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引言 在當今的桌面和嵌入式兩個系統中，陰極射線管(CRT)技術和液晶顯示(LCD)技術是屏幕印刷的兩大主流技術。這兩大技術有一個共同的特點——需要動態刷新整個屏幕來維持顯示，即光柵動態掃描。這種技術使得陰極射線管和液晶顯示需要不斷地消耗電能維持顯示，因此，它們并不適合移動嵌入式閱讀應用。 電子紙的出現改變了這種狀況。電子紙，也可以稱為“像紙一樣薄、可擦寫的顯示器”，是專門用于閱讀的電子裝置；其對比度較高、文字清晰、支持屏幕手寫、耗電量極小，并且能夠輕輕彎曲，也被業內人士稱為“電子紙手寫平板電腦”。目前，擁有電子紙技術的公司主要有E-ink、東芝、摩托羅拉、LBM等公司。其中E-ink公司的電子紙技術比較成熟，已實現產品化，主要有Sony公司的電子書閱覽器PRS-500和iRex公司的便攜式電子紙手寫電腦iLiad 等。 最近，Freescale公司推出的MX31平臺下的多媒體應用處理器，最高主頻可以達到532 MHz，提供了高性能的多媒體處理技術，它具有高性能、低功耗、豐富的外設等特點。基于以上特點，本文提出了基于MX31的電子紙顯示系統解決方案，配合 WinCE5．O操作系統使得系統反應速度更快，功耗更低、系統擴展性更強，采用6 in四級灰度顯示，使得顯示更加逼真，達到了閱讀效果和舒適程度與傳統的打印紙一樣的效果。 1 電子紙顯示原理 電子油墨是一種加工成薄膜狀的專用材料，與電子顯示設備結合在一起使用，是化學、物理學和電子技術的綜合應用。電子油墨由數百萬個尺寸極小的微膠囊構成，直徑與頭發絲相當。每一個微膠囊中含有白色和黑色顆粒，分別帶有正電荷和負電荷，它們懸浮在清潔的液體中。如圖1所示，電子油墨薄膜的頂部是一層透明材料，作為電極端使用；底部是電子油墨的另一個電極，微膠囊夾在這兩個電極問。微膠囊受負電場作用時，白色顆粒帶正電荷而移動到微膠囊頂部，相應位置顯示為白色；黑色顆粒由于帶負電荷而在電場力作用下到達微膠囊底部，使用者不能看到黑色。如果電場的作用方向相反，則顯示效果也相反，即黑色顯示，白色隱藏。可見，只要改變電場作用方向就能在顯示黑色和白色間切換，白色部位對應于紙張的未著墨部分，而黑色則對應著紙張上的印刷圖文部分。 
2 整體方案 電子紙顯示系統目前已經有成熟的產品，比如電子閱覽器。目前市場上的所有電子紙產品幾乎都是基于Linux操作系統的，因為Linux操作系統的界面可以很容易地實現界面定制化。但是，可以預見的是，基于WinCE操作系統的電子紙屏幕系統的產品很快會問世，并且相對于Linux平臺，WinCE具有更人性化的界面和更多樣化的功能。通過使用WinCE操作系統，可以方便地在電子紙系統中擴展Microsoft的應用程序，比如，可以在電子紙系統中看 Word、PPT等文檔，甚至可以上網瀏覽新聞，收發郵件，使用即時通信軟件等等。相信，在不久的一天，電子閱覽器不僅僅可以進行書籍的閱讀，而且可以進行簡單的辦公。因此，本系統在Freescale公司的MX31硬件平臺上，采用WinCE5．0操作系統，使得電子紙系統不僅僅可以閱讀多種格式的文檔，同時大大地提高了電子紙系統功能的可擴展性。 3 系統設計 本系統的硬件由核心處理器部分和電子紙屏幕部分組成，整個系統基于Freescale公司的 MX31平臺，操作系統使用WinCE5．0。將電子紙驅動部分作為整個系統的一個部件，利用WinCE5．0提供的驅動框架把顯示屏的驅動程序加載在 WinCE5．0操作系統中，在系統啟動初始化過程中加載此驅動模塊，應用層通過驅動程序接口調用此模塊實現畫面顯示。 3．1 核心處理器部分架構 處理器部分的硬件架構如圖2所示，由嵌入式處理器ARM1136JF-S(主頻532 MHz)、SDRAM(128 MB)、Flash ROM(128 MB)、復位電路與晶振、電源管理以及主機接口部分組成。多媒體處理器ARM1136JF-S的主要功能是用于系統中數據傳輸的控制。
