【STM32】贪吃蛇 [阶段 8] 嵌入式游戏引擎通用框架设计

这篇博客是 承接：【项目思维】贪吃蛇（嵌入式进阶方向）中 嵌入式游戏引擎雏形（终极进阶）， 是我们此前从 “写一个小游戏”提升到“构建可复用游戏框架” 的飞跃阶段。我们以“贪吃蛇游戏”为例，抽象出一个可扩展的嵌入式游戏引擎框架，适用于 OLED、TFT、LED 点阵等设备，可开发多个小游戏（如：贪吃蛇、五子棋、打飞机、俄罗斯方块等）。

🧱 嵌入式游戏引擎通用框架设计

🎯 目标：将游戏拆解成独立模块，实现 可移植、可复用、可扩展 的游戏引擎架构。

引擎结构总览图

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|         Game Engine          |
|    (Main Loop + FSM + FPS)   |
+------------------------------+
   |        |         |      |
   ↓        ↓         ↓      ↓
Input     Render     Audio   Save
Layer     Layer      Layer   System
   ↓        ↓         ↓      ↓
+------------------------------+
|        Platform Drivers      |
| (OLED / TFT / Buzzer / Flash)|
+------------------------------+

这边给一个简单的 引擎结构：

下面是结构拆解，仅提供项目思维，不提供具体代码：

1. Game Engine Core

功能：

主函数（Main.c）
游戏状态管理（FSM）
帧率控制（Frame Timing）

状态机定义：

typedef enum {
    STATE_MENU,
    STATE_PLAYING,
    STATE_PAUSE,
    STATE_GAME_OVER
} GameState;

extern GameState current_state;

主函数结构：

void game_loop(void) {
    while (1) {
        uint32_t start = millis();

        input_poll();               // 获取用户输入
        game_update();              // 更新游戏状态
        game_render();              // 渲染图形
        audio_update();             // 音效播放
        save_auto();                // 自动存档（可选）

        wait_for_next_frame(start); // 控制帧率
    }
}

2. Render Layer（显示渲染层）

功能：

抽象不同显示设备（OLED、TFT、LCD）
提供通用接口：绘图、清屏、刷新

抽象接口：

typedef struct {
    void (*clear)(void);
    void (*draw_pixel)(int x, int y, bool on);
    void (*draw_text)(int x, int y, const char* str);
    void (*refresh)(void);
} RenderDriver;

extern RenderDriver* renderer;

支持设备：

3. Audio Layer（音效模块）

功能：

播放按键音、吃食物音、游戏结束音
支持蜂鸣器、DAC、PWM 音频输出

抽象接口：

typedef struct {
    void (*play_sound)(uint8_t sound_id);
    void (*stop)(void);
} AudioDriver;

extern AudioDriver* audio;

声音事件：

事件					声音编号
吃到食物				1
死亡					2
按键确认				3

4. Input Layer（输入抽象层）

功能：

抽象按键输入、方向键、触摸、摇杆等设备
支持事件机制：按下、松开、长按

输入事件结构：

typedef enum {
    BTN_UP, BTN_DOWN, BTN_LEFT, BTN_RIGHT,
    BTN_OK, BTN_BACK
} Button;

typedef struct {
    Button btn;
    bool pressed;
    bool long_press;
} InputEvent;

void input_poll(void); // 每帧轮询
InputEvent input_get_event(void);

5. Save System（存档系统）

功能：

存档游戏进度、最高分、设置等
可使用 Flash / EEPROM / SD 卡

接口示例：

typedef struct {
    uint32_t high_score;
    uint8_t volume;
    uint8_t speed_level;
} SaveData;

void save_load(SaveData* data);
void save_store(const SaveData* data);

此处可配合 CRC 校验，防止掉电数据损坏。

6. AI Module（控制逻辑模块）

功能：

敌人控制、自动寻路、AI 玩家
可用于自动控制蛇、敌机、智能对战

示例接口（自动寻路）：

typedef struct {
    int x;
    int y;
} Position;

Position ai_next_move(Position current, Position target);

7. 游戏逻辑模块（用户层）

功能：

具体游戏逻辑开发（如：贪吃蛇、俄罗斯方块）
复用引擎层提供的服务

典型函数封装成库：

void game_init(void);
void game_update(void);
void game_render(void);

8. 模块解耦与接口设计

每个模块通过定义接口结构体进行调用，便于替换与模拟。
游戏逻辑不关心是 OLED 还是 TFT，只关心 draw_pixel()

🧰 汇总：工程结构

📁 GameEngine/
├── engine.c / .h       // 主循环、状态管理
├── render.c / .h       // 显示抽象
├── input.c / .h        // 按键抽象
├── audio.c / .h        // 音效模块
├── save.c / .h         // 存档系统
├── ai.c / .h           // AI 控制
📁 Games/
│   └── snake.c / .h    // 贪吃蛇逻辑
📁 Drivers/
│   ├── ssd1306.c       // OLED 驱动
│   ├── tft.c           // TFT 驱动
│   └── buzzer.c        // 蜂鸣器驱动

状态流

📘 示例：贪吃蛇游戏状态流：

stateDiagram
    [*] --> MENU
    MENU --> PLAYING : Start Game
    PLAYING --> PAUSE : Press Pause
    PAUSE --> PLAYING : Resume
    PLAYING --> GAME_OVER : Snake Hits Wall
    GAME_OVER --> MENU : Press OK

9. 通用框架设计（更多部分扩展）

贪吃蛇游戏本身并不重要，从“写一个小游戏”提升到“构建可复用游戏框架”环环相扣的 项目的各个阶段，重要的是 最终目标：打造可复用的嵌入式游戏开发平台。

例如，在这通用框架下，支持多个游戏动态加载（菜单选择）； 每个游戏只需关心 update() 和 render()，无需处理输入和显示底层（已写好，并有对应的函数封装库，可直接调用）；这类框架可用于教学演示（或者直接写成游戏框架设计的开发手册 ）、多个软件项目间的复用、商业产品原型的通用框架设计等等。

综上。我们以“贪吃蛇游戏”为例，最终抽象出了一个 可移植、可复用、可扩展 的嵌入式游戏引擎框架，适用于 OLED、TFT、LED 点阵等设备，可开发多个小游戏（如：贪吃蛇、五子棋、打飞机、俄罗斯方块等）。

以上，欢迎有从事同行业的电子信息工程、互联网通信、嵌入式开发的朋友共同探讨与提问，我可以提供实战演示或模板库。希望内容能够对你产生帮助！