基于ARM和WinSock的多人对战游戏平台设计

游戏不仅能开发人的智力，使人头脑反应灵敏，还能满足人的精神需求(如冒险、创造力、情感等)，极具娱乐性和趣味性，深受人们的喜爱。随着消费类电子产业的蓬勃发展，越来越多的嵌入式电子产品走进了千家万户，催生出了诸如GBA(Game Boy Advance)、PSP(Play-Station Portabk)以及最近才在我国上市的iPad等一大批专业的并且销量惊人的明星级移动娱乐游戏设备。

然而上述游戏平台通常造价昂贵，且不具有开放性。例如备受推崇的PSP，开发授权问题和昂贵的专用开发套件(软硬件)使得PSP游戏的开发门槛很高。这在很大程度上限制了这些游戏平台的普及。如果利用通用的处理器和常用的嵌入式操作系统(如WinCE、Linux等)构建一种基于以太网或者无线以太网的便携式的游戏机。则可以吸引大量熟悉C／C++嵌入式编程的工程师或发烧友制作出各种精彩的游戏，这必将极大地推动这种游戏平台的普及。而且将平台进行功能裁剪和批量生产后成本较低，对于中低收入人群来说将是极佳选择，市场潜力无穷。

本文详述了这种游戏平台的硬件构建、互联对战游戏开发框架和流程，以及从Win32到WinCE进行代码移植的整个开发过程，并记录了开发过程中积累的经验，具有很高的借鉴价值。

1 硬件平台

硬件平台架构如图1所示。

S3C2410是Samsung公司推出的16／32位RISC处理器，为手持设备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。

S3C2410采用了ARM920T内核，0．18μm工艺的CMOS标准宏单元和存储器单元。它的低功耗、精简和出色的全静态设计特别适用于对低成本和功耗敏感的应用。ARM920T实现了MMU，AMBA BUS和Harvard高速缓冲体系结构。这一结构具有独立的16 kB的指令Cache和16 kB数据Cache，每个都由8字长的行构成。

2 套接字编程

2．1 WinSock基础

WinSock是Windows Sockets的缩写，是Windows环境下广泛应用的、开放的、支持多种协议的网络编程接口规范。这里主要使用TCP／IP协议族实现通信。

基于TCP／IP的套接字有流式套接字(SOCK_STREAM)、数据报式套接字(SOCK_DGRAM)、原始式套接字(SOCK_RAW)3种类型，如图2所示。

TCP协议是面向连接的网络协议，它的连接步骤较多，而且当检测到数据包丢失或错误时，会要求发送端重新发送，这样一来就不可避免地引起了传输延时。

UDP协议面向无连接服务，每个分组都携带有完整的目的地址，操作简单，且无传输延迟，比较适合要求不高的游戏通信。它的通信时序如图3所示。

2．2 应用程序接口函数

1)加载套接字库AfxSocketlnit()

布尔型，参数缺省值为NULL，在程序结束前自动调用WSACleanup清除套接字。

2)创建套接字socket()

用于创建指定类型的套接字，流式(TCP协议)SOCK_STREAM或数据报式(UDP协议)SOCK_DGRAM。[page]

3)绑定本地地址bind()

将套接字地址(包括本地主机地址和本地端口地址)与所创建的套接字号联系起来，即将名字赋予套接字，以指定本地半相关。

4)接收recvfrom()

在套接字指定的已连接的数据报或流套接字上接收输入数据。

5)发送sendto()

在套接字指定的已连接的数据报或流套接字上发送输出数据。

3 Win32下五子棋程序设计

3．1 游戏设计思路

游戏开始前有一系列引导步骤，让用户选择游戏模式，并作相应的初始连接，如图4所示。这些引导步骤可通过添加一系列对话框资源来实现。完成之后进入选择的游戏模式。

对于单人五子棋游戏，即人机对战，只需要一个应用程序。当用户鼠标左击棋盘时，程序先在相应位置处画棋子，然后执行电脑方策略，实现对战。

对于双人五子棋游戏，则需要先运行一个服务器端程序，然后两个用户分别运行一个客户端程序，并与此服务器相连。游戏进行过程中，由服务器执行游戏策略，客户端程序只负责采集鼠标信息和显示棋子。我们让用户A在游戏平台A上运行服务器端程序，紧接着运行客户端程序，并与服务器建立Socket连接；然后告诉用户B服务器的IP地址，让其在平台B上运行客户端程序，并与服务器建立Socket连接；连接成功后就可以开始游戏了。

3．2 单人游戏

建立MFC工程，选择创建单文档类型的应用程序。添加对话框资源用于选择游戏模式，并在View类构造函数中DoModal()。

进入单人模式后的程序开发流程如图5所示。

对于某些步骤需要作详细说明：


3)判断游戏是否结束

在Doc类中定义私有性质的成员变量int state[15][10]；，用于记录棋盘上每一格的状态：无棋(值为0)、用户方棋(值为1)、电脑方棋(值为2)，初始值是0。游戏过程中，某一方落棋后立即给state数组对应成员赋值，下标可由鼠标左键消息响应函数的CPoint point参数转换而来。

对于棋盘上每一个坐标点(i，j)，沿东西、南北、东南西北、东北西南四个方向扫描五个沿途点的状态值，若发现五个相同状态相连，则该状态(用户方或电脑方)的棋手获胜，游戏结束。[page]

