最新S1D13521用户快速入门手册.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-dateS1D13521用户快速入门手册S1R13521用户快速入门手册基于S1D13521开发EPD快速入门手册版本：V1.0EPSON(CHINA) CO.,LTD.Electronic Device Department修改履历日期版本号版本类型修改人2009-5-15V1.0初稿Q.C.目 录1 背景知识31.1 电子纸技术简介31.2 电子纸的主要特点41.3 电子

2、纸显示控制器（EPD Controller）51.4 AM300开发板61.5多方技术支持72. 用户开发流程72.1 签订NDA72.2 购买AM300开发板82.3 申请样片82.4 硬件设计82.5 获取. *.bin和*.wbf文件82.6 烧写SPI flash92.7 硬件调试92.8 驱动调试92.9 软件编程103. 原理及要点103.1 关于Waveform103.2 关于SDRAM的大小103.3 Waveform模式113.4 减少残影的技巧123.5 UI设计133.6 如何利用13521的16个LUT？143.7 如何将图片进行格式转换？163.8 13521的功耗1

3、61 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：l 保护层l 墨水l TFT背板和驱动电路图1 TFT背板电子纸panel的结构

4、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：l 可在日光照射下进行阅读l 与液晶不同，使用墨水的Panel可以做到厚度薄，重量轻l 180o全视角，就像普通纸l 高分辨率l 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（EPD Controller）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Host MCU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Hos

5、t MCU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（Instruction Code）。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SPI flash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

6、的系统框图如图2所示。说明如下：HOST Processor Controller: 主MCUSDRAM：16bit or 32bit SDRAM. 用作13521的显存。Flash Memory：SPI Flash。用于存储Instruction Code文件和Waveform文件。Instruction code：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

7、文件与屏不对应，会造成无法显示或显示效果变差的后果。 Temperature Sensor：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。Digital Source/Gate Driver Interface: 13521对应Panel的数字信号接口.HV Power Control Signal: 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。* ? Change to Norman part* * 1.3 AM

8、300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3 AM300开发板图4 AM300中的13521 PCB板 - Galley1.4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1 EPD多方支持表EP

9、SON *E-INK *Panel厂家（PVI，LGD）l 13521数据手册l 13521使用指导l Instruction Code文件l AM300参考设计l 产品设计指导l 13521报价供货l Waveform的使用l AM300参考设计l 产品设计指导l Waveform文件l Panel 数据手册l 产品设计指导l 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

10、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。l 贵公司的正式名称（In English）l 贵公司的详细地址（In English）l 签署人姓名和职位（In English）-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HOST MCU的连接可

11、以采用local bus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Instruction Code和Waveform这两个文件。Instruction Code由EPSON提供，为*.bin格式的文件。Instruction Code是根据客户设计的13521系统周边配置而生成的。申请Instruction Code请提供如下表所要求

12、信息（示例）表2 13521系统配置信息Clock InputPLL OutputSDRAM part numSDRAM bus widthSDRAMSizePanelVendorPanelP/NPanelSizePanel Resolution25M125MXXX16bit32MBPVIED060SC46”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SPI flashInstruction Code

13、和Waveform要存放在与13521相连的SPI Flash中，它们在flash中的起始地址是固定的。Instruction Code允许存放在0x00x885之间。Waveform必须存放于0x886地址开始的地方。推荐使用256KB的SPI flash。0x000Instruction CodeRegion0x886WaveformRegion图5 Flash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

14、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sourceam300

15、_sourceapibs60_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，Display Engine，和Power State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sourceam300_sourceapi。该api的文档说明请参考doc BroadsheetAPI_V1 0.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

16、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sourceam300_sourceapplication。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WaveformWaveform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

17、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sourceam300_sourcewfms*.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

18、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update buffer和image buffer。Update buffer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。Image Buffer是存储图形元素的内存空间，可以存放在SDRAM中Update Buffer以外的任何地方。Update buffer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Update Buffer大小为800x600x2 bytes。而Image Buff

19、er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，Image buffer至少要有800x600x1 bytes。 因此SDRAM的最小尺寸为 PIXELS x LINES x 3 BYTES。SDRAM越大，能够用来存储临时图片的Image Buffer就越大。3.3 Waveform模式一个waveform文件中包含多种WF模式，可以分为两大类，Global update和Local update。l Globle Update (对应13521命令中的Full update)优点：刷新质量高，很少的残影（Ghosting）缺点：需要刷新全部的

20、像素点，带来屏幕的闪烁l Local Update （对应13521命令中的Partial update）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：l INIT（属于Globle update）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。l DU （属于Local update）Direct update 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。l GU （属于Local Update）Gra

21、yscale update 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。l GC （属于Global Update）Grayscale clear 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3 Waveform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)INIT0Globle全白高闪N/A初始化屏4000DU1Local8-黑或白不闪低黑白菜单，文字输入，触摸屏/手写输入260GU2Local8低闪中高质量的图片和细腻文字780GC3Globa

22、l8 高闪低高质量的图片和细腻文字78013521命令接口提供的刷新命令包含Full update和Part update两类。Full update，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Full updateUPD_FULL_AREA: 对屏中指定区域进行Full updatePart update，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Part updateUPD_PART_AREA：对屏中指定区域进行Part update使用13521提供的命令接口，可以强制wavefor

23、m进行Local Update，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6 FULL刷新与PART刷新比较3.4 减少残影的技巧l 在不要求低闪的情况下，竟可能多的使用Global和Full updates.l 在连续几次Local updates之后，添加一个Global update。原因是在一个区域连续使用partial update会造成残影的累加。l 对于弹出式菜单，可以用Local update来快速更新，这时候可能会有残影，可以紧接着用一个Global update来清除。l 尽可能用全白

24、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。l 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。l VCOM必须和Panel上标称的值接近。（+-0.1 +-0.5V是可接受的）l 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4060ms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7 DU模式的渐变过程3.5 UI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

25、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image buffer中，显示刷新的时候会像搭积木一样把这些元素从image buffer中放到update buffer中。经常使用的图标和画片最好事前pre-load到image buffer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8 UI元素的管理示例图9 UI工程师在Host MCU里进行的操作（以显示image buffer0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。135

26、21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display engine会根据刷新指令自动选择空的LUT。例如Display eng

27、ine收到了5个update指令，从下图10中可以看出Display engine是如何自动分配LUT并完成刷新工作的。图10 Auto LUT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sourceam300_sourceapplication800x600bookshelfbookshelf.c。图11 MenuBar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*768 24bit JPG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。3.8 13521的功耗表4 13521的功耗-