4. 像素操作基础：画点函数实现、颜色编码(RGB565)、缓冲区管理

好，咱们进入第四章节。前面几章我们把 SPI 通信和 LCD 初始化搞定了，屏幕能亮，能刷个纯色。但说真的，那离真正的显示还差得远。你想在屏幕上画个图标、显示个汉字，归根结底就一件事——操作像素。

这一章，我们就来啃下像素操作这块硬骨头。说白了，就是三个核心问题：怎么在任意位置画一个点？颜色数据在内存里怎么存？怎么管理显存缓冲区？搞懂这些，后面所有显示功能都是水到渠成的事。

4.1 画点函数——显示系统的基石

你想想看，不管是画线、画圆、显示字符还是图片，最底层的操作都是「在坐标 (x, y) 处设置一个颜色」。所以画点函数就是整个显示驱动的地基。地基不稳，上面盖什么都白搭。

我刚开始做 LCD 驱动时，犯过一个低级错误——画点函数里坐标没做边界检查。结果程序跑飞了，屏幕显示花成一团，查了半天才发现是坐标越界写到了显存外面。嗯，从那以后，我的画点函数第一行永远是边界判断。

来看一个典型的画点函数实现。假设我们用的是 240x320 分辨率的 ILI9341 驱动芯片：

// 画点函数 - 直接写屏模式
void LCD_DrawPoint(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t color)
{
    // 第一步：边界检查，防止越界
    if (x >= LCD_WIDTH) return;
    if (y >= LCD_HEIGHT) return;

    // 第二步：设置列地址范围（x坐标）
    LCD_WriteCmd(0x2A);  // 列地址设置命令
    LCD_WriteData(x >> 8);
    LCD_WriteData(x & 0xFF);
    LCD_WriteData(x >> 8);
    LCD_WriteData(x & 0xFF);

    // 第三步：设置行地址范围（y坐标）
    LCD_WriteCmd(0x2B);  // 行地址设置命令
    LCD_WriteData(y >> 8);
    LCD_WriteData(y & 0xFF);
    LCD_WriteData(y >> 8);
    LCD_WriteData(y & 0xFF);

    // 第四步：写入像素数据
    LCD_WriteCmd(0x2C);  // 写内存命令
    LCD_WriteData(color >> 8);
    LCD_WriteData(color & 0xFF);
}

4.2 RGB565 颜色编码——16位色的秘密

为什么用 RGB565 而不是 RGB888？说白了就两个字——省空间。嵌入式系统的 RAM 和 Flash 都是稀缺资源，能省一点是一点。

RGB565 用 16 位（2 字节）表示一个像素颜色：

• 红色（R）： 5 位，取值范围 0-31
• 绿色（G）： 6 位，取值范围 0-63
• 蓝色（B）： 5 位，取值范围 0-31

你看，绿色多给了一位。为什么？因为人眼对绿色最敏感，多一位能让绿色渐变更平滑。这是硬件工程师们多年经验总结出来的。

RGB565 的颜色值怎么拼出来？看这个公式：

// RGB565 颜色编码
// 参数：R(0-31), G(0-63), B(0-31)
// 返回：16位颜色值
uint16_t RGB565(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b)
{
    return ((r & 0x1F) << 11) |   // 红色占 bit15-bit11
           ((g & 0x3F) << 5)  |   // 绿色占 bit10-bit5
           (b & 0x1F);             // 蓝色占 bit4-bit0
}

// 常用颜色宏定义
#define WHITE         0xFFFF
#define BLACK         0x0000
#define RED           0xF800
#define GREEN         0x07E0
#define BLUE          0x001F
#define YELLOW        0xFFE0
#define CYAN          0x07FF
#define MAGENTA       0xF81F

4.3 缓冲区管理——显存的设计哲学

画点函数可以直接写屏，但这样做有个大问题——效率低。每次画一个点都要通过 SPI 发一堆命令和数据，SPI 速度再快也扛不住频繁的单点操作。

我个人的习惯是：能批量操作就别单点操作。这就引出了缓冲区管理的概念。

4.3.1 全屏缓冲区 vs 局部缓冲区

两种方案，各有优劣：

对于 STM32F103 这种只有 20KB 或 64KB RAM 的芯片，全屏缓冲区基本不现实。我一般用局部缓冲区，比如开一个 240×16 像素的行缓冲区，逐行刷新。

4.3.2 缓冲区操作流程

有了缓冲区，画点函数就要改一改了——先写缓冲区，再统一刷到屏幕：

// 显存缓冲区（局部缓冲区示例：240x16 像素）
#define BUFFER_ROWS  16
uint16_t lcd_buffer[LCD_WIDTH * BUFFER_ROWS];

// 带缓冲区的画点函数
void LCD_DrawPoint_Buffered(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t color)
{
    if (x >= LCD_WIDTH || y >= LCD_HEIGHT) return;

    // 计算缓冲区索引
    uint32_t index = y * LCD_WIDTH + x;
    lcd_buffer[index] = color;
}

// 将缓冲区内容刷到 LCD
void LCD_FlushBuffer(uint16_t start_y, uint16_t end_y)
{
    uint16_t height = end_y - start_y;
    uint32_t total_pixels = LCD_WIDTH * height;

    // 设置窗口区域
    LCD_WriteCmd(0x2A);
    LCD_WriteData(0); LCD_WriteData(0);
    LCD_WriteData((LCD_WIDTH-1) >> 8); LCD_WriteData((LCD_WIDTH-1) & 0xFF);

    LCD_WriteCmd(0x2B);
    LCD_WriteData(start_y >> 8); LCD_WriteData(start_y & 0xFF);
    LCD_WriteData((end_y-1) >> 8); LCD_WriteData((end_y-1) & 0xFF);

    // 批量发送像素数据
    LCD_WriteCmd(0x2C);
    for (uint32_t i = 0; i < total_pixels; i++)
    {
        LCD_WriteData(lcd_buffer[i] >> 8);
        LCD_WriteData(lcd_buffer[i] & 0xFF);
    }
}

4.4 本章知识结构图

下面这张图把本章的核心知识点串起来了，你可以对照着理清思路：

4.5 实战要点总结

这一章的内容偏基础，但非常重要。我总结几个关键点，你写代码时可以对照着检查：

1. 画点函数一定要做边界检查——这是防呆设计，能省掉你大量调试时间。
2. RGB565 的颜色值不要搞混位顺序——高位是红色，中间是绿色，低位是蓝色。记不住就查宏定义。
3. 缓冲区大小要量力而行——先算清楚 MCU 还剩多少 RAM，再决定用全屏还是局部缓冲区。
4. 批量操作优先——能用 DMA 就用 DMA，能一次发一帧就别一次发一个点。