精品S1D13521用户快速入门手册.docx
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精品S1D13521用户快速入门手册
S1D13521用户快速入门手册
基于S1D13521开发EPD
快速入门手册
版本:
V1.0
EPSON(CHINA)CO.,LTD.
ElectronicDeviceDepartment
修改履历
日期
版本号
版本类型
修改人
2009-5-15
V1.0
初稿
Q.C.
1基础知识
1.1电子纸技术简介
1997年,从MIT媒体实验室走出来的E-INK公司成立并专注于研发具有良好阅读体验的电子纸。
其中最著名的产品就是VizplexTM电子墨水。
E-INK提供电子墨水给Panel厂家,如PVI,LGD等,Panel厂家再用相应的墨水加上TFT背板或者柔性背板生产出不同尺寸、灰度级和分辨率的电子纸屏模组。
设备(如电子纸阅读器)厂家,从Panel厂家购买模组进行产品设计和量产。
VizplexTM电子墨水墨水+TFT背板墨水+柔性背板
柔性电子纸panel电子纸阅读器
三部分组成:
●保护层
●墨水
●TFT背板和驱动电路
图1TFT背板电子纸panel的结构
电子纸的特点主要取决于其所用墨水材料的特性。
E-INK的VizplexTM电子墨水有以下特点:
●可在日光照射下进行阅读
●与液晶不同,使用墨水的Panel可以做到厚度薄,重量轻
●180o全视角,就像普通纸
●高分辨率
●靠电压脉冲进行刷新,因此在不需要刷新的时候实际功耗为零
1.2电子纸显示控制器(EPDController)
与LCD类似,高分辨率的电子纸Panel也需要通过控制器来管理图形和文本的显示。
电子纸显示控制器的主要功能是提供接口分别连接HostMCU和电子纸Panel,提供显存管理、功耗管理、刷新模式控制,并根据MCU发出的指令,产生电子纸panel的驱动信号等,减轻HostMCU的负载。
爱普生S1D13521是一款专门针对E-INK电子纸的控制器,能提供高性能、低功耗的电子纸显示控制解决方案。
它能进行多区域并行刷新,以支持较高的刷新率,也因此能支持像手写笔这类的应用。
为了让客户在使用13521的时候避免复杂的寄存器配置,13521提供了一套常用的命令(InstructionCode)。
用户只要通过主MCU向13521发送相应的命令,13521内部会解析该命令,并完成相应的寄存器配置。
这套命令以.bin文件的形式提供,并存储在13521的外部的SPIflash中。
同时,13521也开放寄存器访问模式。
图2基于13521的系统框图
基于13521电子纸阅读器的系统框图如图2所示。
说明如下:
HOSTProcessorController:
主MCU
SDRAM:
16bitor32bitSDRAM.用作13521的显存。
FlashMemory:
SPIFlash。
用于存储InstructionCode文件和Waveform文件。
Instructioncode:
由EPSON提供的用于操作13521的一套封装命令,以.bin文件形式存在。
Waveform:
驱动E-INK电子纸屏的波形文件,以.wbf文件形式存在。
由E-INK提供给Panel厂,再由Panel厂提供给客户。
每一批次的屏一般会有相应的Waveform文件。
如果Waveform文件与屏不对应,会造成无法显示或显示效果变差的后果。
TemperatureSensor:
I2C接口的温度传感器,用于waveform的温度补偿。
由于墨水在不同温度下的显示特性不同,这些特性存在Waveform中,13521会根据环境温度调用相应的waveform。
DigitalSource/GateDriverInterface:
13521对应Panel的数字信号接口.
HVPowerControlSignal:
13521用于控制Panel电源的信号
对于如何设计13521系统以及常见问题请参考如下相关文档。
*<
?
