CN101797432A - Java SoC掌上游戏平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Java SoC掌上游戏平台，它包括中央处理模块、存储模块、音视频模块、控制模块、网络模块和在线更新系统。其中，中央处理模块以一款专门针对低功耗实时嵌入式应用领域而开发的JavaSoC处理器为核心，该处理器无需Java虚拟机的支持，直接运行Java游戏程序，Java游戏程序所包含的字节码指令完全符合Java虚拟机规范，继承了Java语言平台无关性的优点。本发明采用Java SoC处理器处理Java游戏程序，比软件处理和虚拟机处理效率更高，摆脱了以往Java虚拟机对游戏运行速度的限制；同时该平台提供了双人对战模式和多机联网模式，摆脱了传统单机游戏的限制，提高了平台的娱乐功能，并能通过在线更新实现游戏更新，充分利用了丰富的网络游戏资源。

Description

Java SoC掌上游戏平台

技术领域

本发明属于嵌入式系统领域，涉及一种Java SoC掌上游戏平台，具体来说，涉及一种以Java SoC为中央处理器，并能够提供在线下载、更新、双人对战、有线或无线联机游戏功能的掌上游戏平台。

背景技术

Java技术应用于嵌入式系统，尤其是电子游戏机将会有许多优势，但同时也带来了一些新的难题，其中最主要的就是Java程序运行效率欠佳，运行过程消耗过多的存储器资源，导致这些不足存在的原因在于Java为了保证跨平台运行特性而采用了软件虚拟机技术，在Java应用软件层和系统平台硬件层之间存在中间层——Java虚拟机。针对不同的处理器，必须在系统中安装相应的Java虚拟机，该系统才具备处理Java程序的能力。

由于Java虚拟机采用特殊的堆栈型体系结构及其它的一些特性，使其在常规嵌入式系统中的运行效率低下。随着Java游戏程序越来越复杂，使用Java虚拟机技术处理Java游戏程序已经不能胜任，这便给Java游戏程序在嵌入式系统中的广泛使用带来了挑战。

此外，目前掌上游戏系统大多为单人游戏模式，游戏模式单一，不利于双人乃至多人互动，无形中缩小了掌上游戏系统的应用场合，而其游戏更新基本采用USB连接或采用移动存储设备，无法直接连接上网络，这就浪费了网络上大量的游戏资源。

发明内容

针对以上的不足，本发明提供了一种Java SoC掌上游戏平台，该游戏平台以Java SoC处理器为核心，无需Java虚拟机直接运行Java游戏，并可通过网络模块从网络在线更新游戏，同时本游戏平台还具备双人对战、有线或无线联机游戏功能。

本发明的Java SoC掌上游戏平台包括：1)存储模块：该模块提供程序存储功能，包括临时存储单元、启动程序存储单元、游戏程序存储单元和音视频存储单元；2)音视频模块：该模块根据游戏的需要将对应的声音、图片及视频文件进行解码并输出，同时展现游戏的实时状态；3)控制模块：该模块通过按键、触摸屏或遥控器的方式提供控制功能，使用户能够对游戏平台进行控制和使用，以实现游戏平台的各种功能；4)中央处理模块，该模块采用实时嵌入式Java SoC处理器为核心，直接运行Java游戏程序。

所述Java游戏程序所包含的字节码指令完全符合Java虚拟机规范，继承了Java语言平台无关性的优点。

所述Java SoC掌上游戏平台还包括网络模块和在线更新系统，所述网络模块利用有线或者无线网卡，通过在线更新系统实现游戏程序的更新、添加和删除，所述Java SoC掌上游戏平台还通过网络模块与其他游戏平台互联，实现多机联网游戏功能；所述在线更新系统通过有线或无线网络对平台游戏程序、声音、图片或者视频文件进行更新，并对更新进程中出现的各种情况进行监视。

所述Java SoC处理器包括：直接运行由标准Java编译器生成的Java字节码程序的Java核VP6000；使用AMBA AHB总线连接处理器核和memory控制器，采用APB总线为系统的低速外部设备提供低功耗的简易互连的AMBA总线；用来存储启动程序、实时操作系统和文件系统的存储器；为扩展Java处理器的应用范围而提供的DMA控制器、以太网接口、SPI和I²C接口。

所述Java SoC处理器采用双AMBA总线结构，总线分别连到各自的仲裁器上，两级AMBA总线通过一个桥接模块相连，二级AMBA工作频率和一级AMBA工作频率是二分频的关系。

