Racing Game

임베디드 보드에서 실행하는 2인용 레인 회피 게임입니다. Q6 보드 버튼과 M4 UART 버튼 입력을 이벤트 큐로 모으고, 메인 루프가 게임 상태를 갱신합니다. 터미널 화면은 /dev/tty0에 렌더링하고, LCD/FND/LED/부저는 각각의 디바이스 출력으로 제어합니다.

핵심 방향

이 코드는 보드에서 안정적으로 도는 것을 우선합니다.

입력은 모두 이벤트로 변환해서 EventQueue에 넣습니다.
게임 로직은 GameState 하나를 중심으로 갱신합니다.
메인 루프는 오래 막히면 안 됩니다.
느린 출력인 터미널 렌더링은 낮은 주기로 제한합니다.
부저는 별도 사운드 스레드에서 재생해 게임 루프를 멈추지 않습니다.
디버그 파일 로그는 실행 환경변수로 끌 수 있습니다.

파일 구조

include/
  debug.h      디버그 로그 인터페이스
  event.h      이벤트 타입과 이벤트 큐
  game.h       게임 상태, 규칙 상수, 사운드/LCD 타입
  hardware.h   Q6 버튼, GPIO LED, 부저 제어
  render.h     터미널 렌더링
  serial.h     M4 UART 통신

src/
  debug.c      game_debug.log 기록
  event.c      pthread mutex/cond 기반 이벤트 큐
  game.c       게임 규칙과 상태 갱신
  hardware.c   /dev/input/event1, /dev/buzzer, /sys/class/gpio
  main.c       스레드 생성, 메인 루프, 보드 출력 갱신
  render.c     ANSI 터미널 렌더링
  serial.c     /dev/ttymxc1 UART 패킷 송수신

Makefile       빌드, 실행, 정리

빌드

make

기본 결과물은 racing_game입니다.

주요 Make 변수:

make CC=arm-linux-gcc
make TARGET=my_game

기본 컴파일 플래그:

-Wall -Wextra -std=c99 -D_DEFAULT_SOURCE -DENABLE_DEBUG_LOG

-DENABLE_DEBUG_LOG가 켜져 있으므로 디버그 로그 코드는 빌드에 포함됩니다. 실제 로그를 쓸지는 실행 시 GAME_DEBUG가 결정합니다.

실행

기본 실행:

make run

make run은 내부적으로 다음 명령을 실행합니다.

GAME_DEBUG=0 ./racing_game > /dev/tty0

즉, 디버그 파일 로그를 끄고 터미널 렌더링을 /dev/tty0로 보냅니다.

다른 TTY에 출력하고 싶으면:

make run RUN_TTY=/dev/tty1

직접 실행할 수도 있습니다.

GAME_DEBUG=0 ./racing_game > /dev/tty0
GAME_DEBUG=1 ./racing_game > /dev/tty0

현재 게임 자체는 명령행 옵션을 사용하지 않습니다.

`2>&1` 의미

리눅스/셸에서 숫자 파일 디스크립터는 보통 다음 뜻입니다.

0: 표준입력(stdin)
1: 표준출력(stdout)
2: 표준에러(stderr)

2>&1은 표준에러 2번을 표준출력 1번이 향하는 곳으로 합친다는 뜻입니다.

예:

./racing_game > run.log 2>&1

위 명령은 일반 출력과 에러 출력을 모두 run.log에 저장합니다. 순서가 중요합니다. > run.log로 stdout을 먼저 파일로 보낸 뒤, 2>&1로 stderr도 같은 파일에 붙입니다.

현재 make run에는 2>&1을 붙이지 않았습니다. 게임 화면만 /dev/tty0로 보내고, 에러는 기존 stderr로 남깁니다. 에러까지 TTY로 합치고 싶다면 Makefile의 run 명령을 다음처럼 바꿀 수 있습니다.

