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基于HMI的Lua游戏设计——实现俄罗斯方块

一、引言

随着工业制造技术的发展，HMI（人机界面）的应用场景愈加广泛，在能源、汽车、医疗、工控、充电桩等领域都有涉及。拓普微的智能液晶显示模块，能简单迅速地实现人机交互界面，外部系统只需使用简单的串口指令就能完成复杂的显示。

智能显示模块支持脚本语言，Lua语言规范简练、体积小、易于嵌入使用，所以适用领域非常广泛，很多应用程序、游戏使用Lua作为自己的嵌入式脚本语言。拓普微的智能液晶显示模块利用Lua语言使用简单的指令就能创建出功能丰富的人机界面，大大缩短了产品开发时间。本文将介绍智能显示模块HMT070ETD-C如何通过上位机设计界面与Lua脚本的配合，实现一款家喻户晓的游戏——俄罗斯方块。

二、需求分析

1、明确俄罗斯方块游戏规则

游戏会在7种类型的方块（T型、S型、Z型、L型、反L型、线型、方型）中随机生成1种，然后自上往下移动，玩家在方块移动期间通过“上下左右”改变方块降落位置，或旋转方块形状。然后根据定时控制，将方块停留在底部不可移动的位置。最后检查每一行的方块填充是否完整并消除，增加得分。

2、Lua程序设计

参考俄罗斯方块游戏规则：

①定义游戏中必要的数据结构；

②构建相关的处理函数；

③完成游戏的主循环逻辑。

3、HMI界面设计

由于该设计基于HMI串口屏开发，因此需要考虑：

①界面风格设计；

②方块如何匹配与Lua中的数据结构；

③上下左右按钮如何关联功能；

④得分数据显示刷新。

三、Lua程序设计

嵌入至HMI界面的Lua程序主要实现“俄罗斯方块”的以下功能板块：

1、游戏场景数据结构

1.1搭建游戏场景

构建函数：function Scene:ctor()

输入：场景名

输出：12x21方块的场景

说明：以数组的形式存储方块显示的数据

1.2定义方块数据结构

定义数组：cBlockArray[]

说明：构建三维数组，数组中定义7种方块类型（T型、S型、Z型、L型、反L型、线型、方型），以及7种方块的4个旋转形态。该数组用以下落时的方块刷新显示使用。

1.3场景内方块显示与清除

构建函数：function Scene:Set(x,y,value)

输入：“x,y”输入场景内方块坐标，“value”显示控制，“1”时显示“0”时不显示

输出：方块的显示与清除效果

算法说明：该函数是游戏的基础函数，场景中所有方块的显示与清除通过调用该函数实现。衍生清行、清屏函数有function Scene:ClearLine(y)  、function Scene:Clear()

1.4场景内方块坐标获取

构建函数：function makeKey(x,y)

输入：“x,y”输入场景内方块坐标

输出：HMI中对应方块的地址

算法说明：①判断输入的“x,y”坐标是否在符合场景区域；②该函数用以获取方块坐标的实际对应的地址，返回的地址将用于HMI中实际方块的显示清除控制。衍生函数function Scene:Get(x,y)用以判断移动、变形、放置时是否合法。

2、游戏功能算法设计

2.1随机生成方块

调用函数：math. random()

说明：随机数学函数选取方块类型生成。

构造函数：function BlockPrint(index,trans)

说明：将下一个方块信息显示在左侧提示框。

2.2方块检查

function RawPlace(index,trans,scene,newX,newY)

输入：方块、形态、场景、X、Y坐标

输出：生成的方块放置到游戏场景后，更新场景

算法及说明：由新的方块进入游戏场景时调用此函数。①对新进入游戏的方块、或移动时方块进行检查，可以放置则更新方块坐标返回True，不能放置则返回False。

2.3方块移动（左、右、加速下降）

构造函数：function Block:Move(deltaX, deltaY)

输入：方块以及方块的移动方向，“deltaX”左右移动控制，“deltaY”向下移动

输出：移动后的方块位置

算法及说明：对正在下落的方块进行操作时调用此函数。①根据参数“deltaX”和“deltaY”依次对方块中所有坐标左移、右移、下降操作；②调用方块检查函数，判断移动是否合法。

2.4方块旋转变形

构造函数：function Block:Rotate()

输入：正在下降的方块

输出：变形后的方块位置

算法及说明：对正在下落的方块进行操作时调用此函数。依据方块类型，调用检查函数，判断变形后方块坐标是否合法。然后更新变形后的方块坐标。

2.5定时操作、延时操作

调用函数：hmt.gettick()进行定时，hmt.delayms()进行延时。

说明：这两个函数由HMI库函数提供

hmt.gettick()获取HMI屏幕系统运行时间，返回时间的单位“ms”，此处用以定时使用，如判断按钮长按、方块下降速度控制；

hmt.delayms()为HMI屏幕系统延时函数。输入的时间单位“ms”。

2.6、场景中方块下降完成后，检查场景

构造函数 function Block:Check()

输入：游戏场景中的所有方块数据

输出：消除方块后的场景，增加得分，根据得分数调整方块下落时间

算法及说明：当场景中添加方块后，调用此函数。①检查场景中是否存在可以消除的行；②存在时消除，将上方的方块下移相关数量；③刷新得分，调整下落速度。

2.7、游戏结束，初始化场景

构造函数 function Block:lifeDown()

输入：游戏场景中的所有方块数据

输出：初始化场景，清空方块，清空得分，初始化方块下落时间

算法及说明：判定游戏结束时调用此函数①执行方块全显函数；②清空全显的方块；③归零得分，调整方块下落时间为初始值。

四、HMI界面游戏界面设计

1、游戏场景设计

设计游戏界面UI，包括俄罗斯方块活动场景，下一方块类型提示区、得分区、下方按键区；

①俄罗斯方块活动场景，方块活动宽高比“12：21”

②下一方块提示区，采用“4x4”矩阵显示

③得分区，显示游戏内取得分数

④下方按钮区，标识“上下左右”4个按钮

2、游戏方块设计

模拟像素的产生，使用了变量图标显示单个方块，每个方块使用一个变量地址控制，当变量置1时显示方块，变量不为1时不显示该方块。方块使用图标 “ ”显示。

3、按钮功能设计

模拟“上下左右”按钮控制功能，使用HMI的触摸键功能替代，每个触摸键都关联相应的地址，配合Lua脚本中回调函数，实现游戏中“上下左右”移动及方块变形的功能。

4、信息框，下一方块提示及分数显示

显示下一随机方块，随机方块显示使用HMI中的变量图标“ ”实现，提示区的变量图标数量为“4x4”；

得分数使用HMI中的数字控件关联相应变量显示。

五、总结

如图所示，为《俄罗斯方块》的游戏显示效果，综合测试表现功能运行正常。智能显示模块的芯片处理速度快，期间游戏界面刷新无卡顿，方块变形移动正常，“上、下、左、右”触摸反馈迅速，功能运行稳定可靠，而且上面这些都是在智能显示模块上独立完成， 无需外部协助。

在Topway智能显示模块上采用上位机工具结合Lua脚本的开发方式，对于用户进行界面开发和功能设计都大有裨益，实现一些普通串口屏做不到的功能。该方式能充分利用智能显示模块的处理能力，将主板中的一些程序功能移植到Lua脚本中实现，可以减少主板的指令解析处理，降低串口通讯压力，能大幅缩短产品开发周期，节省成本。