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基于PXA270的电子纸显示系统
来源:本站整理  作者:佚名  2009-10-14 13:51:22



摘要: 本文分析了电子纸显示原理以及电子纸显示的优点,提出一种全新的电子纸显示系统解决方案。采用基于XScale架构处理器PXA270的电子纸显示系统,是一种高性能的完善的电子纸系统平台,实现了利用微胶囊电泳技术的电子纸的4级灰度显示、回显及局部显示,实现了电子纸驱动的模块化设计,系统即使在低功耗的情况下也能实现高亮度及优越的可读性。整个系统具有低功耗、扩展性强、系统融合难度低等优点。

  关键词: XScale架构;电子纸;微胶囊;电泳技术

  引言

  电子纸,也可称为“象纸一样薄、可擦写的显示器”,是专门用于阅读的电子装置,其对比度较高、文字清晰、支持屏幕手写、耗电量极小,并且能够轻轻弯曲,也被业内人士称作“电子纸手写平板电脑”。目前拥有电子纸技术的公司主要有E-ink、东芝、摩托罗拉、IBM等。

  XScale处理器采用ARM V5TE结构,是Strong ARM的升级换代产品。PXA270处理器最高主频可达624MHz,提供了业界领先的多媒体性能,加入了Wireless MMX、Intel SpeedStep等新技术,以其高性能、低功耗、丰富的外设集成以及第二代内存堆栈技术等特点在高端移动设备、信息家电、工业控制等领域得到了广泛的应用。

  本文提出了一种全新的电子纸显示系统解决方案,使系统反应速度更快,系统扩展性更强,易于移植先进的嵌入式操作系统,克服了电子纸存在的灰度显示不明显的特点,采用6寸4级灰度显示,使显示更加逼真,阅读效果和舒适程度跟传统的打印纸完全一样。

  电子纸显示原理

  电子纸的研究方向主要从两个方面进行,一是把显示器做得像纸一样的东西即“液晶方式”或“电泳方式”的电子显示屏,另一种是把纸做得像显示器那样可改换内容的东西即“可重写纸” 。目前电子纸终端均是采用“液晶方式”或“电泳方式”的电子显示屏构成的。

  电子纸与普通TFT屏的显著区别主要表现在以下三点:(1)TFT屏显示设备需要不断刷新以维持显示信息,而电子纸则是不需要动态刷新,维持显示时无须消耗能量因此耗电量极低;(2)电子纸厚度薄、重量轻,与液晶显示技术一样,均属于超薄显示器技术之一;而TFT显示屏厚度及重量均比电子纸大;(3)电子纸视角很大(E-ink公司的电子纸技术视角可达到170o),靠反射环境光工作,底色是非常地道的纸白,能在强阳光下舒服地阅读,对比度较高,所以文字清晰。

  以领先于其它公司达到商业生产水平的美国E-Ink公司技术为例,对“电子纸”技术作进一步的解释。

  如图1所示为电子墨水微胶囊的剖面图,是利用在电压下能够改变黑白状态的微胶囊来实现图像显示的。圆圈表示组成电子墨水的透明颗粒,称为微胶囊,其直径只有人的头发丝的一半大小。电子油墨薄膜的顶部是一层透明材料,作为电极端使用;底部是电子油墨的另一个电极,微胶囊夹在这两个电极间。微胶囊受负电场作用时,白色颗粒带正电荷而移动到微胶囊顶部,相应位置显示为白色;黑色颗粒由于带负电荷而在电场力作用下到达微胶囊底部,使用者不能看到黑色。如果电场的作用方向相反,则显示效果也相反,即黑色显示,白色隐藏。可见,只要改变电场作用方向就能在显示黑色和白色间切换,白色部位对应于纸张的未着墨部分,而黑色则对应着纸张上的印刷图文部分。其特点是在反差、明亮度视觉等方面较理想,耗电低,重量轻而容易使其薄型化,形状自由等。另外,E-Ink公司的电子纸产品利用带电色粉的电泳现象,通过加大色粉的密集度来提高黑白反差。

图1  电子墨水微胶囊剖面图

  电子纸显示系统设计

  我们设计的电子纸显示系统,是采用一种全新的处理器方案驱动电子纸显示,该系统的硬件是由核心处理器部分和电子纸驱动部分组成,整个系统基于Marvel的XScale架构处理器PXA270,采用PXA270的GPIO控制电子纸驱动部分的控制及数据接口。PXA270部分主要责任是整合整个系统,将电子纸驱动部分作为其整个系统的一个部件,生成驱动模块,在系统启动初始化过程中就加载此驱动模块,应用层通过命令接口调用此模块实现画面显示。

  核心处理器PXA270的设计

  处理器部分的硬件构成如图2所示,是由嵌入式处理器XScale PXA270(主频520MHz)、SDRAM(64Mbyte,由2片16位的SDRAM芯片HY57V561620FTP-H组成32位接口)、FLASH(32Mbyte Nor-Flash,由2片Intel E28F128J3A组成32位接口)、电源管理部分(采用MAX1586CETM,Maxim的PMIC)及晶振复位逻辑电路等Marvell的嵌入式处理器PXA270,其核心是采用XScale架构,拥有高性能、低功耗的多媒体加速能力,能够很好的支持MPEG4和MP3解码;通过结合Quick Capture技术,它可以支持高达400万像素的摄像头;它内建256K字节的SRAM,支持英特尔StrataFlash内存;SpeedStep省电技术;支持Baseband接口、USB on-the-go(OTG)。

图2  XScale PXA270硬件结构图

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