GAME_DEBUG=0 ./$(TARGET) > $(RUN_TTY) 2>&1

디버그 로그

debug.c는 game_debug.log에 이벤트와 상태 로그를 남길 수 있습니다.

동작 조건:

빌드에 -DENABLE_DEBUG_LOG가 들어가 있어야 합니다.
실행 시 GAME_DEBUG=0이면 로그를 쓰지 않습니다.
GAME_DEBUG가 없거나 0이 아니면 game_debug.log를 append 모드로 엽니다.

보드 실행 중에는 파일 I/O와 flush가 부담이 될 수 있으므로 기본 실행은 GAME_DEBUG=0입니다.

사용하는 디바이스

Q6 입력

파일:

/dev/input/event1

키 매핑:

Q6 키	Linux key code	게임 이벤트
BACK	158	P1 skill
HOME	172	pause / game over 상태에서는 종료
MENU	139	P2 skill

Q6 LED

GPIO sysfs:

/sys/class/gpio

LED 매핑:

Q6 키	GPIO
BACK LED	GPIO(1, 21)
HOME LED	GPIO(1, 16)
MENU LED	GPIO(1, 20)

Q6 LED는 키 press에서 켜지고 release에서 꺼집니다.

Q6 부저

파일:

/dev/buzzer

사용 ioctl:

IOCTL_SET_TONE
IOCTL_SET_VOLUME
IOCTL_START_BUZZER
IOCTL_END_BUZZER

부저 재생은 main.c의 사운드 큐에 요청을 넣고, 별도 사운드 스레드가 buzzer_play()를 호출합니다.

M4 UART

파일:

/dev/ttymxc1

UART 설정:

115200 baud
8-bit
CLOCAL
CREAD
CRTSCTS
VMIN = 5
VTIME = 0

패킷 형식:

0x12, command, arg1, arg2, 0x13

명령:

command	의미
`0x21`	M4 LED set
`0x22`	M4 button event
`0x23`	FND set
`0x24`	LCD set

M4 버튼 매핑:

M4 button id	게임 이벤트
0	P1 left
1	P1 right
2	start
3	P2 left
4	P2 right

M4 LED는 같은 button id와 1:1로 매칭됩니다. press 패킷이면 켜고 release 패킷이면 끕니다. release는 게임 이벤트로는 넣지 않고 LED 상태만 갱신합니다.

LCD preset:

값	의미
0	RED
1	GREEN
2	BLUE
3	LOGO

아이템과 LCD 매핑:

아이템	LCD
RED	RED
GREEN	GREEN
BLUE	BLUE
NONE	LOGO

스레드 구조

전체 흐름은 여러 producer thread가 이벤트를 push하고, main thread 하나가 이벤트를 pop해서 게임 상태를 바꾸는 구조입니다.

timer thread    -> EV_TICK --------------------+
serial thread   -> M4 button GameEvent --------+-> EventQueue -> main thread -> GameState
hardware thread -> Q6 key GameEvent -----------+

main thread -> SoundQueue -> sound thread -> /dev/buzzer
main thread -> LCD/FND UART packet -> /dev/ttymxc1
main thread -> terminal render -> stdout (/dev/tty0 when make run)

입력 스레드들은 GameState를 직접 수정하지 않습니다. 입력 디바이스에서 온 신호를 GameEvent로 바꾸고 큐에 넣는 일만 합니다. 실제 게임 상태 변경은 main thread에서만 일어납니다.

timer thread

함수:

timer_thread()

역할:

usleep(TICK_MS * 1000)으로 50ms를 기다립니다.
queue_push(&g_queue, EV_TICK, 0)을 호출합니다.
이 과정을 running이 1인 동안 반복합니다.

