Space Invaders na FPGA - MC613

Implementacao de um jogo 2D em Verilog para placa com FPGA Cyclone V, com renderizacao em VGA, inimigos em formacao, disparo continuo da nave e sistema de vidas/pontuacao.

Visao geral

O projeto implementa um jogo no estilo arcade:

• A nave do jogador se move horizontalmente.
• A nave dispara projeteis para cima.
• Inimigos se movem em grupo, descem ao tocar nas bordas e podem eliminar o jogador por colisao.
• Cada inimigo pode disparar projeteis em momentos pseudoaleatorios.
• O jogo termina por derrota (sem vidas ou colisao direta) ou vitoria (eliminar todos os inimigos ativos).

Hardware-alvo

• FPGA family: Cyclone V
• Device: 5CSEMA5F31C6
• Projeto Quartus: projeto.qpf / projeto.qsf
• Entidade de topo: projeto

Entradas e saidas

Mapeamento principal definido em src/projeto.v:

• SW[0]: reset global
• SW[1]: pausa (quando ligado, congela a movimentacao)
• KEY[0]: mover nave para a direita
• KEY[1]: mover nave para a esquerda
• VGA_*: video (RGB 8 bits por canal + sinais de sincronismo)
• HEX0: exibicao de pontuacao em 7 segmentos
• LEDR[1:0]: vidas restantes

Observacoes:

• As teclas sao ativas em nivel baixo e passam por tratamento basico de debounce em src/keys.v.
• KEY[2] e KEY[3] sao lidas, mas nao usadas na logica atual.

Arquitetura

Topo e integracao

• src/projeto.v conecta:
  • logica do jogo (entities)
  • gerador VGA (vga)
  • renderizador (tela)
  • entrada de teclas (keys)
  • decodificador para 7 segmentos (cb7s)

Logica do jogo

• src/entities.v: integra nave, frota e projetil aliado.
• src/nave.v: movimentacao da nave + estado de derrota por vidas.
• src/frota.v: agrega fileiras de inimigos e consolida estado global.
• src/fileira.v: instancia inimigos da fileira e controla troca de sentido.
• src/inimigo.v: movimentacao individual, colisao com tiro aliado e colisao com nave.
• src/bolainimiga.v: projetil inimigo com disparo pseudoaleatorio via lfsr.
• src/bola.v: projetil aliado (movimento vertical continuo).
• src/lfsr.v: gerador pseudoaleatorio usado nos disparos inimigos.

Video e sprites

• src/vga.v: temporizacao de 640x480 em area ativa (janela posicionada em relacao ao timing total).
• src/tela.v: composicao de cena (fundo, nave, inimigos, tiros, coracoes, telas de fim).
• src/buffer.v: leitura de bitmaps 1-bit por canal para desenhar sprites escaladas.
• src/bufferFileira.v: modulo auxiliar de desenho para conjuntos de objetos.

Estrutura de pastas

• src/: modulos Verilog principais.
• python/: utilitarios para converter imagens em mapas binarios (R_out.txt, G_out.txt, B_out.txt).
• imagem/: arte auxiliar em formato texto.
• output_files/: arquivos gerados de compilacao (inclui projeto.sof).
• stp/: arquivos SignalTap.
• documentacao/: manuais e referencias da placa/dispositivos.
• base/: versao/base anterior do projeto.

Como compilar e gravar

Opcao 1: Quartus (GUI)

1. Abra projeto.qpf no Quartus Prime.
2. Confirme projeto como top-level entity.
3. Rode Processing -> Start Compilation.
4. Abra o Programmer, selecione o hardware, carregue output_files/projeto.sof.
5. Programe a FPGA.

Opcao 2: Linha de comando

quartus_sh --flow compile projeto

Ao final, use o Programmer para gravar o .sof gerado.

Fluxo para atualizar sprites

1. Coloque a imagem de entrada em python/ (ou use caminho absoluto).
2. Rode o script:

cd python
python3 images.py

3. Informe o caminho da imagem quando solicitado.
4. Use os arquivos R_out.txt, G_out.txt, B_out.txt para atualizar os buffers binarios nos modulos de renderizacao (ex.: src/tela.v).

Estado atual e observacoes

• O jogo usa 10 inimigos ativos na configuracao atual da frota.
• A pontuacao exibida em HEX0 corresponde ao numero de inimigos eliminados.