3、低功耗刷新策略：静态页面检测、差分刷新、区域刷新调度、帧率自适应控制

OLED 的低功耗刷新，说白了就是「能不刷就不刷，能少刷就少刷」。我刚开始做嵌入式 UI 时，总觉得屏幕刷新越快越流畅，结果电池续航直接腰斩。后来才明白——对于 OLED，每一帧的像素点亮都是在消耗能量，尤其是白色背景，功耗比黑色高好几倍。

这一章，我们来拆解四个核心策略：静态页面检测、差分刷新、区域刷新调度、帧率自适应控制。它们组合起来，能让你的 OLED 功耗降低 60% 以上，同时保持用户体验不降级。

3.1 静态页面检测：别做无用功

很多场景下，屏幕内容根本没变——比如用户在看一页文字，或者停在某个菜单。但如果你不管三七二十一，以 60fps 持续刷新，那就是在浪费电量。

静态页面检测的核心思路：比较当前帧与上一帧的帧缓冲数据，如果差异小于某个阈值，就判定为「静态」，然后停止刷新或进入极低刷新模式。

3.2 差分刷新：只发变化的部分

静态页面检测告诉你「要不要刷」，差分刷新告诉你「刷哪里」。传统做法是每次刷新都发送整帧数据，哪怕只变了一个像素。差分刷新只传输变化区域的像素数据，配合 OLED 驱动 IC 的「窗口设置命令」（如 SSD1306 的 SetColumnAddress / SetPageAddress），可以大幅减少 SPI/I2C 传输量。

差分刷新的工作流程：

1. 维护两个帧缓冲：current_buffer 和 previous_buffer。
2. 逐行或逐块比较，找出变化区域的最小矩形边界（dirty rectangle）。
3. 只发送该矩形区域内的像素数据到 OLED。
4. 更新 previous_buffer 为当前内容。

// 差分刷新核心逻辑（伪代码）
typedef struct {
    uint16_t x_min, y_min;
    uint16_t x_max, y_max;
} DirtyRect;

DirtyRect find_dirty_rect(uint8_t *curr, uint8_t *prev, 
                          uint16_t w, uint16_t h) {
    DirtyRect rect = {w, h, 0, 0};
    for (uint16_t y = 0; y < h; y++) {
        for (uint16_t x = 0; x < w; x++) {
            if (curr[y * w + x] != prev[y * w + x]) {
                if (x < rect.x_min) rect.x_min = x;
                if (x > rect.x_max) rect.x_max = x;
                if (y < rect.y_min) rect.y_min = y;
                if (y > rect.y_max) rect.y_max = y;
            }
        }
    }
    return rect;
}

void diff_refresh(uint8_t *curr, uint8_t *prev, 
                  uint16_t w, uint16_t h) {
    DirtyRect dr = find_dirty_rect(curr, prev, w, h);
    if (dr.x_max < dr.x_min || dr.y_max < dr.y_min) {
        return; // 无变化，跳过
    }
    // 设置 OLED 窗口为 dirty rect
    oled_set_window(dr.x_min, dr.y_min, dr.x_max, dr.y_max);
    // 只发送 dirty rect 内的数据
    for (uint16_t y = dr.y_min; y <= dr.y_max; y++) {
        oled_send_data(&curr[y * w + dr.x_min], 
                       dr.x_max - dr.x_min + 1);
    }
    memcpy(prev, curr, w * h); // 更新 previous buffer
}

3.3 区域刷新调度：分而治之

差分刷新找到了变化区域，但如果有多个不相邻的区域同时变化呢？比如时钟数字在变，同时电池图标也在变。如果把它们合并成一个大的 dirty rect，中间没变化的区域也会被刷新，浪费带宽。

区域刷新调度的做法：

• 将屏幕划分为固定大小的区域（如 8x8 像素的 tile）。
• 每个 tile 独立维护一个 dirty 标志位。
• 刷新时，只遍历 dirty 的 tile，分别设置窗口并发送数据。
• 支持优先级调度：高频变化区域（如动画）优先刷新，静态区域延后。

调度策略	适用场景	功耗节省	实现复杂度
全帧刷新	视频播放、游戏	0%	低
单矩形差分	按钮点击、文字输入	30%~50%	中
多区域 tile 调度	仪表盘、多控件 UI	50%~70%	高
混合模式（动态切换）	通用场景	60%~80%	高

3.4 帧率自适应控制：该快则快，该慢则慢

固定帧率是最简单的做法，但也是最浪费的。帧率自适应控制根据内容动态调整刷新率：

• 静态内容：降到 1~5 fps，甚至停止刷新（只保留显示 RAM 供电）。
• 慢速动画：10~15 fps，人眼基本无感知。
• 快速交互：30~60 fps，保证响应流畅。
• 视频播放：匹配视频源帧率（24/30/60 fps）。

实现上，我习惯用一个简单的状态机：

typedef enum {
    REFRESH_STOP,    // 停止刷新
    REFRESH_SLOW,    // 5 fps
    REFRESH_NORMAL,  // 15 fps
    REFRESH_FAST,    // 30 fps
    REFRESH_TURBO    // 60 fps
} RefreshMode;

RefreshMode determine_refresh_mode(DirtyRect *rects, int count) {
    if (count == 0) return REFRESH_STOP;
    
    int total_area = 0;
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        total_area += (rects[i].x_max - rects[i].x_min) *
                      (rects[i].y_max - rects[i].y_min);
    }
    
    float change_ratio = (float)total_area / (SCREEN_W * SCREEN_H);
    
    if (change_ratio < 0.001f) return REFRESH_STOP;
    if (change_ratio < 0.05f)  return REFRESH_SLOW;
    if (change_ratio < 0.2f)   return REFRESH_NORMAL;
    if (change_ratio < 0.5f)   return REFRESH_FAST;
    return REFRESH_TURBO;
}

3.5 整体调度架构

把这四个策略串起来，就构成了一个完整的低功耗刷新调度器。下面这张图展示了数据流和决策路径：

这个调度器每帧执行一次。静态检测做第一道过滤，差分检测定位变化区域，区域调度决定刷新顺序，帧率控制决定刷新速度。四者配合，才能做到「该省则省，该快则快」。