4. 像素操作核心：设置窗口函数、写像素点、区域填充与颜色格式转换

各位同学，今天我们来啃一块硬骨头——像素操作。说白了，LCD 屏幕上的一切图形，最终都要落到「怎么把颜色填到正确的位置」这个问题上。我刚开始做 LCD 驱动时，总觉得画点函数写出来就完事了，结果一跑起来满屏花屏……后来才发现，窗口设置和颜色格式这两个坑，踩一次就记住了。

4.1 窗口函数：告诉屏幕「我要画哪里」

先问一个问题：你往屏幕上写数据，LCD 控制器怎么知道这些数据对应哪个像素？

答案就是窗口函数。它相当于在屏幕上画一个矩形框，之后所有写入的数据都只填充这个框内。我习惯叫它「裁剪区」——你想想看，没有这个框，每次写像素都要计算绝对坐标，效率低得吓人。

4.1.1 Set Column Address 和 Set Page Address

这两个命令通常成对出现：

• Set Column Address：定义 X 轴范围（列起始 ~ 列结束）
• Set Page Address：定义 Y 轴范围（页起始 ~ 页结束）

以 ILI9341 为例，命令格式如下：

// 设置列范围：列起始 SC，列结束 EC
void LCD_SetColumn(uint16_t sc, uint16_t ec) {
    LCD_WriteCmd(0x2A);          // 列地址命令
    LCD_WriteData(sc >> 8);     // 高字节
    LCD_WriteData(sc & 0xFF);    // 低字节
    LCD_WriteData(ec >> 8);     // 高字节
    LCD_WriteData(ec & 0xFF);    // 低字节
}

// 设置页范围：页起始 SP，页结束 EP
void LCD_SetPage(uint16_t sp, uint16_t ep) {
    LCD_WriteCmd(0x2B);          // 页地址命令
    LCD_WriteData(sp >> 8);
    LCD_WriteData(sp & 0xFF);
    LCD_WriteData(ep >> 8);
    LCD_WriteData(ep & 0xFF);
}

4.1.2 窗口设置的典型流程

1. 关闭自动递增（如果需要）
2. 发送列地址命令 + 4 字节参数
3. 发送页地址命令 + 4 字节参数
4. 发送写存储器命令（0x2C）
5. 连续写入像素数据

我曾经在项目里犯过一个低级错误：列和页的起始/结束参数搞反了。结果屏幕上画出来的矩形是镜像的，调试了整整一个下午……嗯，从那以后我每次写窗口函数都会在纸上先画一遍坐标。

4.2 写像素点函数：最基础的原子操作

窗口设置好之后，写像素就简单了。但这里有个关键点：颜色格式。你送出去的数据是 16 位还是 24 位，直接决定了写像素函数的实现。

4.2.1 RGB565 格式下的写像素

// 在 (x, y) 位置画一个 RGB565 颜色点
void LCD_DrawPixel(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t color) {
    // 1. 设置窗口为单像素大小
    LCD_SetColumn(x, x);
    LCD_SetPage(y, y);
    // 2. 写入颜色数据
    LCD_WriteCmd(0x2C);
    LCD_WriteData(color >> 8);   // 高字节
    LCD_WriteData(color & 0xFF);  // 低字节
}

你可能会问：为什么窗口要设成单像素？直接写坐标不行吗？

答案是不行。大多数 LCD 控制器内部维护一个「写指针」，窗口函数的作用就是重置这个指针的位置。如果不设窗口，写指针会从上一次的位置继续递增，结果就是颜色写到别的地方去了。

4.3 区域填充函数：批量操作的威力

区域填充的本质就是「设大窗口 + 批量写数据」。以填充一个矩形为例：

// 填充矩形区域 (x0,y0) 到 (x1,y1)，颜色为 color
void LCD_FillRect(uint16_t x0, uint16_t y0, uint16_t x1, uint16_t y1, uint16_t color) {
    uint32_t pixel_count = (x1 - x0 + 1) * (y1 - y0 + 1);
    uint32_t i;

    // 设置窗口
    LCD_SetColumn(x0, x1);
    LCD_SetPage(y0, y1);
    LCD_WriteCmd(0x2C);

    // 连续写入像素
    for (i = 0; i < pixel_count; i++) {
        LCD_WriteData(color >> 8);
        LCD_WriteData(color & 0xFF);
    }
}

这里有个优化点：如果颜色是固定的，可以用硬件自动递增模式。有些 LCD 控制器支持「内存写自动加 1」，你只需要在初始化时配置好，之后连续写数据即可，不需要每次手动计算地址。

4.4 颜色格式转换：RGB565 与 RGB888

这是最容易出 bug 的地方。我见过太多人把颜色值搞错，导致屏幕显示偏色严重。

4.4.1 两种格式的位分布

4.4.2 转换函数实现

// RGB888 -> RGB565
uint16_t RGB888_to_RGB565(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b) {
    return ((r >> 3) << 11) |   // 红：8 位截断为 5 位
           ((g >> 2) << 5)  |   // 绿：8 位截断为 6 位
           (b >> 3);             // 蓝：8 位截断为 5 位
}

// RGB565 -> RGB888（扩展）
void RGB565_to_RGB888(uint16_t rgb565, uint8_t *r, uint8_t *g, uint8_t *b) {
    *r = ((rgb565 >> 11) & 0x1F) << 3;   // 5 位扩展到 8 位
    *g = ((rgb565 >> 5)  & 0x3F) << 2;   // 6 位扩展到 8 位
    *b = (rgb565 & 0x1F) << 3;             // 5 位扩展到 8 位
}

4.5 知识结构总览

下面这张图把本章的核心逻辑串起来了：

4.6 实战中的避坑指南

• 窗口参数越界：LCD 的列和页范围通常是 0~239 和 0~319（以 240×320 为例）。传入超出范围的值，轻则显示错位，重则死机。我建议在窗口函数内部加参数校验。
• 字节序问题：RGB565 数据在 16 位总线上是高位在前还是低位在前？不同 LCD 控制器不一样。ILI9341 默认是高位在前，但有些国产屏是低位在前。查数据手册的「Memory Write Cycle」章节。
• 颜色格式不匹配：如果你用 RGB888 的图片数据直接喂给 RGB565 的屏，颜色会严重失真。反过来，RGB565 的数据喂给 RGB888 的屏，颜色会偏暗。转换函数一定要写对。

4.7 小结

像素操作是 LCD 驱动的基石。窗口函数决定了「画在哪里」，写像素函数决定了「画什么」，区域填充提升了批量效率，颜色格式转换保证了颜色准确。这四个函数写好了，后面画线、画圆、显示图片都会轻松很多。

嗯，记住一点：先验证窗口，再验证颜色。我每次移植新屏驱动，都会先画一个全屏的纯色矩形——如果颜色不对，先查格式；如果位置不对，先查窗口。这个习惯帮我省了无数调试时间。