EV_TICK은 실제 시간이 게임 안으로 들어오는 통로입니다. 플레이어 입력은 "지금 뭘 눌렀는지"를 나타내고, tick은 "시간이 한 칸 지났다"를 나타냅니다.

serial thread

함수:

serial_thread()
serial_next_event()
read_m4_event()
map_m4_button_event()

디바이스:

/dev/ttymxc1

흐름:

serial_thread()가 반복해서 serial_next_event(&event)를 호출합니다.
serial_next_event()는 select()로 UART fd에 읽을 데이터가 생길 때까지 기다립니다.
데이터가 오면 read_m4_event()가 5바이트 패킷을 읽습니다.
패킷 형식이 0x12, command, arg1, arg2, 0x13인지 검사합니다.
command == CMD_M4_BUTTON(0x22)인 버튼 패킷만 처리합니다.
arg1은 M4 button id, arg2는 press/release 상태입니다.
button id가 0~4이고 상태가 0 또는 1이면 serial_send_led(button_id, pressed)로 M4 LED를 바로 갱신합니다.
release 상태는 게임 이벤트로 만들지 않습니다. LED만 꺼지고 끝납니다.
press 상태면 map_m4_button_event()가 button id를 GameEvent.type으로 매핑합니다.
serial_next_event()가 1을 반환하면 serial_thread()가 queue_push_event(&g_queue, event)로 main thread에 전달합니다.

M4 입력 매핑:

button id	press 이벤트
0	`EV_P1_LEFT`
1	`EV_P1_RIGHT`
2	`EV_START`
3	`EV_P2_LEFT`
4	`EV_P2_RIGHT`

중요한 점은 M4 LED 갱신은 serial thread에서 바로 하고, 게임 상태 변경은 main thread가 나중에 큐에서 pop한 뒤 한다는 것입니다.

hardware thread

함수:

hw_thread()
hw_next_event()
update_q6_key_led()
map_q6_key_event()

디바이스:

/dev/input/event1

흐름:

hw_thread()가 반복해서 hw_next_event(&event)를 호출합니다.
hw_next_event()는 read(button_fd, &ev, sizeof(ev))로 Linux input subsystem의 struct input_event를 읽습니다.
input_event에는 type, code, value가 들어 있습니다.
type == EV_KEY이고 value가 0 또는 1이면 update_q6_key_led()가 먼저 LED를 갱신합니다.
value == 1, 즉 press인 경우만 map_q6_key_event()가 게임 이벤트로 변환합니다.
release 상태는 게임 이벤트로 만들지 않습니다. LED만 꺼지고 끝납니다.
map_q6_key_event()가 유효한 키를 찾으면 GameEvent.type을 채우고 1을 반환합니다.
hw_next_event()가 1을 반환하면 hw_thread()가 queue_push_event(&g_queue, event)로 main thread에 전달합니다.

Q6 키 매핑:

input_event code	물리 키	press 이벤트
158	BACK	`EV_P1_SKILL`
172	HOME	`EV_PAUSE`
139	MENU	`EV_P2_SKILL`

Q6 LED 매핑:

물리 키	LED GPIO
BACK	GPIO(1, 21)
HOME	GPIO(1, 16)
MENU	GPIO(1, 20)

여기도 M4와 마찬가지로 LED는 입력 스레드에서 즉시 갱신하고, 게임 상태는 큐를 통해 main thread에서 갱신합니다.

sound thread

함수:

dispatch_pending_sound()
queue_sound()
sound_queue_push()
sound_thread()
sound_queue_pop()
buzzer_play()

디바이스:

/dev/buzzer

흐름:

main thread가 game_apply_event()로 게임 상태를 바꿉니다.
게임 로직 안에서 request_sound()가 호출되면 GameState.sound와 GameState.sound_seq가 바뀝니다.
main thread는 바로 dispatch_pending_sound(&g_game, &last_sound_seq)를 호출합니다.
sound_seq가 바뀌었으면 queue_sound()가 사운드 종류를 주파수와 시간으로 바꿉니다.
sound_queue_push()가 SoundQueue에 재생 요청을 넣습니다.
sound_thread()는 sound_queue_pop()으로 요청을 하나씩 꺼냅니다.
buzzer_play(freq, time_us)가 /dev/buzzer에 ioctl을 보내 실제 소리를 냅니다.

buzzer_play() 안에는 소리 길이만큼 usleep()이 있습니다. 이 함수가 main thread에서 직접 실행되면 게임 입력 처리가 멈추지만, 현재는 sound thread에서 실행되므로 main thread는 계속 이벤트를 처리할 수 있습니다.

