Tang-Nano_Tetris

Tang-Nano FPGAボードで動作するテトリスゲームを実装してみました。SNESコントローラを接続してプレイすることができます。ソースコードは大変散らかっており、至るところにバグが潜んでいると思われますのでご注意ください（？）

ハードウェア

Tang-NanoにSNESコントローラと音声出力用のLPFを接続します。

FPGA内部ブロック図

超雑で申し訳ありません。肝心のtetris.vはソースコードを見たほうが早いです。
（よくわからんが、まぁ動いている（稀にテトリミノが壁に刺さるバグあり）からヨシ！）

フィールド

フィールドサイズは外枠を含めて、横12 x 縦22ブロックとしました。Wikipediaに記載のある図が由来です。
Tetris - Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Tetris

ブロック

ブロックのサイズは、10x10pixelとしました。内部処理では、ブロックに4bitのcodeを割り当てて管理しています。codeとテトリミノの種類、色の対応関係は次のとおりです。

ブロックをLCDに描画する際には、ブロックの境界をクッキリさせ、立体感を出すために明暗を付けています。例えばテトリミノ(O)は黄色ですが、実際には以下の図のような配色で描画されています。

テトリミノ

tetris.vで定義されています。基準となるXY座標（r_block_pos_x, r_block_pos_y）からのオフセットとして定義しています。LCDのスキャン位置信号（i_pos_x, i_pos_y）とオフセットが一致している場合にブロックが描画されます。

フィールド情報の管理について

フィールドの情報（外枠や固定されたブロック）はDPRAMに格納しています。データ幅はブロックのコードを格納するために4bit確保しており、深さは12 x 22 = 264必要となります。
以下、ポートの割当です。
ポートA：

• クロック：9MHz
• アドレス制御：フィールド初期化時は初期化対象Writeアドレスがセットされる。ライン消去処理時はReadアドレスがセットされる。それ以外は、固定対象テトリミノのWriteアドレスがセットされる。
• Writeデータ：フィールド初期化データ、固定対象テトリミノデータ
• Readデータ：ライン消去処理で使用

ポートB：

• クロック：9MHz
• アドレス制御：ライン消去処理時は上書き対象アドレスがセットされる。それ以外はLCDの描画位置から算出されるVRAM Readアドレスがセットされる。
• Writeデータ：ライン消し処理時に1ライン上の情報が入力される
• Readデータ：LCDへの描画データ、当たり判定用

サウンド処理

BGMとテトリミノ固定時の効果音を再生する機能を実装しました。
BGMは2音（Chあたり1音 x 2ch）同時発音に対応しています。bgm_ROM.vにズラッと並んだデータがSMF(Standard MIDI File)から生成した譜面データです。最大で1024個のイベントを登録可能です。
効果音は、32bitの線形帰還シフトレジスタで生成される信号を出力します。「ザッ、ザッ」というノイズ音です。
BGMと効果音は加算され、最終的に8bit幅のデータとなります。これをΔΣ型のDACに入力し、1bitのPDM変調信号を得ます。外付けのLPFでアナログ信号に再生されます。

操作方法

• 矢印キー左右：テトリミノを左右に移動
• 矢印キー下：テトリミノを下に移動
• Aボタン：テトリミノを右回転
• Bボタン：テトリミノを左回転
• SELECTボタン：フィールド内の固定されたテトリミノを全てクリア。LINEカウンタをリセットする。

開発環境

• IDE : GOWIN FPGA Designer Version1.9.2.02 Beta build(35976)

Resource Usage Summary:

参考

• ExcelでMIDI http://otktake.blogspot.com/2015/01/excelmidi.html
• SMF(Standard MIDI File)フォーマット解説 http://maruyama.breadfish.jp/tech/smf/