所述控制模块提供两套游戏操作控制单元，实现双人即时对战功能。

所述的游戏平台系统的操作流程为：

1)用户选择是否进行游戏更新，是，则执行2)，否则执行4)；

2)将游戏平台通过网络与在线更新系统连接，若取消更新，则执行4)，否则执行3)；

3)通过在线更新系统将游戏下载至游戏平台，完毕后重新启动，执行1)；

4)进入游戏选择界面，可根据用户需要选择游戏进行相应操作；

5)游戏过程中可使用退出功能，退出后执行4)。

本发明的有益效果为：Java SoC处理Java游戏程序比软件处理效率更高，和虚拟机处理效率相比，Java SoC执行Java游戏程序的运行速度将大幅提高4--10倍，摆脱了以往Java虚拟机对游戏运行速度的限制，给Java游戏程序带来了更广阔的使用空间；同时该平台提供了双人对战模式和多机联网模式，摆脱了传统单机游戏的限制，提高了平台的娱乐功能，并能通过在线更新实现游戏更新，充分利用了丰富的网络游戏资源。

附图说明

图1为本发明Java SoC掌上游戏平台的功能模块结构示意图；

图2为本发明游戏平台的操作流程图；

图3为本发明中央处理模块功能流程示意图；

图4为Java SoC处理器结构框架图；

图5为本发明存储模块功能流程示意图；

图6为本发明音视频模块功能流程示意图；

图7为本发明控制模块功能流程示意图；

图8为本发明网络模块功能流程示意图；

图9为本发明在线更新系统功能流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步阐述。

如图1所示，本发明Java SoC掌上游戏平台包括中央处理模块、存储模块、音视频模块、控制模块、网络模块和在线更新系统，它的具体操作流程如图2所示，具体如下：

1)用户选择是否进行游戏更新，是，则执行2)，否则执行4)；

2)将游戏平台通过网络与在线更新系统连接，若取消更新，则执行4)，否则执行3)；

3)通过在线更新系统将游戏下载至游戏平台，完毕后重新启动，执行1)；

4)进入游戏选择界面，可根据用户需要选择游戏进行相应操作；

5)游戏过程中可使用退出功能，退出后执行4)。

下面就每一个功能模块进行详细的阐述。

一、中央处理模块

中央处理模块以一款专门针对低功耗实时嵌入式应用领域而开发的Java SoC处理器(VP6000)为核心，该处理器无需Java虚拟机的支持，直接运行Java游戏程序，这些游戏程序所包含的字节码指令完全符合Java虚拟机规范，继承了Java语言平台无关性的优点，中央处理模块采用Round Robin算法或改进的Round Robin算法进行线程调度。

如图4所示，Java SoC处理器的基本结构包括Java核VP6000、AMBA总线系统、存储器系统和DMA控制器/以太网接口/SPI/I²C接口。本处理器是建立在AMBA总线基础上的，可扩展性好，能兼容其他带有AMBA总线接口的处理器。采用0.25微米CMOS工艺的SoC芯片，主频为100MHz、功耗小于100mW，开发周期较短、成本较低，适合投入中低端市场应用。Java SoC处理器设计具有4级流水的CPU处理器VP6000、AMBA总线处理器、支持可变位宽的SDRAM、SRAM、NANDFLASH和NOR FLASH存储器接口处理器，以及以太网、SPI和I²C等外设接口处理器，设计成完整的SoC系统。

Java核VP6000能直接运行由标准Java编译器生成的Java字节码程序。它通过AHB总线接口挂接在AMBA总线系统上，从存储器模块中取回字节码指令(Bytecode Instructions)、堆栈(Stack A和B)顶端数据以及大量的控制信号(Control Signals)。Java核VP6000处理器是全流水结构的微处理器，它提出一种新颖的将Java指令映射到自身微码指令的途径，且微码指令可以在单周期内执行完毕。

Java SoC处理器使用AMBA AHB总线连接处理器核和memory控制器及其它高速单元，采用APB总线为系统的低速外部设备提供低功耗的简易互连，系统总线和外设总线之间的桥接器提供AHB部件与APB部件间的访问代理与缓冲。