ChangetoNormanpart
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1.3AM300开发板
AM300开发板是由E-INK和EPSON合作开发的一款用于演示测评电子纸屏和13521控制器的开发板。
随开发板提供了丰富的文档和代码,包含了硬件原理图,BOM表,用户手册,驱动,初始化代码,以及多种应用程序的源码。
使用该开发板可以以最快的速度熟悉E-INK的电子纸技术特性以及如何使用13521控制器。
开源的代码可以让开发者重用经过精心设计的模块。
AM300开发板由E-INK公司统一管理,详情请访问
图3AM300开发板
图4AM300中的13521PCB板-Galley
1.4多方技术支持
由于电子纸涉及到多方原厂,各方提供的支持范围不同,具体如下表。
表1EPD多方支持表
EPSON*
E-INK*
Panel厂家
(PVI,LGD)
●13521数据手册
●13521使用指导
●InstructionCode文件
●AM300参考设计
●产品设计指导
●13521报价供货
●Waveform的使用
●AM300参考设计
●产品设计指导
●Waveform文件
●Panel数据手册
●产品设计指导
●Panel报价
*注:
E-Ink和EPSON需要和客户签订NDA后才能提供相应的支持。
2.用户开发流程
2.1签订NDA
客户需要与E-INK和EPSON分别签订NDA,签订NDA后E-Ink和EPSON就可提供相应的支持。
与E-INK签署NDA请联系E-INK朱麟lchu@
与爱普生签订NDA前,请将如下信息提供给爱普生的销售工程师。
●贵公司的正式名称(InEnglish)
●贵公司的详细地址(InEnglish)
●签署人姓名和职位(InEnglish)--需要公司主管或总监以上人员。
2.2购买AM300开发板
通过AM300开发板可以学习13521的各种使用方法,评估Panel的性能,获取各种开发文档等。
2.3申请样片
向EPSON销售人员申请13521样片。
向E-INK咨询合适的Panel厂家,然后向Panel厂家申请或购买样片。
2.4硬件设计
13521及其周边系统的硬件设计请参考AM300的参考设计。
13521与HOSTMCU的连接可以采用localbus的方式,或者用MCU的GPIO来模拟13521的访问时序。
AM300中用的是GPIO的方式。
电源部分建议采用AM300中的设计。
为了减轻调试方面的工作,请在PCB投板前咨询或者将13521部分的原理图发给爱普生的技术支持工程师检查。
2.5获取.*.bin和*.wbf文件
硬件设计选型完成后,用户需要得到InstructionCode和Waveform这两个文件。
InstructionCode由EPSON提供,为*.bin格式的文件。
InstructionCode是根据客户设计的13521系统周边配置而生成的。
申请InstructionCode请提供如下表所要求信息(示例)
表213521系统配置信息
ClockInput
PLLOutput
SDRAMpartnum
SDRAMbuswidth
SDRAM
Size
Panel
Vendor
Panel
P/N
Panel
Size
PanelResolution
25M
125M
XXX
16bit
32MB
PVI
ED060SC4
6”
800(H)*600(V)
Waveform由Panel厂家提供,为*.wbf格式的文件。
由于不同尺寸或不同分辨率或者不同批次的屏,其waveform是不同的,所以向Panel厂家索取waveform的时候,请提供屏的相关信息。
2.6烧写SPIflash
InstructionCode和Waveform要存放在与13521相连的SPIFlash中,它们在flash中的起始地址是固定的。
InstructionCode允许存放在0x0~0x885之间。
Waveform必须存放于0x886地址开始的地方。
推荐使用256KB的SPIflash。
0x000
InstructionCode
Region
0x886
Waveform
Region
图5Flash存储分配图
烧写方法有两种,一种是通过flash厂家提供的烧写器向下烧写;另一种是在MCU端执行烧写程序,通过13521向flash里烧写。
第一种方法,需要在焊接前将文件烧写进flash,后一种方法是在焊接后进行烧写。
具体的烧写代码和步骤请参考《How_to_program_a_blank_serial_flash_using_command_interface.pdf》。
2.7硬件调试
硬件调试的目的是检查硬件设计,焊接以及系统配置方面是否正常。
首先需要测试MCU对13521的访问时序。
可以通过检查是否能正确读取13521的版本号寄存器来判断时序或焊接是否正常。
按16位读取0x0000号寄存器,正常应该返回0x0100;按16位读取0x0002号寄存器,正常应该返回0x0047。
访问时序正常后,可以开始尝试将屏点亮。
流程可以参考13521详细规格书的第14.1.2节。
也可以参考AM300提供的源代码,见source\am300_source\api\bs60_init。
主要是发送一些初始化的命令,13521收到命令后会自动对PLL,SDRAM,SPI,I2C,DisplayEngine,和PowerState相关的寄存器进行初始化设置。
2.8驱动调试
驱动调试主要是封装并调试13521各种功能的接口函数。
具体可以参考AM300中设计文档里接口部分的源码。
路径为source\am300_source\api。
该api的文档说明请参考doc\BroadsheetAPI_V10.pdf。
EPSON同时也release了两个驱动,包括:
LINUX2.6.24下的framebuffer驱动,以及WINCE6下的驱动。
主要需要移植与硬件相关的代码。
如果客户需要这两个驱动,可以与爱普生的技术支持工程师联系。
2.9软件编程
软件编程主要是利用驱动提供的接口进行用户层界面的设计。
可以参考AM300中设计文档里的应用程序源码。
路径为source\am300_source\application。
由于电子纸在原理和显示特性上和LCD有较大的区别,因此在软件编程上也有许多不一样的地方需要注意。
下一章将做介绍。
3.原理及要点
3.1关于Waveform
Waveform是由E-INK针对墨水特性给Panel厂商提供的波形文件。
该文件包含的内容可以近似理解为LCD控制器中的LUT表(Look-Up-Table)。
13521在进行显示更新的时候会调用该表中的内容。
Waveform文件与panel的批号,尺寸和waveform类型紧密相关。
只有使用正确的waveform文件,才能得到正常的显示性能和效果。
如何获得正确的Waveform?