중요 사운드인 충돌, 아이템 등장, 공격, 회복, blue clear는 큐에 대기 중인 이동음을 비우고 들어갑니다. 이미 재생 중인 소리는 끊지 않지만, 이동음이 뒤에 쌓여 중요한 소리를 늦추는 상황은 줄입니다.

main thread

함수:

main()
queue_pop()
game_apply_event()
dispatch_pending_sound()
update_board_outputs()
render_game()

흐름:

queue_pop(&g_queue)으로 이벤트를 하나 꺼냅니다.
EV_QUIT이면 종료합니다.
GAME_OVER 상태에서 EV_PAUSE가 오면 종료합니다.
그 외 이벤트는 game_apply_event(&g_game, ev)로 넘깁니다.
game_apply_event()는 이벤트 종류에 따라 GameState를 갱신합니다.
게임 로직이 사운드를 요청했을 수 있으므로 바로 dispatch_pending_sound()를 호출합니다.
pop한 이벤트가 EV_TICK이면 update_board_outputs()를 호출합니다.
tick 기반 렌더 카운터가 RENDER_INTERVAL_TICKS에 도달하면 render_game()을 호출합니다.
tick이 아닌 입력 이벤트는 need_render = 1로 표시해서 다음 렌더 타이밍에 화면을 갱신하게 합니다.

main thread의 핵심은 pop -> game apply -> sound dispatch -> tick이면 board output/render입니다.

Tick의 역할

EV_TICK은 timer thread가 50ms마다 넣는 시간 이벤트입니다. main thread가 EV_TICK을 pop했을 때만 시간 기반 게임 처리가 일어납니다.

EV_TICK이 game_apply_event()로 들어가면 내부에서 game_tick()이 호출됩니다.

game_tick()이 담당하는 범위:

tick_count 증가
난이도 갱신
아이템 타이머 감소
아이템 스폰
돌 스폰
돌 이동
충돌 판정
생존 점수 부여
게임오버 판정

그 다음 main thread가 같은 EV_TICK 처리 안에서 보드 출력도 갱신합니다.

update_board_outputs()가 담당하는 범위:

LCD 값이 바뀌었으면 serial_send_lcd()로 M4 LCD preset 전송
게임이 GAME_RUNNING이면 FND tick 카운터 증가
FND_INTERVAL_TICKS마다 P1/P2 점수를 번갈아 serial_send_fnd_number()로 전송

렌더링도 tick 기준입니다. 매 tick마다 화면을 그리지는 않고, render_tick_count가 RENDER_INTERVAL_TICKS에 도달했을 때만 render_game()을 호출합니다. 현재 설정은 TICK_MS=50ms, RENDER_INTERVAL_TICKS=10이므로 약 500ms마다 한 번 렌더링합니다.

정리하면:

EV_TICK pop
  -> game_apply_event()
     -> game_tick()
        -> 게임 시간/돌/아이템/충돌/점수/게임오버 갱신
  -> dispatch_pending_sound()
  -> update_board_outputs()
     -> LCD/FND 갱신
  -> 필요하면 render_game()

입력 이벤트는 플레이어 이동, 스킬, 시작, 일시정지 같은 즉시 동작을 처리합니다. 시간의 흐름, 돌 이동, 아이템 지속시간, 생존 점수, 렌더 주기, FND 주기는 tick이 담당합니다.

게임 규칙

기본 상태

플레이어 수: 2명
각 플레이어 레인 수: 3개
시작 레인: 가운데 레인
시작 체력: 3
최대 체력: 5
돌 최대 수: 플레이어당 40개
도로 높이: 16칸

진행

게임은 READY 상태에서 start 입력을 받으면 RUNNING으로 시작합니다.