随着深亚微米工艺技术日益成熟，集成电路芯片的规模越来越大。数字IC从基于时序驱动的设计方法，发展到基于IP复用的设计方法，并在SoC设计中得到了广泛应用。在基于IP复用的SoC设计中，片上总线设计是最关键的问题，为此，业界出现了很多片上总线标准，其中，由ARM公司推出的AMBA片上总线受到了广大IP开发商和SoC系统集成者的青睐，已成为一种流行的工业标准片上结构，AMBA规范主要包括了AHB系统总线和APB外围总线，AMBA片上总线AMBA 2.0规范包括四个部分：AHB、ASB、APB和Test Methodology。AHB的相互连接采用了传统的带有主模块和从模块的共享总线，接口与互连功能分离，这对芯片上模块之间的互连具有重要意义。AMBA已不仅是一种总线，更是一种带有接口模块的互连体系。

基于AMBA的片上系统，大多数挂在总线上的模块只是单一属性的功能模块：主模块或从模块，主模块是向从模块发出读写操作的模块，如CPU，DSP等；从模块是接受命令并做出反应的模块，如片上的RAM，AHB/APB桥等。另外，还有一些模块同时具有两种属性，例如直接存储器存取(DMA)在被编程时是从模块，但在系统读传输数据时必须是主模块，如果总线上存在多个主模块，就需要仲裁器来决定如何控制各种主模块对总线的访问，AHB总线上最多可以有16个主模块和任意多个从模块，如果主模块数目大于16，则需再加一层结构。APB桥既是APB总线上唯一的主模块，也是AHB系统总线上的从模块，其主要功能是锁存来自AHB系统总线的地址、数据和控制信号，并提供二级译码以产生APB外围设备的选择信号，从而实现AHB协议到APB协议的转换。

存储器用来存储启动程序、实时操作系统和文件系统，它包括：1)普通存储器控制器(NOR Flash、SRAM、SDRAM、片上RAM和ROM)，NOR Flash用来存储启动程序、微码表、地址偏移量映射表、class loader以和RTOS启动程序，片上ROM用来存储低级启动程序，片上RAM用来动态存储微码表和地址偏移量映射表，SRAM用来存储大规模的Java应用程序和系统运行时数据，SDRAM与SRAM功能一样。这五种存储器统一寻址，其中，NOR Flash为8位，SDRAM为16位，SRAM与NORFLASH地址线与数据线可以复用，兼容8位和16位。2)NAND FLASH控制器，NAND FLASH用来存储RTOS和文件系统，NAND Flash以其优越的特性和更高的性价比，在现代数码产品中得到了广泛的应用。在片上系统芯片中集成NAND Flash控制器成为一种趋势，Java SoC处理器通过直接内存存取(DMA)的数据传输方式，使NAND Flash的数据传输速率得到了一定提高，满足了实际应用的设计要求。

为扩展Java处理器的应用范围，本Java SoC处理器提供了DMA控制器、以太网接口、SPI和I²C接口。本处理器提供了以太网接口，以满足Java处理器的网络应用范围；SPI是一种串行同步通讯协议，由一个主设备和一个或多个从设备组成，主设备启动一个与从设备的同步通讯，从而完成数据的交换，SPI接口由SDI(串行数据输入)、SDO(串行数据输出)、SCK(串行移位时钟和CS(从使能信号)四种信号构成，CS决定了唯一的与主设备通信的从设备，如没有CS信号，则只能存在一个从设备，主设备通过产生移位时钟来发起通讯，通讯时，数据由SDO输出，SDI输入，数据在时钟的上升或下降沿由SDO输出，在紧接着的下降或上升沿由SDI读入，这样经过8或16次时钟的改变，完成8或16位数据的传输；I²C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据，用于连接微控制器及其外围设备，在CPU与被控模块之间、模块与模块之间进行双向传送，各种被控制模块均并联在这条总线上，每个模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，I²C总线上并接的每一模块电路既是主控器(或被控器)，又是发送器(或接收器)，这取决于它所要完成的功能，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关，I²C总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号，目前有很多半导体集成电路上都集成了I²C接口，很多外围器件如存储器、监控芯片等也提供I²C接口，故本处理器亦提供了I²C接口。

Java程序由Java字节码组成，部分字节码较为复杂。为了实现复杂的字节码功能，中央处理模块定义了自己专用的一套微码指令集，将复杂的字节码转换成由微码组成的子程序来执行。而简单的字节码则直接映射成对应的微码执行。

图3为中央处理模块功能流程示意图，微码单元遇到一条Java字节码指令，其内部的映射表提供对应的微码子程序起始地址，中央处理模块从该地址开始执行微码。这段微码子程序的最后一条指令将给出一个信号，通知字节码单元获取下一条字节码指令。

