JEU DE MÉMOIRE SIMON

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1 ELE3311 Systèmes logiques programmables Projet n o 2 JEU DE MÉMOIRE SIMON Été 2014 Introduction L objectif du projet est de concevoir un jeu de mémoire de type Simon, comprenant un système d affichage sur un écran VGA et l usage d une souris PS/2. Schéma-bloc préliminaire (à compléter selon votre design) busy Souris PS/2 ps2_data ps2_clk Écran VGA tri_d ps2_data_out ps2_data_in tri_c ps2_clk_out ps2_clk_in ps2_data_in ps2_clk_in hsync, vsync rgb ps2_tx tx_idle rx_en ps2_rx VGA_top 8 data_tx wr_ps2 tx_done 8 data_rx rx_done MSA souris frame_change c1, c0 pixel_col,row we 9 9 Y X Calcul position MSA Affichage souris_y souris_x boutons MSA Jeu Mémoire RAM de séquence GAUCHE Anti-rebond Sync Random RESET rst CLK_5kHz CLK_5kHz CLK_50MHz DCM Diviseur clk CLK_5kHz rst CLK_5MHz

2 Jeu Le jeu consiste à reproduire une séquence aléatoire d éléments choisis parmi quatre possibilités, représentées sur l écran VGA par quatre carrés qui sont mis en évidence selon la séquence. À l allumage, le joueur doit appuyer sur le bouton poussoir de gauche pour démarrer le jeu. La séquence de jeu contient alors un seul élément, qui est affiché différemment sur l écran pendant environ 300 ms, puis c est au tour du joueur qui doit reproduire la séquence en cliquant sur le carré correspondant. S il réussit, le jeu ajoute un deuxième élément à la séquence et rejoue la séquence au complet; le joueur doit ensuite reproduire la séquence contenant maintenant deux éléments. Le jeu ajoute un élément à chaque tour. Le jeu se termine quand le joueur ne peut plus reproduire la séquence. Quand le jeu rejoue la séquence, la case de l élément est soulignée pendant environ 300 ms (et les trois autres cases de façon normale), puis les quatre cases sont affichées normalement pendant 300 ms, puis l élément suivant est souligné pendant 300 ms, etc. Le délai de 300 ms est approximatif et doit être suffisant pour permettre au joueur de bien voir quel élément est mis en évidence et de bien séparer les éléments dans la séquence. Un compteur peut vous permettre d obtenir un tel délai. Quand le joueur clique sur une case pour refaire la séquence, la case cliquée s allume pendant le même intervalle de temps puis s éteint. Si le joueur ne clique pas sur la bonne case, la case où il aurait dû cliquer s allume, puis le jeu ne répond plus jusqu à ce que le joueur appuie sur le bouton de démarrage. Interface VGA Le module d interface avec l écran VGA est appelé VGA_top et le code vous est fourni. Il consiste en deux mémoires : l une qui est affichée et l autre qui est remplie par la MSA d affichage. Lorsque la deuxième mémoire est prête à être affichée, la MSA d affichage active un signal frame_change, qui indique à VGA_top d afficher cette nouvelle image. VGA_top active alors frame_change_busy, la MSA d affichage désactive sa demande frame_change et attend que frame_change_busy revienne inactif, ce qui permet à la MSA d affichage de commencer à construire une nouvelle image. La construction d une image consiste à envoyer chaque pixel de l image en donnant l adresse du pixel (w_pixel_row_i et w_pixel_col_i) avec son contenu (c1_i, c0_i) et le signal de demande d écriture we_i. Veuillez noter qu en raison des contraintes d espace sur le FPGA, seulement quatre couleurs peuvent être utilisées en mettant deux des trois bits de couleur VGA (r, g, b) sur le même bit de couleur en sortie (c1_o, c0_o), ce qui vous permettra d obtenir du blanc (1,1,1), du noir (0,0,0) et deux autres couleurs (1,0,0) et (0,1,1).

3 MSA Affichage Une fenêtre de 256 par 240 pixels est affichée sur un écran VGA. Le jeu lui-même est centré dans la fenêtre et est composé de 2 x 2 cases de 32 pixels de côté. x : colonnes (0,0) (0,255) y : lignes 32 pixels 240 pixels (239,0) 256 pixels (239,255) La MSA gère les étapes de la construction d une image qu il écrit dans la mémoire RAM. Ces étapes sont : le fond d écran les quatre cases, dont une est peut-être mise en évidence le dessin du curseur de la souris à la bonne position

4 L affichage se fait en quatre couleurs. Vous pouvez créer vous-mêmes des tableaux représentant le contenu des cases. Par exemple, pour dessiner une case blanche de 32 pixels avec le cadre noir et des lignes, on pourrait avoir : correspondant au tableau suivant, qui montre seulement le coin supérieur gauche: Se traduisant en VHDL par un tableau : (("00","00","00","00","00","00","00","00",...), ("00","00","00","00","00","00","00","00",...), ("00","00","11","11","11","11","11","11",...), ("00","00","11","11","11","11","11","11",...),...) Vous êtes libres de choisir les combinaisons de couleurs que vous voulez, sachant que les cases doivent ressortir sur le fond de la fenêtre et que le curseur de la souris doit être visible sur les cases et le fond. Chaque carré devrait être différent des autres, et être affiché différemment lorsqu il est mis en évidence.

