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如何让ST7789显示不再“闪瞎眼”？双缓冲实战全解析

你有没有遇到过这种情况：在STM32或ESP32上驱动一块小小的240×320的TFT屏幕，画个渐变色条或者刷新波形图时，画面像老电视一样“撕裂”，甚至每动一下就白光一闪？别急——这并不是你的代码写得差，而是你还在用单缓冲绘图的老办法。

我曾经也踩过这个坑。直到有一天，我把项目从“能看”升级到“好看”的过程中，终于下定决心搞清楚：为什么别人家的界面丝滑流畅，而我的却像幻灯片翻页？

答案就是——双缓冲（Double Buffering）。

今天，我就带你一步步拆解ST7789上实现双缓冲的核心逻辑，不讲空话，只讲你能立刻上手的实战技巧。

一、先说痛点：为什么ST7789容易“闪”？

我们先来直面问题根源。

ST7789是一款非常流行的TFT驱动芯片，支持SPI通信、RGB565格式，最大分辨率240×320。它便宜、好买、资料多，是嵌入式开发者的首选之一。但它有个致命弱点：没有独立显存，所有像素数据都靠MCU提供。

这意味着什么？

当你调用draw_pixel(x, y, color)的时候，CPU其实是通过SPI一条条把数据发给ST7789的GRAM（图形内存）。而与此同时，屏幕本身也在不停地扫描显示当前内容。

于是就出现了经典的“画面撕裂”场景：

你想画一个移动的小方块。
刚开始清屏 → 开始画 → 屏幕刚好扫到中间 → 显示的是“上半空白 + 下半有方块”。
用户看到的就是——撕裂！

更糟的是，如果你采用“先清屏再重绘”的策略，整个屏幕会先变白，再慢慢画出来，视觉上就是明显的“闪烁”。

这不是硬件缺陷，这是绘制与显示未分离导致的必然结果。

二、解决之道：双缓冲是怎么“骗过眼睛”的？

想象一下电影院是怎么放电影的：胶片是一帧一帧切换的，但我们看到的是连续动作。关键就在于——画面切换发生在观众看不见的时候。

双缓冲正是用了同样的原理。

它的核心思想只有三句话：

1. 我有两个画布：一个正在展示（前缓冲），另一个你在背后偷偷画（后缓冲）。
2. 你画完了告诉我一声，我立刻换画布。
3. 换的过程要快，最好在用户没察觉时完成。

这样一来，用户永远只看到完整的画面，不会看到“正在画”的中间状态。

那么具体怎么实现？

✅ 第一步：分配两块内存

#define LCD_WIDTH 240 #define LCD_HEIGHT 320 #define FRAME_SIZE (LCD_WIDTH * LCD_HEIGHT) // 分配两个帧缓冲区（建议放在DMA可访问区域） uint16_t frame_buffer[2][FRAME_SIZE] __attribute__((aligned(32)));

每个像素用RGB565格式存储，占2字节。一帧就是240 × 320 × 2 = 153,600 字节 ≈ 150KB。双缓冲就是300KB——对STM32F4这类小容量MCU确实吃紧，但像STM32H7、ESP32这种带PSRAM的平台完全扛得住。

✅ 第二步：定义前后缓冲指针

uint16_t *buf_front = frame_buffer[0]; // 当前显示用 uint16_t *buf_back = frame_buffer[1]; // 当前绘制用

注意：这里只是指针交换，不是 memcpy！效率极高。

✅ 第三步：绘制全部在后台进行

比如你要画个彩色渐变：

void draw_gradient(void) { for (int y = 0; y < LCD_HEIGHT; y++) { for (int x = 0; x < LCD_WIDTH; x++) { uint16_t r = (x >> 3) & 0x1F; uint16_t g = (y >> 2) & 0x3F; uint16_t b = (x ^ y) >> 3 & 0x1F; buf_back[y * LCD_WIDTH + x] = (r << 11) | (g << 5) | b; } } }

所有的操作都在buf_back上完成，屏幕仍然显示的是buf_front的内容，毫无干扰。

✅ 第四步：原子化切换

等你画完了，调用一个swap_buffers()函数：

void swap_buffers(void) { spi_wait_idle(); // 确保上一帧传输已完成 // 交换指针 uint16_t *temp = buf_front; buf_front = buf_back; buf_back = temp; // 启动DMA推送新帧到ST7789 st7789_update_screen(buf_front); }

就这么简单？没错。没有复制、没有延迟、没有复杂协议，只是一个指针切换 + 一次全屏更新。

三、关键优化：如何让刷新更快更稳？

虽然双缓冲解决了“撕裂”和“闪烁”，但如果处理不当，还是会卡顿、掉帧、发热严重。下面这几个实战技巧，都是我在调试中一点点试出来的。

🔧 技巧1：一定要用DMA传数据！

别再用裸SPI发送像素了！每一帧15万多个像素点，如果靠CPU轮询发送，不仅耗时长（可能几十毫秒），还会阻塞其他任务。

正确的做法是：

• 初始化SPI为DMA模式；
• 调用HAL_SPI_Transmit_DMA()或 ESP-IDF 中的spi_device_transmit()；
• 让硬件自动搬运数据，CPU腾出手干别的事。

