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電子墨水屏是近些年由臺灣 eInk公司發(fā)展起來的一種超低功耗的數(shù)字顯示技術，不同于傳統(tǒng)的LCD，LED等主動發(fā)光的電子屏幕技術，墨水屏是一種被動式發(fā)光技術，這種屏幕僅在畫面刷新過程中消耗很低的電流，在刷新完成之后屏幕完全不需要電力供應，可以實現(xiàn)零功耗。基于這個原理，電子價簽的整體功耗很低，通常單個價簽只需要安裝兩節(jié)CR2032的紐扣電池就可以工作3-5年時間，方便了該系統(tǒng)的安裝，運行和維護。目前電子價簽已經從商超零售行業(yè)逐步向教育，電子醫(yī)療，倉儲物流，會議桌牌等領域快速推廣，在智能制造的工業(yè)領域已經有很大的增長。 工業(yè)場所對于產品的穩(wěn)定性，可靠性和電池壽命要求很高，因此工業(yè)級的電子墨水屏產品需要在每一個環(huán)節(jié)做出非常嚴格的設計。 電子墨水屏是主要由CPU處理器，射頻芯片和墨水顯示屏這三個部分組成（如下圖所示）。在休眠狀態(tài)下，墨水顯示屏的電源是被關閉的，因此此時的系統(tǒng)耗電只有兩個部分，分別是CPU處理器和射頻芯片。為了盡可能延長電池的待機時間，就需要選擇一款超低功耗的處理器和射頻芯片。 一款壽命長的電子墨水屏標簽應該如何選擇CPU處理器呢？ 功耗低 目前在低功耗的CPU處理器領域，美國 Silicon Labs是一個重要的廠家，其 EFM32 系列的處理器擁有遠超同行的低功耗特性。 該處理器從設計定位上就是能量友好型的，和業(yè)界同行相比，其技術指標十分優(yōu)秀，休眠電流 <1μA，喚醒時間 2 μs，運行功耗114 μA/MHz，有效減少了信息處理的時間，這些技術指標剛好就是電子價簽產品需要關注的幾個核心指標。 因此在電子墨水屏標簽的處理器的選擇上，選擇了Silicon Labs的低功耗32位處理器。 Flash+RAM容量大 該圖是電子墨水屏標簽的整體軟件功能架構圖。從軟件功能上主要是分為兩個部分，一個部分是無線通訊的協(xié)議棧部分（左側的藍色部分），另外一個部分是墨水屏的驅動部分（右側的黃色部分）。無線通訊的協(xié)議棧部分有計算密集型的 TCP算法以及純軟件實現(xiàn)的 MAC層，對于處理器而言，需要比較高的指令開銷；在墨水屏驅動部分，同樣有類似于 WinRAR功能的解壓縮算法（Volume decompressor）以及 BMP圖像解碼（BMP File Parser）等密集的計算需求，不過這對于一款高性能的 32位ARM 處理器而言，都是可以輕松勝任的。 目前市面很多的墨水屏都是基于8051單片機實現(xiàn)的，其 Flash 容量通常不超過 64KB，RAM大小不超過 4KB， 8位的內部數(shù)據總線，指令效率也比較低；硬件上較低的配置限制了很多實用性功能的技術實現(xiàn)，比如支持遠程固件升級的OTA（OverThe Air）技術；支持大尺寸屏幕的 TCP 傳輸技術，還有加快傳輸速度的文件實時解壓縮技術；支持圖片尺寸自適應的 BMP文件格式解析技術等等。沒有了這些高級技術特性的加持，墨水屏的整體性能，比如通訊距離，傳輸實時性，可靠性，電池壽命等核心指標難以獲得實質性的提升。 需要額外補充的是，32位的 ARM 處理器通常具有較多外部通訊接口，比如 SPI 和 UART。前者可以給墨水屏的模組提供獨立的，非共享的高速硬總線，相比于軟件模擬的寫入時序，基于純硬件實現(xiàn)的總線可以將寫入速度提高3.8倍以上，進一步降低畫面顯示時間和系統(tǒng)的電池消耗，還可以降低屏幕的總線電容以及寄生靜電效應；實際上采用某些特定IC驅動的13.3吋屏幕會要求獨立總線，否則長時間運行會卡死總線。 多余的 UART 端口則可通過零成本的接口方式連接外部轉接板，在Windows平臺運行應用軟件，可以實現(xiàn)對于墨水屏的參數(shù)配置，比如網絡ID和產品密鑰的修改。 支持ADC功能 電子墨水屏的一個基本功能需求就是持續(xù)的檢測電池的電壓，以此來判斷電池是否有足夠的電量支持系統(tǒng)繼續(xù)運行，CPU處理器內置的ADC來實現(xiàn)該功能，通常情況下，12位的精度就足夠了；另外為了給系統(tǒng)的穩(wěn)定性做最后的兜底措施，硬件看門狗也是一個必須的選項。 綜上所述，一款32位的超低功耗ARM 處理器在電子墨水屏標簽的功能實現(xiàn)上，可以獲得比 8051 處理器更低的功耗，更強大的功能，更好的圖片適應性和更好的可管理性，是一個比較不錯的選擇。 |