客户需要从利用E-INK技术的Panel提供商处获得与屏相对应的waveform。
一般来说,同一批次同一型号的屏,waveform是一样的。
AM300中包含了一个与AM300上使用的屏对应的waveform。
路径在source\am300_source\wfms\*.wbf。
如果客户使用的屏和AM300上使用的屏不是同样大小或者不是同一批次,都需要向Panel提供商索要对应的waveform。
3.2关于SDRAM的大小
需要给13521配备多大的SDRAM是根据具体的应用来决定的。
SDRAM中存放的数据包含两部分buffer,分别是updatebuffer和imagebuffer。
Updatebuffer是13521进行屏幕刷新时用到的内存空间,通常物理地址是从SDRAM的最低地址处开始。
ImageBuffer是存储图形元素的内存空间,可以存放在SDRAM中UpdateBuffer以外的任何地方。
Updatebuffer中每2个Byte代表一个像素,这部分的尺寸是固定的,如800x600的屏,其UpdateBuffer大小为800x600x2bytes。
而ImageBuffer中一个像素需要占用1个Byte,至少需要包含一整屏的像素,也就是说如果是800x600的屏,Imagebuffer至少要有800x600x1bytes。
因此SDRAM的最小尺寸为PIXELSxLINESx3BYTES。
SDRAM越大,能够用来存储临时图片的ImageBuffer就越大。
3.3Waveform模式
一个waveform文件中包含多种WF模式,可以分为两大类,Globalupdate和Localupdate。
●GlobleUpdate(对应13521命令中的Fullupdate)
优点:
刷新质量高,很少的残影(Ghosting)
缺点:
需要刷新全部的像素点,带来屏幕的闪烁
●LocalUpdate(对应13521命令中的Partialupdate)
优点:
只更新有变化的像素点,屏幕闪烁少
缺点:
同一地方多次使用会有残影(Ghosting)
这两大类模式下又细分出了四种具体的刷新模式,分别是:
●INIT(属于Globleupdate)
Initialize-完全清屏。
主要是在启动时的初始化或者屏幕状态未知的情况下使用。
●DU(属于Localupdate)
Directupdate–仅将需要改变的任意灰度的像素刷新为纯黑或纯白。
比如在画笔或者快速菜单的更新上。
这种模式更新快,不闪烁。
●GU(属于LocalUpdate)
Grayscaleupdate–仅将需要改变的像素刷新到指定的灰度级。
这种模式主要特点是闪烁少。
●GC(属于GlobalUpdate)
Grayscaleclear–在AM300中默认使用的就是这种模式。
所有的像素都进行刷新或清除,显示的质量是最好的,但是闪烁严重。
四种刷新模式的比较,见表3。
表3Waveform四种刷新模式比较
模式
编号
类型
刷新后的灰度级
闪烁度
残影度
一般用途
更新
时间
at25C
(ms)
INIT
0
Globle
全白
高闪
N/A
初始化屏
~4000
DU
1
Local
8->黑或白
不闪
低
黑白菜单,文字输入,触摸屏/手写输入
260
GU
2
Local
8
低闪
中
高质量的图片和细腻文字
780
GC
3
Global
8
高闪
低
高质量的图片和细腻文字
780
13521命令接口提供的刷新命令包含Fullupdate和Partupdate两类。
Fullupdate,按照指定的waveform对所有点无论需不需要刷新都进行刷新,包含:
UPD_FULL:
对全屏进行Fullupdate
UPD_FULL_AREA:
对屏中指定区域进行Fullupdate
Partupdate,使用指定的waveform对需要刷新的点进行刷新,包括的命令有:
UPD_PART:
对全屏进行Partupdate
UPD_PART_AREA:
对屏中指定区域进行Partupdate
使用13521提供的命令接口,可以强制waveform进行LocalUpdate,例如下图6中两种waveform都是选定为GC,但是用UPD_PART命令进行更新的话,其效果类似于使用GU这种Waveform。
图6FULL刷新与PART刷新比较
3.4减少残影的技巧
●在不要求低闪的情况下,竟可能多的使用Global和Fullupdates.
