五子棋项目-平芜编程栈

Linux FrameBuffer 实现嵌入式五子棋（完整源码 + 解析）

一、项目概述

本项目基于 Linux 帧缓冲FrameBuffer(fb)手写一套极简 2D 绘图引擎，不依赖 Qt、LVGL 等第三方 UI 库，纯 C 实现 20×20 五子棋。

功能清单

FrameBuffer 底层封装：点、直线、矩形、圆形、区域清屏、24 位 BMP 图片渲染
20×20 棋盘绘制，WASD 红色光标移动选中落子点
空格落子，黑白棋子自动交替，已有棋子位置禁止重复落子
四向胜负判断（横、竖、正对角线、反对角线），五子连珠弹出胜利图片

环境说明

系统：Linux（开发板 / 虚拟机均可）
显示设备：/dev/fb0
颜色格式：RGB888 (32 位色)、RGB565 (16 位色) 双兼容
编译工具：GCC + Makefile

二、项目文件结构

├── main.c # 程序入口，初始化fb启动游戏 ├── game.c # 五子棋业务逻辑：棋盘绘制、操控、胜负判断 ├── game.h # 游戏函数声明头文件 ├── framebuffer.c # FrameBuffer底层绘图驱动封装 ├── framebuffer.h # 绘图API头文件 ├── black.bmp.bmp # 黑棋胜利贴图 ├── white.bmp.bmp # 白棋胜利贴图 └── Makefile # 一键编译脚本

三、源码分模块解析

模块 1：FrameBuffer 底层绘图驱动

1.1 framebuffer.h 头文件（函数对外声明）

#ifndef __FRAMEBUFFER_H__ #define __FRAMEBUFFER_H__ #define RGB_FMT_888 32 #define RGB_FMT_565 16 //屏幕全局分辨率 extern int fbx_g; extern int fby_g; //初始化帧缓冲设备 extern int init_fb(char *devname); //基础绘图接口 extern void draw_point(int x, int y, unsigned int col); extern void draw_h_line(int x, int y, int len, unsigned int col); extern void draw_s_line(int x,int y,int len,unsigned int col); extern void clear_ping(int x,int y,int hang,int lie,unsigned int col); extern void draw_square(int x,int y,int len,unsigned int col); extern void draw_circle(int x,int y,int r,unsigned int col); extern void draw_bmp(int x, int y, char *bmpname); #endif

1.2 framebuffer.c 底层实现

核心原理：open打开 fb 设备 →ioctl获取屏幕参数 →mmap显存映射，直接操作像素内存。

#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <sys/ioctl.h> #include <linux/fb.h> #include <sys/mman.h> #include "framebuffer.h" void *pmem = NULL; //显存映射首地址 int fb; //fb设备文件描述符 struct fb_var_screeninfo vinfo; //屏幕可变参数 int fbx_g = 0; int fby_g = 0; //初始化帧缓冲 int init_fb(char *devname) { fb = open(devname, O_RDWR); if (-1 == fb) { perror("open fb error"); return -1; } //获取屏幕分辨率、色深 int ret = ioctl(fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo); if (ret < 0) { perror("ioctl error"); return -1; } printf("xres = %d, yres = %d\n", vinfo.xres, vinfo.yres); printf("bits_per_pixel = %d\n", vinfo.bits_per_pixel); fbx_g = vinfo.xres; fby_g = vinfo.yres; //计算显存总长度，建立内存映射 size_t len = vinfo.xres_virtual * vinfo.yres_virtual * vinfo.bits_per_pixel/8; pmem = mmap(NULL, len, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fb, 0); if (pmem == MAP_FAILED) { perror("mmap error"); return -1; } return 0; } //绘制单个像素点，适配RGB888/RGB565 void draw_point(int x, int y, unsigned int col) { if (x >= vinfo.xres || y >= vinfo.yres) return ; if (vinfo.bits_per_pixel == RGB_FMT_888) { unsigned int *p = pmem; *(p+vinfo.xres_virtual*y+x) = col; } else if (vinfo.bits_per_pixel == RGB_FMT_565) { unsigned short *p = pmem; *(p+vinfo.xres_virtual*y+x) = col; } } //绘制水平线 void draw_h_line(int x, int y, int len, unsigned int col) { for (int i = x; i < x+len; ++i) draw_point(i, y, col); } //绘制垂直线 void draw_s_line(int x,int y,int len,unsigned int col) { for(int i=y;i<y+len;++i) draw_point(x,i,col); } //矩形区域填充（清屏/背景） void clear_ping(int x,int y,int hang,int lie,unsigned int col) { for(int i=x;i<hang;++i) for(int j=y;j<hang;++j) draw_point(i,j,col); } //实心正方形 void draw_square(int x,int y,int len,unsigned int col) { for(int i=x;i<x+len;++i) for(int j=y;j<y+len;++j) draw_point(i,j,col); } //实心圆形（圆方程判定像素） void draw_circle(int x,int y,int r,unsigned int col) { for(int i=y-r;i<=y+r;++i) for(int j=x-r;j<=x+r;++j) if((j-x)*(j-x)+(i-y)*(i-y)<=r*r) draw_point(j,i,col); } //加载并绘制24位BMP图片 void draw_bmp(int x, int y, char *bmpname) { #pragma pack(1) //BMP文件头 typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { short bfType; int bfSize; short bfReserved1; short bfReserved2; int bfOffBits; }Bmp_file_head_t; //BMP信息头 typedef struct tagBITMAPINFOHEADER { int biSize; int biWidth; int biHeight; short biPlanes; short biBitCount; int biCompression; int biSizeImage; int biXPelsPerMeter; int biYPelsPerMeter; int biClrUsed; int biClrImportant; }Bmp_info_t; #pragma pack() Bmp_file_head_t headinfo; Bmp_info_t bmpinfo; int fd = open(bmpname, O_RDONLY); if (-1 == fd) { perror("open bmp error"); return ; } read(fd, &headinfo, sizeof(headinfo)); read(fd, &bmpinfo, sizeof(bmpinfo)); unsigned char *buff = malloc(bmpinfo.biHeight*bmpinfo.biWidth*bmpinfo.biBitCount/8); read(fd, buff, bmpinfo.biHeight*bmpinfo.biWidth*bmpinfo.biBitCount/8); close(fd); unsigned char *p = buff; unsigned char r, g, b; //BMP像素上下倒置，逆序遍历 for (int j = bmpinfo.biHeight-1; j >= 0; j--) for (int i = 0; i < bmpinfo.biWidth; i++) { b = *p;++p; g = *p;++p; r = *p;++p; unsigned int col = (r << 16) | (g << 8) | b; draw_point(i+x, j+y, col); } free(buff); }

