基于PXA270的电子纸显示系统

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

　　SDRAM部分由2片16位的SDRAM芯片HY57V561620FTP-H组成32位接口，作为系统动态存储器。HY57V561620FTP-H是4 Banks X 4M X 16Bit Synchronous DRAM,故采用数据线MD<31:0>、地址线MD<24:10>、SDRAM数据屏蔽线DQM<3:0>SDRAM部分由2片16位的SDRAM芯片HY57V561620FTP-H组成32位接口，作为系统动态存储器。HY57V561620FTP-H是4 Banks X 4M X 16Bit Synchronous DRAM,故采用数据线MD<31:0>、地址线MD<24:10>、SDRAM数据屏蔽线DQM<3:0>、片选信号nSDCS0、SDRAM行地址使能nSDRAS、SDRAM列地址使能nSDCAS、写使能nWE、SDRAM时钟信号SDCLK1、SDRAM时钟使能