5 MSA Souris Afin de réceptionner les données venant de la souris, on utilise le port PS/2 de la plateforme : les deux signaux utilisés sont ps2_clk et ps2_data. La souris sera utilisée en mode continu (stream); c est-à-dire qu une fois configurée par le FPGA, elle enverra continuellement les modifications à sa position ou au statut de ses boutons. Lors du démarrage du système, la MSA souris transmet la commande 0xF4 (Enable Data Reporting) pour indiquer à la souris de commencer à envoyer ses données. La souris répond alors 0xFA (Acknowledge), puis transmet ses coordonnées sur trois octets Octet 1 1 bt_milieu bt_droit bt_gauche Octet 2 Octet 3 Les bits suivants seront utilisés.,, : mouvement suivant l axe des x, en complément à 2,, : mouvement suivant l axe des y, en complément à 2 _ h : statut du bouton gauche, vaut 1 lorsque le bouton est pressé _ : statut du bouton droit, vaut 1 lorsque le bouton est pressé L interface sérielle PS/2 est composée de deux modules, ps2_tx et ps2_rx, qui vous sont fournis. Le premier ne sert que pour transmettre la commande initiale; il contrôle le sens des lignes bidirectionnelles ps2_clk et ps2_data avec les signaux tri_c et tri_d, ce qui lui permet de demander à la souris la permission d envoyer une commande (request-to-send) et ensuite de transmettre cette commande. La MSA souris doit placer à l entrée tx_data la commande sur 8 bits et activer wr_ps2. À la fin de l envoi, ps2_tx active le signal tx_done pendant une période d horloge. Lorsque ce module n est pas en activité, sa sortie tx_idle peut être utilisée pour activer l entrée rx_en du module de réception ps2_rx. Ce dernier module reçoit les données sérielles de la souris et les met sur sa sortie rx_data de 8 bits. Quand une donnée est disponible, le signal rx_done est activé pendant une période d horloge. Notez que la MSA souris doit constamment être disponible pour prendre les données de la souris afin d éviter de manquer des paquets. Le chronogramme suivant illustre les commandes (wr_ps2 et tx_data) que devraient envoyer votre MSA Souris et les réponses du module tx_ps2 (tx_done) et rx_ps2 (rx_data et rx_done).

6 Bloc de traitement de la position du curseur La position du curseur sur l écran est indiquée par deux coordonnées correspondant à la zone d affichage, soit de 0 à 255 en x et de 0 à 239 en y. À l allumage, la position initiale est à votre choix. Le contrôleur PS/2 donne le déplacement du curseur par rapport à son emplacement précédent, en complément à deux. Notez que le déplacement de la souris vers le haut donne un déplacement en y positif alors que la coordonnée en pixel sur l écran diminue. En plus de la position en pixels, il est nécessaire que d identifier la case pointée par le curseur pour faire le traitement d un éventuel clic. On considère la position du clic comme étant celle du curseur quand le bouton est enfoncé.

7 Travail durant la séance et après: Séance 1 : Début de la conception : schéma-bloc plus détaillé et diagramme d état pour la MSA d affichage. Codage de la MSA d affichage. Codage du fichier top level, DCM. Séance 2 : Diagramme d état pour la MSA Souris et codage. Ajustements au top level. Séance 3 : Diagramme d état pour la MSA Jeu et codage. Ajustements au top level. Évaluation au laboratoire (au début de la séance) Séance 2 : Séance 3 : Séance 4 : Remarques Vous devez montrer au chargé de laboratoire l affichage des quatre cases et du curseur (sans mouvement) (1 point). Montrez également le diagramme d état de la MSA Souris. (1 point) Vous devez montrer au chargé de laboratoire le déplacement sur l écran du curseur de la souris. (1 point) Évaluation finale du jeu complet. Les fichiers suivants sont fournis et n ont pas à être modifiés: - les modules d anti-rebond et de synchronisation pour le bouton de démarrage du jeu (sw_cleaner_1pb.vhd et sync_io_1.vhd) - le bloc de génération aléatoire (random_gen.vhd) - Le module d interface VGA et ses sous-modules (VGA_top.vhd, VGA_frame_ctrl.vhd et VGA_CTRL.vhd) - Les modules d interface PS/2 (ps2_tx.vhd et ps2_rx.vhd) - Le diviseur d horloge (clk_div.vhd) - le fichier UCF (tp2.ucf) Vous devez coder la MSA d affichage qui crée le contenu des images à afficher, la MSA Souris qui reçoit les déplacements de la souris ainsi que le bloc de calcul de position du curseur, la MSA Jeu qui gère le déroulement du jeu ainsi que le fichier structurel top_level. Vous devez également créer les motifs des quatre cases ainsi que le curseur de la souris. Vous devez enfin générer un module DCM pour créer la fréquence de 25MHz et de 5 MHz.

8 ELE3311 Systèmes logiques programmables Été 2014 BARÈME D ÉVALUATION DU PROJET 2 No d équipe Noms : Matricules : A) Évaluations de l avancement du projet /3 Affichage des quatre cases et du curseur (séance 2) /1 Diagramme d état de la MSA Souris (séance 2) /1 Déplacement de la souris sur l écran (séance 3) /1 B) Fonctionnement /9 Jeu /3 Déplacement de la souris /2 Affichage des différentes cases /3 Affichage du curseur /1 C) Rapport /3 Schéma-bloc /0.5 Diagrammes d état (2) : MSA d affichage et MSA Jeu /1.5 Code VHDL (vérifié durant le laboratoire) /1 D) Quiz (2) : 10 juin (2 points) et 8 juillet (3 points) : individuel Étudiant(e) /5 Étudiant(e) /5 Étudiant(e) /5 E) Question individuelle (pénalité jusqu à 5pts) /-5 TOTAL : /20 Note: Ce rapport doit être remis la semaine après la dernière séance du laboratoire, soit le mardi suivant. Les retards aux évaluations sont pénalisés à 2, 4 et 8 points sur 20 pour un, deux et trois jours de retard respectivement.