4)电脑方下棋策略

对于棋盘上每一个坐标点(i，j)，扫描它的状态值state[i][j]，一经发现不为0，就以此点为起点，沿东、南、西、北、东南、西南、东北、西北8个方向搜索5个棋位。

事先定义针对每个点、每个方向的8个整型数组(初始值赋为0)：

对于坐标点(i，j)，搜索过程中若遇到具有相同状态的点(m，n)，则对应方向数组的[i][j]成员的值增加，遇到不同状态点则减小。保存8个中绝对值最大的。

上述操作完后，比较所有点存的值，绝对值最大的说明以该点起始的某个方向己方棋子相连较多，或者对方棋子相连较多，最适合落子。

3．3 双人游戏

从游戏开始到结束，客户端与服务器的交互过程如图6所示。


3．3．1 服务器端程序

创建基于对话框的MFC工程。

在App类的BOOL InitInstance()中加载套接字库：AfxSocketInit()；
在Dlg类的BOOL OnInitDialog()中初始化套接字，包括新建和绑定套接字：socket()、bind()；
在对话框上画两个按钮控件：“连接用户”和“开始游戏”。
开发流程如图7所示。

对于某些步骤需要作详细说明：

1)开辟线程

如果让服务器一直recvfrom()，则主线程将一直执行此函数，造成消息拥堵，从而导致其他事件难以响应，因此选择开辟新线程在后台接收客户端信息，合理分配系统资源。

开辟线程的过程如下：

①定义要传送给线程的全局性质的结构体RECVPARAM，成员为Dlg类指针类型变量。
②定义RECVPARAM结构体变量pRecvParam，并把当前工程的Dlg类指针赋给其成员；创建线程，把pRecvParam传递给线程；然后关闭线程。
③在线程回调函数中接收传递来的变量pRecvParam，然后就可以调用Dlg类的成员来实现功能。[page]

2)信息格式

①客户端连接信息
格式随意的字符串，目的是让服务器端接收到数据，从而发现客户端IP地址。我们发的是“0000”。
②客户端下棋信息
信息格式：用户标识(1位)、落子横坐标(2位)、落子纵坐标(2位)。
其中，用户标识位1代表先手(白方)，0代表后手(黑方)。
③服务器端发送信息
指导客户端画棋子以及显示状态。
信息格式：用户标识(1位)、落子横坐标(2位)、落子纵坐标(2位)、游戏状态(1位)。
其中，前5位与从客户端接收的相同：游戏状态位1表示游戏结束，0表示游戏未结束。

3．3．2 客户端程序

创建基于单文档的MFC工程。

在App类的BOOL InitInstance()中加载套接字库：AfxSocketInit()；
添加对话框资源CDlgMode，用于选择游戏模式：
添加对话框资源CDlgLink，用于连接服务器；并在其上画一个IP地址控件，用于填写服务器IP；在确定按钮的响应函数中初始化套接字socket()、bind()，并向服务器发送连接请求sendto()；
在View类构造函数中将模式选择对话框DoModal()，选择进入双人模式，之后的程序开发流程如图8所示。


4 代码移植

4．1 WindowsCE简介

Windows CE是基于Win32 API重新开发的新型信息设备平台，具有模块化、结构化和基于Win32应用程序接口以及与处理器无关等特点。大量用户对于Windows操作方式和编程的熟悉，是Windows CE作为嵌入式操作系统迅速发展的最大的优势，也是选择的原因。

4．2 代码移植

安装WinCE5．0的标准SDK，在VS2008开发环境下创建智能设备的MFC工程，选择基于对话框或单文档的应用程序，并选择刚刚安装的标准SDK平台。工程创建完成后，将在Win32下开发的代码按同样的方式转移过来，然后编译，修改错误。

WinCE是Unicode环境，尽管WinCE支持ASCII功能来进行文件交换，但是WinCE的本地文件格式是Unicode。所以，要将字符串转换为UmcMe才能使用。另外就是代码移植过程中丢三落四的粗心错误。以下列举代码移植过程中遇到的问题及解决方法：

1)某些函数发生变化，不再识别ASCII码字符或字符串，例如MessageBox，其字符串参数必须经_T(“”)转换成Unicode；另外Cstring类不要轻易使用；
2)某些功能使用不同函数，例如整型转字符串型，由函数itoa变为_itoa_s；
3)智能设备项目中没有IP地址控件，用编辑框代替，多了些字符串拼接、转换的工作；
4)不要忘了使客户端与服务器端的端口号保持一致。

5 硬件调试及结果

5．1 PC与ARM板连接

1)平台连接

通过网线相连，然后指定网关地址和IP地址。指定方法如下：本地连接一>点右键看属性—>双击“Internet协议(TCP／IP)”一>使用下面的IP地址，自己填写即可。特别注意，当两台机器直接用网线相连而不使用路由器时，必须同一个网关才可实现数据交换。可通过ping命令测试网络是否连通。

2)运行游戏

利用同步软件Microsoft AcfiveSync将开发的WinCE5．0下游戏程序传到ARM平台中，即可在上面运行。

5．2 ARM板与ARM板连接

与上述过程类同。

6 结论

经实际操作验证，这种多人游戏开发方式(多线程)使得资源占用率很低，S3C2410处理器完全可以胜任，整个游戏运行流畅。游戏平台可以通过有线方式互联，也可以通过无线方式互联，操作简单，使用方便。而且这种游戏平台具有很高的开放性，利用上述的开发框架可以轻易开发出更多更好玩的游戏。