EV_TICK마다 다음 처리를 합니다.

tick 증가
난이도 갱신
아이템 타이머 감소
아이템 스폰
돌 스폰
돌 이동
충돌 판정
생존 점수 부여
게임오버 판정

난이도

기본 돌 이동 주기: 8틱
최소 돌 이동 주기: 5틱
난이도 단계: 200틱마다 상승
기본 돌 스폰 주기: 14틱
스폰 확률: 25%에서 시작해 단계마다 증가, 최대 70%

충돌

돌이 플레이어 위치 근처까지 내려왔고 같은 레인에 있으면 충돌합니다.

충돌 효과:

체력 -1
점수 -30
점수는 0 아래로 내려가지 않음
체력이 0이면 해당 플레이어 사망

한 명이라도 사망하면 게임은 GAME_OVER가 됩니다.

점수

조건	점수
생존 보너스	20틱마다 +10
돌 회피	+20
아이템 성공	+30
충돌	-30

아이템

아이템은 100틱마다 하나씩 등장합니다. 이미 아이템이 있으면 새 아이템은 스폰하지 않습니다.

아이템	효과
RED	상대 플레이어 쪽에 랜덤 돌 생성
GREEN	스킬 버튼을 누를 때마다 개인 스택 증가
BLUE	자기 쪽 돌 전체 제거

GREEN은 아이템 시간이 끝날 때 판정합니다. 스택이 5 이상이면 체력을 1 회복하고 점수를 얻습니다.

사운드

이벤트	느낌	구현
이동	플레이어/방향별 음높이 상승	P1 left < P1 right < P2 left < P2 right
아이템 등장	짧은 알림음	659Hz
RED 공격	공격음	523Hz
GREEN 회복	높은 회복음	784Hz
BLUE clear	뾰롱	659Hz 후 988Hz
충돌	뿌국	147Hz 후 98Hz

중요 사운드인 충돌, 아이템, 공격, 회복, clear는 사운드 큐에 남아 있는 대기음을 비우고 들어갑니다. 이동음이 너무 많이 쌓여 중요한 소리를 늦추는 상황을 줄이기 위해서입니다.

렌더링

터미널 렌더링은 ANSI escape sequence를 사용합니다.

시작 시 화면 clear 및 cursor hide
렌더 시 cursor home
종료 시 cursor show 및 reset

렌더 주기:

TICK_MS = 50ms
RENDER_INTERVAL_TICKS = 10

즉, 약 500ms마다 한 번 렌더링합니다. 보드 UART/TTY 출력 대역폭을 아끼기 위해 낮은 주기로 제한합니다.

종료

게임오버 상태에서 Q6 HOME, 즉 EV_PAUSE가 들어오면 종료합니다.

종료 순서:

running = 0
이벤트 큐와 사운드 큐 close
timer/sound thread join
serial/hardware 디바이스 close
serial/hardware thread join
사운드 큐 destroy
render shutdown
debug close

종료 시 별도의 게임 이벤트 파일 저장은 하지 않습니다. 보드에서 종료 경로가 파일 I/O 때문에 느려지는 것을 피하기 위해서입니다.

정리

make clean

오브젝트 파일과 실행 파일을 삭제합니다.

Name		Name	Last commit message	Last commit date
Latest commit History 36 Commits
include		include
src		src
.gitignore		.gitignore
Makefile		Makefile
readme.md		readme.md
runtime_io_notes.md		runtime_io_notes.md

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Latest commit

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핵심 방향

파일 구조

빌드

실행

2>&1 의미

디버그 로그

사용하는 디바이스

Q6 입력

Q6 LED

Q6 부저

M4 UART

스레드 구조

timer thread

serial thread

hardware thread

sound thread

main thread

Tick의 역할

게임 규칙

기본 상태

진행

난이도

충돌

점수

아이템

사운드

렌더링

종료

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