●在连续几次Localupdates之后,添加一个Globalupdate。
原因是在一个区域连续使用partialupdate会造成残影的累加。
●对于弹出式菜单,可以用Localupdate来快速更新,这时候可能会有残影,可以紧接着用一个Globalupdate来清除。
●尽可能用全白代替灰度来显示一些不需要灰度的区域。
因为刷新到全白带来的残影会很少。
●尽可能少的使用边缘锐利的图像。
因为临近的墨水离子会相互影响本身的颜色。
●VCOM必须和Panel上标称的值接近。
(+-0.1~+-0.5V是可接受的)
●使用和Panel对应的Waveform。
电子纸上像素点的刷新是一个渐变的过程。
以DU模式为例,整个渐变的过程完成需要260ms,但是在40~60ms的时候,就已经完成70%的变化,这个时候,人眼已经能够感受到变化了。
如下图7所示。
图7DU模式的渐变过程
3.5UI设计
对于UI软件工程师而言,在电子纸上做界面和在LCD上做界面相比,最大的区别就是UI软件工程师需要以元素为单位管理电子纸上需要显示的界面。
电子纸UI工程师会把将要在屏幕上显示的内容以元素的形式存放在SDRAM的imagebuffer中,显示刷新的时候会像搭积木一样把这些元素从imagebuffer中放到updatebuffer中。
经常使用的图标和画片最好事前pre-load到imagebuffer中。
图8图9分别描述了UI元素在SDRAM中如何存放,以及UI工程师对应的操作。
图8UI元素的管理示例
图9UI工程师在HostMCU里进行的操作(以显示imagebuffer0为例)
3.6如何利用13521的16个LUT?
合理的使用Pipeline,可以有效的提高显示效果和刷新率。
13521内部有16个LUT,如果将整个屏幕分为16个区域,那么给每个区域分配一个对应的LUT。
不同区域对应不同LUT主要有两个好处,一是每个LUT都可以单独设置并使用自己的WF模式,这样UI工程师可以根据要达到的现实效果,对不同区域设置不同的WF模式。
二是,LUT之间进行各自的刷新是可以并行的。
两个不同LUT操作开始的间隔只需20ms。
但是同一个LUT只有在完成本次刷新操作后才能开始一次新的操作。
如何分配这些LUT呢?
13521提供了两种LUT模式,自动LUT模式和手动LUT模式。
自动LUT模式中,13521的displayengine会根据刷新指令自动选择空的LUT。
例如Displayengine收到了5个update指令,从下图10中可以看出Displayengine是如何自动分配LUT并完成刷新工作的。
图10AutoLUT模式示例
手动分配LUT模式下,用户需要给每次update操作指定一个LUT,需要保证指定的LUT是空闲的。
AM300中还有一些例子用来解释如何使用LUT,如图11图12图13。
在AM300中可以找到相应的源码。
如图11所演示的MenuBar刷新,其源码放在AM300的以下路径source\am300_source\application\800x600\bookshelfbookshelf.c。
图11MenuBar中如何分配使用LUT和刷新模式
图12显示数字和图片时如何分配使用LUT和刷新模式
图13手写笔时如何分配使用LUT和刷新模式
3.7如何将图片进行格式转换?
以PC上的一张1024*76824bitJPG为例,用图片编辑软件打开,将该图片resize到800*600,缩放到合适大小,然后转换到8级灰度,最后保存为PPM或PGM图片格式。
如何使用该格式图片?
在AM300提供的应用程序源码中的Display.cpp有示例。
3.813521的功耗
表413521的功耗
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