nasm汇编实现贪吃蛇

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0. 前言

出于汇编语言课程设计要求，设计一个由nasm汇编语言编写的贪吃蛇程序，可在“裸机”上运行。

详细代码见github。

1. 需求分析

  • 一个正常的贪吃蛇程序
  • 由nasm汇编语言编写
  • 在“裸机”上单独运行，或由自创加载器加载运行

2. 数据结构设计

需要设定的全局变量如下：

  • snake: 蛇身，由N个结点组成(由于纯汇编只有静态数组，所以必须固定蛇身长度的上限进行内存分配)。每个结点4字节，包含的数据如下：

    • 结点位置：
      • 行号，1字节
      • 列号，1字节
    • 方向，1字节
    • 图案，1字节

  • snake_len: 蛇长度，4字节

  • dir: 方向，1字节

  • speed: 蛇前进速度，1字节

  • fruit_pos: 果子位置，2字节：

    • 行号，1字节
    • 列号，1字节

  • score: 分数，4字节

  • xxx_msg: 各类提示信息，字符串形式

  • is_game_over: 游戏是否结束，1字节

全局常量如下：

  • snake_len_max: 蛇身最大长度
  • snake_head_pat: 蛇头图案
  • snake_node_pat: 蛇身结点图案

3. 程序流程架构

在贪吃蛇程序中，应该包含两个“线程”，线程A负责等待用户按键，线程B负责 snake 的前进、检查、更新等操作。

两个线程不受另一方影响，比如线程A在等待用户按键而停滞时，线程B会让 snake 不断前进。

那么问题来了，汇编怎么实现多线程呢？

其实，我们平时遇见的多线程(多进程)，本质上是快速交替运行的程序。而在某一个时刻，只有一个程序在CPU运行，但由于快速(毫秒级)交替运行，所以我们看起来像是同时运行的。究其本质，是由操作系统根据一个定时器中断，每过一会儿(毫秒)就帮我们切换运行程序，从而营造出来的假象。(不考虑多CPU)

所以，问题的关键在于定时器中断。首先，它并不是由操作系统提供，而是由硬件产生，所以在没有操作系统的“裸机”上，也能实现多线程/进程。

综上所述，我们只需要将线程B交给定时器中断调用，而线程A由自己运行，那么就可以实现两者同时运行、互不影响。

在下述流程中，Begin即线程A，new_int_1CH即线程B。

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Begin:
    clear() 清屏
    printStr() 打印提示信息
    等待用户按键。。。
    设置 new_int_1CH() 函数为 INT 1CH 中断程序。使得每过一段时间就会执行 new_int_1CH() 函数
    while 全局变量 is_game_over == 0:
        等待用户按键。。。
        根据按键设置全局变量 dir
    printStr() 打印游戏结束信息
    retf

new_int_1CH:
    snakeMove() 蛇前进
    snakeShow() 显示蛇
    snakeCheck() 检查蛇是否撞到自己或者边界
    if 撞到:
        还原 INT 1CH 中断程序(在关中断的环境下进行)
        设置全局变量 is_game_over = 1
    else:
        if 吃到果子:
            蛇尾结点++
            蛇长度++
            分数++
            速度++
            fruitShow() 显示下一个果子

自顶向下设计，不考虑子函数的实现细节。

4. 难点分析

  • 定时器，定时移动snake
  • 生成随机数

解决方案：

  • INT 8定时器中断，每过55ms就会被触发一次。在INT 8中断程序中，会调用INT 1CH中断，而原本的INT 1CH程序只包含一条返回语句。所以，只需重写INT 1CH中断程序，即可实现定时器功能。

  • 获取随机数：

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    mov ax, 0h					; 间隔定时器
    out 43h, al					; 通过端口43h
    in al, 40h
    in al, 40h
    in al, 40h					; 访问3次，保证随机性
    mov bl, 20
    div bl						; ax/bl(20) = al......ah
    mov al, ah					; 余数
    mov ah, 0
    add al, 1					; 1-20的随机数

5. 具体实现

代码见github。

由于生成的贪吃蛇二进制程序超过512字节，不能单独做为MBR程序，所以需要由加载器加载，方能运行。

加载器代码见dou-loader。

运行截图如下：

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输入7，进入贪吃蛇程序：

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Enter键开始：

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按w,d,s,a键，上右下左移动贪吃蛇。撞到边界或者自身，游戏结束：

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6. 心得

项目总结：

  • 贪吃蛇程序的分析——2小时
  • 编写贪吃蛇程序——8小时
  • 代码行数——580

此次项目的完成进度超出预算，其原因如下：

  • 前期基础准备，加载器、时钟中断、键盘中断、IO中断等程序的编写，充分锻炼了汇编代码编写能力。
  • 编码前的项目程序分析十分关键，这使得编码有目的、有依据，而不是凭空想象。其实，这就是软件工程的作用之处，需求分析、概要设计、详细设计、难点解决等。
  • 相对完善、便于理解的注释，一手编码一手注释，很关键。