示例（基于HAL库）：

void st7789_update_screen(uint16_t *frame) { st7789_set_address_window(0, 0, LCD_WIDTH - 1, LCD_HEIGHT - 1); st7789_write_command(ST7789_RAMWR); // 写GRAM命令 HAL_GPIO_WritePin(LCD_DC_GPIO_Port, LCD_DC_Pin, GPIO_PIN_SET); HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi1, (uint8_t *)frame, FRAME_SIZE * 2); }

这样一次刷新可以压到5~10ms以内（取决于SPI速率），轻松做到30fps动画。

🔧 技巧2：局部刷新比全刷香多了

你真的需要每次刷新整块屏幕吗？

比如你只是改了个按钮颜色，或者弹了个提示框，没必要把整个背景重新传一遍。

引入“脏矩形”机制（Dirty Rectangle）：

typedef struct { uint16_t x, y, w, h; } rect_t; rect_t dirty_rect = {0, 0, LCD_WIDTH, LCD_HEIGHT}; // 默认全刷 void mark_dirty(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t w, uint16_t h) { // 合并区域（简化版） uint16_t x1 = MIN(dirty_rect.x, x); uint16_t y1 = MIN(dirty_rect.y, y); uint16_t x2 = MAX(dirty_rect.x + dirty_rect.w, x + w); uint16_t y2 = MAX(dirty_rect.y + dirty_rect.h, y + h); dirty_rect.x = x1; dirty_rect.y = y1; dirty_rect.w = x2 - x1; dirty_rect.h = y2 - y1; } void flush_dirty(void) { if (dirty_rect.w == 0 || dirty_rect.h == 0) return; st7789_set_address_window( dirty_rect.x, dirty_rect.y, dirty_rect.x + dirty_rect.w - 1, dirty_rect.y + dirty_rect.h - 1 ); uint32_t offset = (dirty_rect.y * LCD_WIDTH + dirty_rect.x); uint32_t size = dirty_rect.w * dirty_rect.h; st7789_write_command(ST7789_RAMWR); HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi1, (uint8_t*)&buf_front[offset], size * 2); // 清除标记 dirty_rect.w = 0; }

配合双缓冲使用，既能保证完整性，又能大幅降低带宽压力。

🔧 技巧3：模拟VSync，避免“错峰切换”

ST7789本身不输出垂直同步信号（VSync），但你可以通过定时器模拟。

假设你的屏幕刷新率大约是60Hz（每帧约16.6ms），可以用一个定时器中断来标记“新的一帧开始了”：

static volatile bool vsync_flag = true; void TIM6_IRQHandler(void) { if (TIM6->SR & TIM_SR_UIF) { TIM6->SR = ~TIM_SR_UIF; vsync_flag = true; } } void swap_buffers_vsync(void) { while (!vsync_flag); // 等待VSync开始 spi_wait_idle(); vsync_flag = false; // 切换并刷新 uint16_t *temp = buf_front; buf_front = buf_back; buf_back = temp; st7789_update_screen(buf_front); }

虽然仍是软件模拟，但在高帧率下能显著减少因“中途切换”带来的轻微抖动感。

四、真实场景中的取舍：内存 vs 流畅性

双缓冲最大的代价是什么？内存翻倍。

对于某些资源紧张的项目（如STM32F1/F4系列），300KB SRAM直接没了，怎么办？

这里有几种折中方案：

我个人建议：宁可牺牲一点功能，也要保证显示质量。因为用户体验是从第一眼开始建立的。

五、常见坑点与避坑指南

❌ 坑1：指针没对齐，DMA报错

尤其是Cortex-M7平台，DMA要求缓冲区地址按特定字节对齐（如32字节）。记得加：

__attribute__((aligned(32)))

否则可能出现传输异常或HardFault。

❌ 坑2：忘记等待SPI空闲就切换

// 错误示范： buf_front = buf_back; return; // 此时DMA还在传！下一帧可能覆盖旧数据！

正确做法是在swap_buffers()前确保上一帧DMA已完成：

while (spi_dma_busy()); // 或注册DMA完成回调

❌ 坑3：频繁刷新导致功耗飙升

如果你做的是电池供电设备（比如智能手表），一直跑60fps等于持续烧电。

解决方案：

• 静态画面降到5fps；
• 动画期间恢复高刷；
• 利用ST7789的SLEEP_IN/SLEEP_OUT命令休眠屏幕。

六、结语：从“能用”到“好用”，只差一个双缓冲

回到开头的问题：怎么让ST7789不再闪？

答案已经很清晰了：

用双缓冲隔离绘制与显示，用DMA加速传输，用局部刷新节省资源。

这套组合拳下来，哪怕是最基础的MCU，也能做出媲美消费电子产品的视觉体验。

更重要的是，一旦你掌握了这套方法，后续接入LVGL、LittlevGL、TouchGFX Lite等GUI框架时就会发现——它们底层其实也是这么干的。

你现在做的，不只是修一个“闪屏”的Bug，而是在搭建一套现代嵌入式图形系统的地基。

所以，别再让你的用户盯着“撕裂的画面”皱眉了。
现在就去改代码，加上双缓冲，让他们眼前一亮吧！

如果你在实现过程中遇到了SPI DMA配置问题、内存不足崩溃、或是刷新不同步的情况，欢迎在评论区留言，我们一起排查解决。