模块 2：五子棋游戏业务层

2.1 game.h 函数声明

#ifndef _GAME_H #define _GAME_H extern void show_chess_board(); extern void begin_game(); extern int check_win(int x,int y,int col); #endif

2.2 game.c 棋盘、操控、胜负逻辑

#include<stdio.h> #include"game.h" #include"framebuffer.h" //RGB888颜色宏 格式0x00RRGGBB #define RED 0x00FF0000 #define GREEN 0x0000FF00 #define BLUE 0x000000FF #define BLACK 0x00000000 #define WHITE 0x00FFFFFF #define YELLOW 0x00FFFF00 #define BACKGROUND 0x00FFDAB9 //棋盘布局参数 #define BEGIN_X 100 #define BEGIN_Y 100 #define CNT_X 20 #define CNT_Y 20 #define ONE_W 25 #define WHITE_CHESS 1 #define BLACK_CHESS -1 //全局变量 int gb_x=BEGIN_X; //光标屏幕坐标X int gb_y=BEGIN_Y; //光标屏幕坐标Y int chess_g[CNT_Y][CNT_X]={0}; //棋盘数组 0空 1白 -1黑 int cishu=1; //落子次数，控制黑白交替 int chess_col=0; //本次落子棋子颜色 //绘制完整棋盘：背景、网格、光标、所有棋子 void show_chess_board() { clear_ping(0,0,800,600,BACKGROUND); //绘制横线 for(int i=0;i<CNT_Y;++i) draw_h_line(BEGIN_X, BEGIN_Y+i*ONE_W, (CNT_X-1)*ONE_W, BLACK); //绘制竖线 for(int i=0;i<CNT_X;++i) draw_s_line(BEGIN_X+i*ONE_W,BEGIN_Y,(CNT_Y-1)*ONE_W,BLACK); //红色光标方块 draw_square(gb_x-5,gb_y-5,10,RED); //遍历棋盘绘制黑白棋子 for(int i=0;i<CNT_Y;++i) for(int j=0;j<CNT_X;++j) { if(WHITE_CHESS==chess_g[i][j]) draw_circle(BEGIN_X+j*ONE_W,BEGIN_Y+i*ONE_W,10,WHITE); else if(BLACK_CHESS==chess_g[i][j]) draw_circle(BEGIN_X+j*ONE_W,BEGIN_Y+i*ONE_W,10,BLACK); } } //游戏主循环：键盘WASD移动，空格落子 void begin_game() { char choose=0; while(1) { choose=getchar(); //上W if('w'==choose) if(gb_y>BEGIN_Y) gb_y-=ONE_W; //下S else if('s'==choose) if(gb_y<BEGIN_Y+(CNT_Y-1)*ONE_W) gb_y+=ONE_W; //左A else if('a'==choose) if(gb_x>BEGIN_X) gb_x-=ONE_W; //右D else if('d'==choose) if(gb_x<BEGIN_X+(CNT_X-1)*ONE_W) gb_x+=ONE_W; //空格落子 else if(' '==choose) { //当前位置已有棋子，禁止落子 if(chess_g[(gb_y-BEGIN_Y)/ONE_W][(gb_x-BEGIN_X)/ONE_W]!=0) { show_chess_board(); continue; } //奇偶次数切换黑白棋 if(1==cishu%2) { chess_g[(gb_y-BEGIN_Y)/ONE_W][(gb_x-BEGIN_X)/ONE_W]=WHITE_CHESS; chess_col=WHITE_CHESS; } else { chess_g[(gb_y-BEGIN_Y)/ONE_W][(gb_x-BEGIN_X)/ONE_W]=BLACK_CHESS; chess_col=BLACK_CHESS; } ++cishu; } //刷新界面 show_chess_board(); //判断胜利，显示对应胜利图片 if(check_win((gb_x-BEGIN_Y)/ONE_W,(gb_y-BEGIN_X)/ONE_W,chess_col)) { if(chess_col==BLACK_CHESS) draw_bmp(600,200,"black.bmp.bmp"); else if(chess_col==WHITE_CHESS) draw_bmp(600,200,"white.bmp.bmp"); } } } //胜负检测：检测刚落下的棋子四向是否五子连珠 int check_win(int x,int y,int col) { int num=1; //1. 水平左右 for(int i=1;i<5;++i) if(col==chess_g[y][x+i] && (x+i)<CNT_X) num++; else break; for(int i=1;i<5;++i) if(col==chess_g[y][x-i] && (x-i)>=0) num++; else break; if(num>=5) return 1; //2. 垂直上下 num=1; for(int i=1;i<5;++i) if(col==chess_g[y+i][x] && (y+i)<CNT_Y) num++; else break; for(int i=1;i<5;++i) if(col==chess_g[y-i][x] && (y-i)>=0) num++; else break; if(num>=5) return 1; //3. 正对角线 \ num=1; for(int i=1;i<5;++i) if(col==chess_g[y+i][x+i] && (y+i)<CNT_Y && (x+i)<CNT_X) num++; else break; for(int i=1;i<5;++i) if(col==chess_g[y-i][x-i] && (y-i)>=0 && (x-i)>=0) num++; else break; if(num>=5) return 1; //4. 反对角线 / num=1; for(int i=1;i<5;++i) if(col==chess_g[y+i][x-i] && (y+i)<CNT_Y && (x-i)>=0) num++; else break; for(int i=1;i<5;++i) if(col==chess_g[y-i][x+i] && (y-i)>=0 && (x+i)<CNT_X) num++; else break; if(num>=5) return 1; return 0; }