ARM1136JF-S是ARM公司推出的一款高性能、低功耗的多媒體處理器。它最大的優勢在于該CPU具有多媒體硬件加速器的特征，多媒體處理采用內嵌的信號處理硬件功能加速和精簡指令運算編程來實現，既能實現高速信號處理計算又能大大降低CPU功耗，以較低CPU主頻來實現高速的圖像／語音編解碼處理，不僅實現了高處理性能和低處理功耗的統一，同時保證了系統功能和性能在軟件上的可升級和可拓展性。 3．2 電子紙屏幕部分架構 電子紙驅動部分的硬件架構如圖3所示。電子紙屏幕顯示控制器Apolio根據溫度傳感器的數據來查詢Flash ROM中的查詢表，決定是選擇從SRAM1或SRAM2中輸出數據到電子紙顯示屏中。
顯示控制器Apollo芯片是一種TFT(Thin FilmTransistor，薄膜晶體管)主動矩陣電脈顯示的顯示控制器，是電脈顯示屏參考系統電子設計的一部分。Apollo芯片適合800×600 像素，支持1位和2位顯示。屏幕高寬比(aspect ratio)為4：3，同時驅動源極驅動和柵極驅動，支持8位并行異步數據總線接口，使用外部SRAM來存儲顯示的數據。它用一個外部查詢表(Look- Up-Table)來選擇顯示的圖像，此查詢表存儲在Flash ROM中。 4 軟件設計 系統的軟件層如圖4所示，主要包括操作系統、驅動程序以及應用程序。系統選用了WinCE5．0操作系統，利用WinCE5．0操作系統提供的驅動框架，開發了顯示屏的驅動程序，使得WinCE5．0中的應用程序可以調用開發的驅動程序顯示相關的文檔數據。為縮短開發周期，本系統使用了Freescale 公司的MX31軟件開發包，因此主要的任務就是驅動程序的編寫。從軟件的架構層次來看，驅動程序直接與硬件層相關，它提供相關的接口供應用程序調用，應用程序通過調用顯示屏的驅動接口把相關的文件顯示在電子紙屏幕上。
電子紙屏幕驅動的軟件架構如圖5所示，WinCE5．0的顯示驅動由GWES．exe加載管理，應用程序通過GDI(Graphic Device Interface)接口來訪問顯示驅動程序。在WinCE5．0中，顯示驅動包括MDD(ModelDevice Driver)和 PDD(Platform Dependent Driv-er)層，其中MDD層是微軟的GPE(Graphics Prim-itive Engine)庫，它向上層提供了相應DDI接口。因此，對于驅動部分的主要工作是編寫PDD層，在WinCE5．0提供的顯示驅動框架下，編寫相應的驅動程序。
5 結果分析 基于以上的設計方案，在MX31的硬件平臺上編寫了驅動程序，成功運行了系統。電子紙的效果如圖6所示。
從系統效果來看，本系統可以正常工作。系統可以顯示任何WinCE5．0支持的文件格式，而且字體清晰，跟傳統打印的紙張顯示的字跡幾乎沒有區別。 從測試結果看來，本系統完全可以實現電子紙屏幕顯示系統的產品化，它使得電子紙系統使用WinCE5．0操作系統，可以正常閱讀各種WinCE5．0支持的文檔。 結語 本系統在Freescale公司的MX31的硬件平臺上采用WinCE5．0的操作系統，實現了電子紙顯示系統。從最后的結果來看，系統能較好地顯示 WinCE5．0支持的各種文檔。此外，系統具有功耗低、擴展性強等特點。另外，如果系統能增加網絡功能，那么就能很容易地擴展系統的其他功能，如網絡瀏覽新聞、收發郵件、即時通信功能等。這些功能的增加可以極大地豐富電子紙產品的運用。 參考文獻 1. 倪明田.吳良芝 計算機圖形學 1999 2. 李路海.何君勇.李華峰.陳長學.趙強.鄒競 微膠囊制作技術及其在電子紙中的應用 [期刊論文] -儀器儀表學報2004(z2) 3. Freescale MCIMX11 and MCIMX31L Applications Processors Reference Manual 4. 段曉霞.徐征.滕楓.張延芬.唐愛偉.邴秀華.黃世華 基于電泳技術的電子紙研究進展 [期刊論文] -液晶與顯示2004(5) 5. Apollo Electrophoretic Display Controller Device Specification V1.0.pdf 6. MSDN Library for Visual Studio 2005 作者：北京工業大學 方玉明 劉敬宇 林平分 來源：《單片機與嵌入式系統應用 》2009 (6) |
