此次PSoC 6先鋒套件的評測，其實(shí)還了作者自己的一個(gè)心愿，那就是對EInk屏幕的原理與驅(qū)動代碼進(jìn)行一個(gè)深入的分析。 作為9年前就開始使用電紙書進(jìn)行閱讀的本文作者，一直沒有抽出時(shí)間與精力來對它的原理進(jìn)行了解確實(shí)有點(diǎn)小小遺憾。希望本文能給有需要的朋友能帶來一點(diǎn)知識和閱讀的興趣。Happy Reading and Happy Coding! 概覽 先來兩張效果圖： 圖 使用PSoC 6來驅(qū)動EInk圖 使用另外一款開發(fā)板驅(qū)動EInk 近幾年來，有感于中國人讀書的數(shù)量較其他國家少(比如日本,德國等發(fā)達(dá)國家)，不管是國家還是地方政府相繼推出了不少倡導(dǎo)讀書的活動：如"讀書年"，"讀書月"，"全民閱讀"等等。不過起到的效果如何還是要看個(gè)人的自身覺悟情況，歸根結(jié)底閱讀還是屬于個(gè)人行為。 就作者本人的體會來講，從小是很喜歡讀書，甚至到了干擾正常學(xué)習(xí)工作的程度。但是自從有了個(gè)人電腦，智能手機(jī)，讀書時(shí)間便直線下降。因?yàn)?a target='_blank' class='arckwlink_none'>電子版本的資源比起紙質(zhì)版本的更加及時(shí)也更加豐富，導(dǎo)致本人有很長一段時(shí)間就沒有摸過書，相信這也是我們這一代人共同的體驗(yàn)。真正讓本人重拾書本認(rèn)真閱讀的就是電紙書這個(gè)技術(shù)。 2011年本人買了第一個(gè)電紙書，從此收不住了。到目前為止，作者擁有6,7個(gè)電紙書，不同的電紙書存放不同的書籍種類，如有的放小說，有的放政治歷史，有的放外文，有的放時(shí)事等等。電紙書閱讀給本人的體驗(yàn)就是看起來很舒服，如果配上了均勻的背光，看起來比真正的紙質(zhì)書還要賞心悅目。當(dāng)然這是本人的一家之言，也有人認(rèn)為還是紙質(zhì)的書好。不論如何，把電紙書技術(shù)列作本時(shí)代最偉大的發(fā)明之一不為過。 本文的主題就是評測Cypress PSoC 6 Pioneer Kit 配套的EInk模塊。該模塊是Cypress組裝的，核心器件由龍亭新技生產(chǎn)，分辨率是264x176，顯示密度是117dpi。由于PSoC 6雙核，高性能，低功耗的特點(diǎn)，使得其非常適合驅(qū)動這種顯示器件。當(dāng)然在探究了其原理之后,后面將嘗試移植驅(qū)動代碼到其他器件上以驗(yàn)證這個(gè)學(xué)習(xí)過程。 需要指出的是，EInk模塊不僅僅可以用作電紙書的面板，事實(shí)上目前業(yè)內(nèi)應(yīng)用的不少器件都可以使用EIink來替代以降低功耗。比如很多監(jiān)控儀器的參數(shù)顯示面板，如果使用LCD/OLED這種技術(shù)，電源不能停，但是其顯示更新的頻率其實(shí)很低，如每天更新只有幾次甚至幾天一次。如果換成僅僅更新需要電源，維持內(nèi)容不需要電源的EInk，不僅功耗可大大降低,穩(wěn)定性也會大大增強(qiáng)。 EInk硬件 先將CY8CKIT-028-EPD原理圖的幾個(gè)部分分別貼出來。 圖 外部接口 按照Arduino接口來分布的，除了I2C是其他外設(shè)，其余引腳是EInk模塊控制信號。除了SPI的4根線之外，還有電源控制，邊界控制，放電控制，復(fù)位信號，狀態(tài)信號。 圖 電平轉(zhuǎn)換 EINK模塊可以被不同的主控板控制，VCC/VDD電壓范圍2.3v~3.6v，通過電平轉(zhuǎn)換來進(jìn)行電壓匹配。 圖 電源控制 因?yàn)榫S持顯示內(nèi)容不需要電源，所以不更新內(nèi)容時(shí)，可以把COG 驅(qū)動power off當(dāng)需要更新顯示內(nèi)容時(shí)，再把COG驅(qū)動power on。這對于其他技術(shù)的顯示器來說是巨大的功耗節(jié)省。 圖 Border控制 邊界控制：當(dāng)進(jìn)行電子墨水顆粒處理的時(shí)候用來保持邊框清晰度的一種控制信號，利用時(shí)序控制引腳來控制此信號。 圖 Discharge控制 放電控制就是在更新完畢后，將EInk驅(qū)動的電容上的電荷放掉以進(jìn)一步減少功耗。 