瑞萨MCU杯第八届立创电子设计开源大赛正式落幕，最终获奖项目正式出炉！本文介绍的是：本届大赛一等奖项目《AtomBoy游戏机》。

本文作者：瑞萨MCU杯第八届立创电子设计开源大赛选手@传说哥，禁止商用，未经许可禁止转载。

1、项目功能介绍

这是一款信用卡大小，基于瑞萨MCU的小型游戏机，OLED屏128*64分辨率，内置七款小游戏，可充电350毫安时锂电池，工作电流约15mA，待机电流小于100μA。板载daplink。

内置游戏

• [x] 恐龙游戏


• [x] 像素鸟


• [x] 贪吃蛇


• [x] 五子棋


• [x] 2048


• [x] 太空侵略者


• [x] IKUN

• [x] 超长待机


• [x] 待机时保存游戏进度

2、硬件部分

电路

  

结构

电路板四角粘贴磁铁，面板同样粘贴磁铁，通过磁吸，夹住3D打印夹层。
磁吸的设计使外壳上没有螺丝固定，并且易拆卸。
目前3d外壳无法导出，等待立创eda修复bug。该bug与侧面开孔有关，删除侧面开孔后可导出，但usb接口的开孔也随之消失。临时的解决方案是3d打印到手后手动打磨。
已用SolidWorks重画，见附件。

3、软件部分

代码获取

代码托管在github上：https://github.com/liux-pro/AtomBoy
另外，daplink固件使用@XIVN1987大佬的固件，他的开源地址是https://github.com/XIVN1987/DAPLink

为板载的DAPLINK烧录固件

下载并安装WCH单片机烧录工具

如图所示选择ch32烧录，图中第六步选择附件的CH32V203_DAPLink_aa14c15.hex

短接pcb上的DAP BOOT触点。

通过usb数据线插入电脑，软件会自动烧录daplink固件。

至此DAPLINK已就绪。

编译AtomBoy

使用了瑞萨RASC生成基于cmake组织的工程文件，需使用ARM GCC编译。如果要在自己的电脑上编译，首先安装好cmake,ninja，然后下载ARM GCC，执行如下编译命令。

假设gcc工具链解压到了D盘根目录。

cmake -B build -G Ninja  -DCMAKE_FIND_ROOT_PATH=D:/gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.10-win32/gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.10/bin
cmake --build build

烧录AtomBoy

由于板载了DAP-LINK，不需要使用外置烧录设备，预先装好python3，通过pip安装pyocd。

pip install pyocd

之后usb链接电脑后，通过板载daplink直接烧录程序。

cmake --build build  --target flash

模拟器

为方便调试，避免每次修改都要重新烧录，额外写了一个模拟器使大部分代码可以在电脑上运行。

1. 装好 msys2 环境


2. （可选）使用 msys2-mingw64 执行sed -i "s#mirror.msys2.org/#mirrors.ustc.edu.cn/msys2/#g" /etc/pacman.d/mirrorlist*切换国内源


3. 使用 msys2-mingw64 执行pacman -S mingw-w64-x86_64-SDL2，安装SDL2


4. 使用 msys2-mingw64 执行pacman -S mingw-w64-x86_64-toolchain cmake make ninja git，安装编译器等


5. cd emulator && cmake -G Ninja -B build


6. cd build && ninja


7. ./AtomBoyEmulator.exe
8. 
   

使用CLion

使用CLion能加快开发效率，避免手动敲命令。

说不明白，看视频吧。视频中演示了如何编译，烧录，如何使用模拟器。https://www.bilibili.com/video/BV1Nx4y1X7iN/

代码结构

目录

├─.github
│  └─workflows   # Github Action 自动构建hex文件
├─cmake   # cmake脚本，RASC自动生成
├─emulator  # 基于SDL的模拟器
├─ra      # 系统代码，RASC自动生成
├─ra_cfg   # 系统代码，RASC自动生成
├─ra_gen   # 系统代码，RASC自动生成
├─script   # 链接脚本，RASC自动生成
└─src     # 源码
    ├─app    # 应用程序
    ├─Arduino  # 模拟Arduino形式
    ├─buzzer   # 蜂鸣器
    ├─fps    # 控制屏幕刷新，提供系统system tick
    ├─u8g2   #  u8g2源码
    └─u8g2_port # u8g2移植
    └─main.cpp  # 主函数入口
    └─button.cpp  # 按键扫描  
    └─sleep.cpp  # 低功耗模式

RASC生成

代码基本结构通过RASC生成。可通过RASC导入本项目进行对瑞萨mcu的引脚，时钟，外设等配置。编译过程不需要rasc的参与。
RASC当前版本（v4.5）生成的cmake文件有各种问题，在本项目中已改成，自己生成新项目需注意。

https://github.com/renesas/fsp/issues/280

整体架构

1. 由定时器生成1ms的时钟源，每隔约16ms更新标志位，主循环轮询获取标志位后刷新一帧，算力足够的情况下能稳定帧率。


2. 驱动OLED屏使用U8G2，移植采用硬件SPI。


3. 每个按键直连一个GPIO，GPIO开启内部上拉，随屏幕刷新更新按钮状态，发现GPIO向低电平跳变代表按钮按下。无消抖。游戏中要每帧调用扫描函数，更新按键状态。


4. 每个游戏（含主菜单）都视为一个app。主循环通过变量nextApplication判断进入哪个app，默认进入主菜单。


5. 每个app实现run抽象方法，在内部通过u8g2操作屏幕实现游戏逻辑，run方法返回后重新进入主循环。


6. 在菜单app中，选定某项后，修改nextApplication后return，下一轮循环根据修改后nextApplication进入选定的游戏。


7. power键试实现了短按、长按，超过500ms视为长按。长按重启系统。短按进入低功耗模式，通过power按键的再次按下唤醒系统。


8. 通过goSleep函数进入低功耗模式，关闭无关的LDO，被唤醒后恢复oled，蜂鸣器供电，并重新初始化oled，以便继续执行谁面前的逻辑。


9. 5分钟无任何操作自动进入低功耗模式。


10. 整体对时钟稳定性要求不高，采用内置振荡器。


11. 每个APP内尽量不使用全局变量。未开启堆内存，分配 14000kb 栈内存。

注：若您的项目涉及软件开发，请在附件上传对应的工程源码。这里可以详细说明您的软件流程图、功能模块框图、相关算法的解释或科普、源码结构、编译环境的搭建和配置、源码编译方法、程序烧录方法等。推荐图文并茂的形式向别人介绍您的想法。

6、BOM清单

7、可优化部分

重新排布元件使电池附近1mm无元件，减少装配难度。
usb口置于左或右侧，而不是上下的长边处。现有的设计typec口处太薄了，强度不够。另外可以埋入小铁棍加强筋。
面板磁铁粘贴处除胶，改用ab胶粘贴，自带的3m胶不足以粘强磁。
摇杆太小，方向不好控制。
无法显示电量，充电状态。