关参数并生成硬件设计文件。

Eclipse 编程：在 Eclipse 中创建项目，编写贪吃蛇游戏的 C 语言代码，实现游戏逻辑、输入控制、提示音等功能。

代码调试：使用 Eclipse 的调试工具对代码进行调试，修复错误，优化性能。

硬件测试：将编译好的程序下载到 FPGA 开发板，进行硬件测试，确保游戏功能正常运行，按键、PS2 键盘、喇叭等硬件能够正确响应。

烧录镜像文件：完成硬件测试后，烧录镜像文件到 FPGA 开发板，测试脱机运行功能，确保开发板掉电后再上电仍能正常运行游戏。

六、注意事项

在设计硬件电路时，注意电路的稳定性和可靠性，避免出现短路、接触不良等问题。

编写代码时，遵循良好的编程规范，注重代码的可读性和可维护性，添加必要的注释。

调试过程中，仔细观察程序运行情况，及时发现并解决问题，避免出现程序崩溃、死机等情况。

烧录镜像文件时，严格按照开发板的烧录流程操作，确保烧录成功，避免损坏开发板。