圖 核心模塊 上圖是EINK模塊的顯示原理圖，也就是最終的顯示面板。除了Border信號之外，其余信號跟一般的顯示器也差不多。這是因?yàn)檫@個(gè)驅(qū)動器本身也有COG控制IC以簡化外圍驅(qū)動軟硬件設(shè)計(jì)。 Cypress的這個(gè)模塊除了EInk之外還有其他幾個(gè)器件：Motion傳感器,熱敏電阻與PDM接口的麥克風(fēng)。這些器件與PSoC 6的配合也是值得一寫的，權(quán)且放在后面的文章中介紹，此文對它們暫且不題。 驅(qū)動方式 如何控制這個(gè)顯示器，也就是如何控制其內(nèi)置COG (Chip On Glass) 驅(qū)動控制IC，新亭原廠提供了驅(qū)動例程。大致順序是先將內(nèi)容放到COG控制IC的內(nèi)存(這個(gè)內(nèi)存(memory)可以是圖像buffer，SRAM或者Flash)中，接著給COG驅(qū)動上電并且初始化COG驅(qū)動，然后按照特定的顯示數(shù)據(jù)格式將存儲在IC內(nèi)存中的內(nèi)容發(fā)送到EPD(E-Paper Dispaly)顯示。更新EPD顯示內(nèi)容的三種方式： ●4步； ●2 步； ●部分更新。 其中4步更新是最耗時(shí)的，但是顯示效果也最好(殘影少)。2步更新是省去了其中兩步，部分更新就是省去了大多數(shù)操作。如果原來顯示的內(nèi)容與新內(nèi)容相差過大，則需要用4步更新，否則酌情減少步驟。當(dāng)然所需要的更新時(shí)間與顯示效果是一個(gè)Trade-Off關(guān)系，需要程序員折中處理。 一般的電紙書應(yīng)用這樣做的：第一次顯示某本書使用4步更新，之后每頁紙進(jìn)行部分更新，若干頁后進(jìn)行2步更新，過了更長的階段后再進(jìn)行一次4步更新。對于4步更新，過程是這樣的： 圖 4步更新 注意因?yàn)檫@樣的更新方式，所以每次顯示都需要保持上次的內(nèi)容以作取反之用。2步更新法就是省去了取反的過程，部分更新法則是直接顯示新內(nèi)容。本文所使用的顯示器是264x176的點(diǎn)陣，無灰階，則每個(gè)Frame的顯存為： 264 * 176 = 46464 Bits / 8 = 5808 Bytes EPD更新顯示內(nèi)容方式的介紹應(yīng)該是建立在存儲在同一內(nèi)存的兩幀數(shù)據(jù)，之前顯示內(nèi)容變更為新的顯示內(nèi)容(Previous Display-> New Dispaly)之上。所以需要兩個(gè)Frame，那么顯存就是10KB以上了，另外驅(qū)動的過程中也需要19KB以上的中間緩存，為什么需要兩個(gè)Frame呢？故此在選用主控芯片時(shí)需要考慮到顯存的尺寸。EPD驅(qū)動流程圖如下： 圖 流程圖 EPD更新周期內(nèi)的信號控制圖： 圖 信號波形 使用PSoC 6驅(qū)動EInk 如上文所述，EInk的特點(diǎn)是保持顯示內(nèi)容不需要電源，但是更新顯示內(nèi)容時(shí)，不停地需要處理器來做控制與查詢。這種任務(wù)比較適合于低功耗的內(nèi)核，比如PSoC 6中的Cortex M0 內(nèi)核，此例中Cortex M4沒有用武之處，所以干脆就沒有使能。頂層設(shè)計(jì)圖： 圖 頂層設(shè)計(jì) 包括SPI口為通信口，定時(shí)器用來產(chǎn)生1ms的定時(shí)Tick，其余幾個(gè)IO口為通用IO。 圖 SPI模組配置圖 更新定時(shí)器配置 這個(gè)定時(shí)器的主要作用是提供1ms的Tick計(jì)時(shí)，實(shí)際上任何可以提供1ms的tick的定時(shí)器都可以用，比如內(nèi)核中的SysTick，這里只是為了展示如何配制通用定時(shí)器。 至于要顯示的資源與內(nèi)容，因?yàn)樵擄@示器的點(diǎn)陣與內(nèi)存的對應(yīng)是逐行對應(yīng)，所以取模時(shí)使用橫行取模，字節(jié)正序即可。CYPRESS提供的EINK例程中支持兩種大小字體，分別是CY_EINK_FONT_8X12BLACK和 CY_EINK_FONT_16X16BLACK。當(dāng)然更高階的玩家可以使用取模工具支持更多字體開發(fā)。