模块 3：程序入口 main.c

#include <stdio.h> #include "framebuffer.h" #include"game.h" int main(void) { init_fb("/dev/fb0"); show_chess_board(); begin_game(); return 0; }

模块 4：Makefile 编译脚本

CC = gcc TARGET = gobang SRCS = main.c game.c framebuffer.c OBJS = $(SRCS:.c=.o) CFLAGS = -Wall -g $(TARGET): $(OBJS) $(CC) $(OBJS) -o $(TARGET) %.o: %.c $(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@ clean: rm -rf $(OBJS) $(TARGET) .PHONY: clean

四、关键知识点讲解

4.1 FrameBuffer 核心原理

/dev/fb0是 Linux 显卡抽象设备，操作文件等价操作屏幕显存；
mmap将内核显存映射到用户进程虚拟内存，直接写内存即可改像素，无系统调用开销；
RGB888：32 位无符号整型存储颜色0x00RRGGBB，单通道 0~255，千万级色彩；
RGB565：16 位低成本色深，R5 G6 B5，嵌入式老屏幕常用。

4.2 BMP 图片渲染要点

BMP 像素存储上下颠倒，绘图需要从最后一行往第一行遍历；
BMP 原生像素顺序为 BGR，代码内手动转换成 RGB 格式写入显存；
使用#pragma pack(1)取消结构体内存对齐，防止读取文件头错位。

4.3 五子棋胜负算法

落子后只检测当前棋子四个方向：水平、垂直、左上 - 右下、右上 - 左下；每个方向分别向两侧统计连续同色棋子，总数≥5 判定胜利。

五、操作说明

W：光标上移
S：光标下移
A：光标左移
D：光标右移
空格：落子

六、代码缺陷与优化方向

全屏重绘：每次按键清空整个屏幕，刷新闪烁，可增加局部刷新 / 双缓冲；
无触摸、鼠标支持，仅键盘操控；
无文字绘制接口，胜利仅贴图无文字提示；
无游戏重启逻辑，分出胜负后无法新开一局；
clear_ping参数变量名混乱，存在语义 bug；
未封装通用窗口、按钮等 UI 控件，仅适用于单棋盘场景。

七、适用场景

Linux 嵌入式 FrameBuffer 底层显示驱动学习；
手写 2D 简易 UI 绘图引擎入门；
C 语言文件 IO、内存映射、位图解析实战；
五子棋游戏逻辑、五子连珠算法练习。

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