二、存储模块

存储模块为程序的存储和运行提供空间，包括临时存储单元、启动程序存储单元、游戏程序存储单元和音视频存储单元。临时存储单元使用易失性器件，如SRAM、DRAM芯片进行存储；其余单元则使用非易失性器件，如Flash芯片进行储存。启动程序主要内容为将字节码与微码的映射表，通过此表中央处理模块能将字节码转化为一条或几条微码供处理器执行，此外，启动程序还存有游戏程序在临时存储单元的地址，以便将游戏程序导入临时存储单元后能够正确执行字节码，游戏程序存储单元和音视频存储单元分别存储游戏程序和音视频文件，供中央处理模块调用，临时存储模块存储游戏平台运行时的即时程序和各种变量等需要快速调用及临时改变的数据。由于RAM对数据操作较为快速方便，能够满足游戏系统实时性的需要，因此采用RAM作为临时存储模块的载体。

图5为存储模块功能流程示意图，游戏平台启动时将启动程序从启动程序存储单元导入片内存储单元，以便中央处理模块执行系统启动程序；而后中央处理模块根据启动程序的相应指令，将游戏程序从游戏程序存储单元导入临时存储单元的指定位地址；随后中央处理模块从此地址运行游戏程序；游戏程序中即时调用的方法和临时变量，也将建立并保存在临时存储单元之中，随时供中央处理模块调用。

三、音视频模块

音视频模块将根据游戏的需要将对应的声音、图片及视频文件进行解码并输出，同时展现游戏的实时状态。显示部分采用160×128至480×384分辨率的LCD，LCD接口选用RGB或VGA模式，音频接口采用I²S模式。

图6为音视频模块功能流程示意图，其主要功能为根据游戏进程需要对调用的音视频文件进行解码和输出。模块根据存储方式的不同，首先获取需要解码输出的文件名或该文件的存储地址随后根据文件名或是文件存储地址的前若干个存储信息确定文件格式；随后从音视频存储单元中将文件导入临时存储单元，以便多次调用和存放；音视频模块将根据此前确定的文件格式对音视频进行解码，并将解码后的信息发送至对应的端口进行输出。

四、控制模块

控制模块通过按键方式提供控制功能，使用户能够对游戏平台进行控制和使用，以实现游戏平台的各种功能，此外，控制模块还设计了遥控器接口，可使用遥控器功能进行控制，随着触摸屏技术的应用日趋广泛，平台还将添加触摸屏控制功能，给用户提供更全面便利的控制感受，提高游戏的趣味性。控制模块在游戏平台上提供两套游戏操作控制单元，实现双人即时对战功能，即两个人在同一平台各使用一套按键进行双人游戏中不同角色的控制，而游戏平台同样提供了网络联机对战功能，在网络对战游戏中游戏平台会将键值通过网络模块发送到另一平台，这样两个平台就能够实现实时控制和同步更新。

图7为控制模块功能流程示意图，控制模块采用中断方式向平台提供控制信息。以按键控制方式为例，无论是单机游戏模式或是联网游戏模式，当按下按键时，游戏平台都会收到一个外部中断请求。该中断请求根据游戏模式，可能来自本地键盘中断或是网络模块中断。由于中断在实时系统中处于最优先处理的级别，游戏平台在收到中断请求后立即做出中断响应。首先根据中断号判断中断的来源，若中断是来自网络，则说明控制信号是来自网络另一端的游戏平台，此时游戏平台将网络接收到的键值转换成为本地控制指令，再执行相应的控制功能，更新游戏数据及显示画面；若中断来自本地平台按键，则根据此键值执行本地控制功能，再将该键值指令转换成对应的网络控制指令，发送至联网的游戏平台进行处理。

五、网络模块

网络模块用于提供网络接口功能，主要是利用以太网络实现游戏平台和其他网络设备之间进行高速率的数据传输。通过该模块，用户可以连接至在线更新系统，从而对平台上原有的游戏程序、音频、视频和图片文件进行更新、添加和删除操作，即根据用户的喜好更换游戏主程序及其他设置，大大增强平台的友好性和可扩展性，此外用户也可以进行平台之间的互联，实现联机游戏功能，提供平台对战服务，增强了平台的娱乐趣味性。

