Змейка на SSD1306: буфер кадра, скорость и кнопки

Змейка в моей мастерской начиналась дважды, и первый раз я её похоронил. Версия на delay(150) работала ровно до первой попытки повернуть под давлением: пока delay спал, digitalRead не вызывался, и примерно каждое второе нажатие уходило в никуда — змейка слушалась через раз. Игровой цикл с паузой в середине слеп во время сна, и это не лечится подбором паузы: короче — кнопки ловятся, но игра несётся; длиннее — темп честный, а управление ватное. Лечится выносом паузы из цикла: кадры по millis с окном, опрос кнопок каждый проход loop — механика та же, что в уроке про millis вместо delay, только здесь окно ещё и меняется на ходу.

Вторая причина посвятить змейке целый урок — буфер кадра. Экран SSD1306 держит 1024 байта кадра в ОЗУ платы, и display() перекачивает их на контроллер целиком — арифметику буфера я считал в уроке про 1024 байта на кадр. Для игры из этого следуют два правила: рисуй в ОЗУ сколько нужно, отправляй один раз в конце. Строго говоря, буфер у библиотеки один, а не два, но глазу живётся так, будто их два: процесс рисования с экрана не виден в принципе, зритель получает только готовый кадр — именно за это ценят двойную буферизацию в больших графических системах.

Управление — двумя кнопками вместо джойстика: левая крутит направление против часовой, правая по часовой. Для змейки это выгоднее абсолютных стрелок: четыре направления превращаются в два действия, и поворот всегда относительно хода, поэтому нажатием в воздухе нельзя отправить змейку в себя. Кнопки с подтяжкой и фронты я разбирал в базовом уроке про digitalRead, а здесь покажу, что в игре фронт важнее уровня вдвойне. Рекорд времени и физика прыжка остались за флаппи из этого же раздела — змейка добавляет работу с массивом и переменную скорость.

Поле — сетка, а не пиксели. При клетке 8×8 пикселей экран 128×64 даёт 16 столбцов и 8 рядов; верхний ряд я сразу отдал под счёт и скорость, поле осталось 16×7 — 112 клеток. Змейка живёт в двух массивах: sx[] хранит столбцы, sy[] ряды, голова — нулевой элемент, хвост — последний. Клетка рисуется fillRect(x*8, y*8, 7, 7): семь пикселей из восьми оставляют зазор, и глаз читает клетки, а не слитную полосу. Кадр целиком: clearDisplay(), строка счёта, тело циклом по массиву, еда — и ровно один display() в конце. Второй display() посередине сборки — верный способ увидеть разорванную картинку; почему мерцание у буферного экрана живёт не там, где его ищут, я подробно разбирал в уроке про анимацию без мерцания.

Скорость — переменная, и это вторая половина геймплея. Окно кадра стартует со 160 мс, каждая съеденная еда отнимает шесть, пол — 70 мс: к десятой еде кадр 100 мс, к шестнадцатой — предельные 70, дальше решают руки, а не рефлексы. Текущее окно я печатаю в шапке рядом со счётом — не украшение, а честный спидометр: когда игрок жалуется, что «игра подтормаживает», цифра сразу показывает, дело в окне или в шине. Формула ускорения — одна строка: shag = shag - 6 с зажимом через if. Классические реализации разгоняют игру ступенями раз в пять очков, но плавный разгон ощущается честнее и не даёт рывка, к которому не успеваешь привыкнуть.

Про ОЗУ — считаем вслух, потому что на Uno каждый байт на счету. Два массива по 80 сегментов — 320 байт, буфер экрана — 1024, счёт и служебные — десятки; из 2 КБ платы остаётся запас на будущее оборудование. Потолок в 80 сегментов — не скупость: за партию дольше сотни клеток не вырастает никто, а массив на все 112 съел бы ещё 64 байта. Если хотите бесконечный рост, переносите поле на Mega или ESP32 — там и буферов не жаль.

Поворот засчитывается по фронту: прошлые состояния обеих кнопок лежат в переменных knL и knP, и новая команда проходит только на переходе из HIGH в LOW. Уровневая логика в игре даёт классическую картину: палец на кнопке — направление крутится каждый кадр, и через полсекунды змейка кружится на месте, как щенок за хвостом. Анти-дребезг я тут сознательно не ставил: механический дребезг добавит два-три лишних фронта на нажатие, но двойной поворот за один тап в змейке терпим — а окно на 50-80 мс по millis при желании ставится одной строкой, я собирал его для меню в уроке про две кнопки.

Коллизии считаются по массиву координат, без геометрии: новую голову сравниваем с сегментами тела от первого до хвоста. Тонкость, на которой я обжёгся: клетка, которую хвост покидает в этом же кадре, — легальная, и проверять её на удар значит убивать змейку за законный разворот в узком месте. Поэтому длина проверки зависит от того, растём ли мы в этом кадре: еда съедена — хвост стоит на месте, проверяем всё тело; не съедена — последний сегмент из проверки выпадает. Стена ловится отдельно, четырьмя сравнениями: поле не прощает выход за край, и это единственные четыре случая, когда координата бывает вне сетки.

«Хвост съедает себя» — не фигура речи, а точное имя бага из моей первой версии. Я увеличивал длину массива до сдвига тела, и старая позиция головы записывалась поверх хвоста — тело слипалось с головой на первом же обеде, змейка умирала через две секунды. Мораль простая до обидного: единственный источник правды в игре — массив координат, экран — производная, которую каждый кадр рисуют заново. Порядок операций поменялся местами — сдвиг, потом голова, потом рост — и баг исчез навсегда; с тех пор рисование я пишу в самом конце функции хода, что бы ни происходило в ней выше.

Строка Wire.setClock(400000) в setup — не украшение, а условие честного разгона: полный кадр 1024 байта идёт по шине около 92 мс на стоковых 100 кГц, и когда окно падает ниже 92, кадры физически не успевают — игра перестаёт ускоряться, хотя millis показывает нужные 70. На 400 кГц посылка сжимается до 23 мс, и пол в 70 мс становится достижимым с запасом. Провода короче полуметра держат 400 кГц без вопросов; это тот же трюк, который я применяю в приборах с живыми графиками.

Еда спавнится циклом с проверкой: пока random попал на клетку тела, кидаем снова. Без этой проверки еда однажды заспавнится под змейкой и растворится в ней — игрок не съест и не поймёт, почему счёт стоит. Заодно это единственный while в скетче, и он всегда завершается: клеток в поле больше, чем сегментов у змейки, свободная клетка существует по определению.

Текстовое поле в симуляторе шире платного: 20 столбцов против 16, потому что движок рисует сетку знакомест 6×8, а не клетками 8×8. Логика при этом один в один: те же массивы, тот же сдвиг от хвоста, та же формула скорости и те же коллизии с пропуском уходящего хвоста. Наберите пару еден и следите за шапкой: SHAG уменьшается на шесть за каждую, и к десятой окно упрётся в сотню — дальше только руки.

Serial печатает счёт на гибели — за этим стоит привычка из приборных скетчей: одна строка на событие стоит ноль, а спор «до скольких ты дошёл» закрывает за секунду. Если скучно играть без звука, добавьте зуммер на D8 и короткий tone(8, 1800, 40) на еду — движок симулятора поддерживает tone на зуммере, и в макетке появится слышимый пульс очков, как во флаппи.