该模块主要由网络控制器和网络接口芯片组成，网络控制器集成在Java SoC处理器中，在IEEE802.3标准中属于数据链路层，主要由接收子模块、发送子模块、FIFO子模块、寄存器子模块以及MII(媒体独立接口)管理子模块等五部分组成，通过连接物理层芯片和Java SoC片上总线提供以太网连接功能。网络接口芯片工作在物理层，提供比特流物理连接，采用目前通用的以太网接口芯片即可满足需要。

如图8所示为网络模块功能流程示意图，系统更新是网络模块一个很重要的功能，平台启动后，用户即可选择系统更新操作，在和在线更新系统建立起网络连接后，用户可以根据自己的意愿选择需要更新的文件，该模块的更新服务程序自动接收并转存来自在线更新系统的文件数据。每个文件更新结束后，程序都会提示用户是否继续更新，待用户完成所有更新操作，重启系统即可以运行新下载的游戏。

六、在线更新系统

现今，Internet上的游戏资源极其丰富，为了让用户能将喜欢的游戏资源通过网络模块下载至本发明游戏平台，本发明实现了一个在线更新系统，该系统程序可以很方便地部署运行在任何一台配有网络适配器的PC机上，用户可将该PC机上的游戏资源(游戏程序、音乐、视频和图片)下载至游戏平台。

图9所示为在线更新系统功能流程示意图，系统程序搜索并以列表形式显示出PC机的网络设备接口(网卡)，用户自由选择可用的网络接口进行连接，若因网卡松动或设备无法兼容等问题而导致连接失败，程序将提示用户重新选择。连接成功后，用户可以搜索、选择自己要下载的资源，并根据自己意愿确定该资源在平台中的存储位置，方便用户对资源进行管理。在文件下载过程中，程序将对网络连接和传输数据进行监控并及时反馈给用户，如因物理原因导致数据传输中断，程序将自动断开连接并提示用户选择重新连接，以确保数据传输的安全性和正确性。在用户完成所有下载任务后，系统将发送消息给游戏平台，提示用户重启游戏平台。

本发明的游戏平台供电电源采用5V直流供电，也可采用电池供电以提高便携性。

Claims (6)

1.一种Java SoC掌上游戏平台，它包括：

存储模块：该模块提供程序存储功能，包括临时存储单元、启动程序存储单元、游戏程序存储单元和音视频存储单元；

音视频模块：该模块根据游戏的需要将对应的声音、图片和视频文件进行解码并输出，同时展现游戏的实时状态；

控制模块：该模块通过按键、触摸屏或遥控器的方式提供控制功能，使用户能够对游戏平台进行控制和使用，以实现游戏平台的各种功能；

其特征在于，它还包括中央处理模块，该模块采用实时嵌入式JavaSoC处理器为核心，直接运行Java游戏程序。

2.根据权利要求1所述的Java SoC掌上游戏平台，其特征在于，所述Java游戏程序所包含的字节码指令完全符合Java虚拟机规范，继承了Java语言平台无关性的优点。

3.根据权利要求2所述的Java SoC掌上游戏平台，其特征在于，所述Java SoC掌上游戏平台还包括网络模块和在线更新系统，所述网络模块利用有线或者无线网卡，通过在线更新系统实现游戏程序的更新、添加和删除，所述Java SoC掌上游戏平台还通过网络模块与其他游戏平台互联，实现多机联网游戏功能；所述在线更新系统通过有线或无线网络对平台游戏程序、声音、图片或者视频文件进行更新，并对更新进程中出现的各种情况进行监视。

4.根据权利要求3所述的Java SoC掌上游戏平台，其特征在于，所述Java SoC处理器包括：

直接运行由标准Java编译器生成的Java字节码程序的Java核VP6000；

使用AMBA AHB总线连接处理器核和memory控制器，采用APB总线为系统的低速外部设备提供低功耗的简易互连的AMBA总线；

用来存储从外部导入的启动程序、字节码、微码查找表和微码指令集的处理器片内存储器；

为扩展Java处理器的应用范围而提供的DMA控制器、以太网接口、SPI和I²C接口。

5.根据权利要求4所述的Java SoC掌上游戏平台，其特征在于，所述Java SoC处理器采用双AMBA总线结构，总线分别连到各自的仲裁器上，两级AMBA总线通过一个桥接模块相连，二级AMBA工作频率和一级AMBA工作频率是二分频的关系。

6.根据权利要求5所述的Java SoC掌上游戏平台，其特征在于，所述控制模块提供两套游戏操作控制单元，实现双人即时对战功能。

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