Glider จอภาพ eInk โอเพนซอร์สที่เน้นความหน่วงต่ำ

 (github.com/Modos-Labs)
2 คะแนน โดย GN⁺ 2024-05-15 | 1 ความคิดเห็น | แชร์ทาง WhatsApp

Glider: จอภาพหมึกอิเล็กทรอนิกส์โอเพนซอร์ส

ภาพรวม

คุณสมบัติ

  • โซลูชันครบถ้วนสำหรับจอภาพ EPD ที่มีความหน่วงต่ำ/อัตรารีเฟรชสูง
  • รองรับแผงจอ electrophoretic ที่มีอินเทอร์เฟซแบบขนาน (Eink(R), SiPix และ DES)
  • รองรับหน้าจอขาวดำและหน้าจอสีที่ใช้ color filter array (เช่น Kaleido(TM))
  • ความหน่วงในการประมวลผลต่ำมากที่ <20us
  • รองรับโหมดเอาต์พุตแบบไบนารี, grayscale 4 ระดับ และ grayscale 16 ระดับ
  • โหมดขับแบบไบนารีและ grayscale 4 ระดับที่ปรับแต่งมาเพื่อลดความหน่วง
  • โหมดขับอัตโนมัติแบบไฮบริดสำหรับไบนารีและ grayscale 16 ระดับ
  • รองรับการอัปเดตเฉพาะพื้นที่และการสลับโหมดที่ควบคุมได้จากรันไทม์ของซอฟต์แวร์โฮสต์
  • hardware Bayer dithering, blue noise dithering และ error diffusion dithering โดยไม่มีความหน่วงเพิ่มเติม
  • คอนโทรลเลอร์รองรับอินพุต FPD-Link (LVDS), DVI (TMDS) และ MIPI-DSI โดยกำเนิด
  • การออกแบบระดับบอร์ดรองรับอินพุต USB-C (USB Type-C DisplayPort Alt Mode) และ DVI

ฮาร์ดแวร์

  • Xilinx(R) Spartan-6 LX16 FPGA ที่รัน Caster
  • หน่วยความจำเฟรมบัฟเฟอร์ DDR3-800
  • อินพุตวิดีโอ Type-C DisplayPort Alt-Mode ผ่าน on-board PTN3460 DP-LVDS bridge หรือ
  • อินพุตวิดีโอ DVI ผ่าน on-board ADV7611 decoder (ขั้วต่อ microHDMI)
  • แหล่งจ่ายไฟสำหรับจอหมึกอิเล็กทรอนิกส์บนรางไฟ +/-15V ที่รองรับกระแสพีกสูงสุด 1A
  • รองรับการวัดแรงดัน VCOM kickback
  • on-board RaspberryPi(R) RP2040 microcontroller สำหรับการสื่อสารผ่าน USB และอัปเกรดเฟิร์มแวร์
  • อัตราการประมวลผลสูงสุด 133MP/s เมื่อเปิด dithering และ >200MP/s เมื่อปิด

องค์ประกอบ

  • รีโพซิทอรีนี้โฮสต์การออกแบบ PCB, ซอร์สโค้ดเฟิร์มแวร์ และแบบเคสอ้างอิงที่พิมพ์ 3 มิติได้
  • โค้ด RTL อยู่ในรีโพซิทอรีแยกต่างหาก: Caster

หน้าจอหมึกอิเล็กทรอนิกส์

ทฤษฎีการทำงานพื้นฐาน

  • หมึกอิเล็กทรอนิกส์มีอนุภาคที่มีประจุและมีสีต่างกันกระจายอยู่ในภาชนะโปร่งใส โดยใช้สนามไฟฟ้าทำให้อณูเคลื่อนขึ้นลงเพื่อสร้างสีขาวดำหรือการผสมกันของทั้งสอง

ข้อดีและข้อเสีย

  • จอหมึกอิเล็กทรอนิกส์สะท้อนแสง จึงใช้พลังงานต่ำและใช้งานกลางแจ้งได้
  • ด้วยคุณสมบัติ bistable ทำให้คงภาพไว้ได้แม้ตัดไฟแล้ว
  • ลักษณะเหมือนกระดาษคือจุดแตกต่างที่สำคัญที่สุด

บทบาทของคอนโทรลเลอร์จอหมึกอิเล็กทรอนิกส์

  • คอนโทรลเลอร์จอหมึกอิเล็กทรอนิกส์มีบทบาทคล้าย display controller (DC/CRTC) + timing controller (TCON) ในระบบ LCD
  • รับข้อมูลภาพดิบแล้วแปลงเป็นสัญญาณที่จำเป็นสำหรับการขับหน้าจอ

ประเภทของแผงหน้าจอ

  • แบ่งเป็นหน้าจอที่รวมคอนโทรลเลอร์มาในตัวและหน้าจอที่ไม่ได้รวมคอนโทรลเลอร์
  • หน้าจอที่ไม่มีคอนโทรลเลอร์ต้องใช้คอนโทรลเลอร์เฉพาะหรือ SoC ส่วนหน้าจอที่มีคอนโทรลเลอร์สามารถขับตรงได้ด้วย MCU แทบทุกชนิด

การใช้หน้าจอที่มีคอนโทรลเลอร์ในตัว

  • เนื่องจากมีการรวมองค์ประกอบส่วนใหญ่ไว้แล้ว จึงต้องใช้อุปกรณ์ภายนอกเพิ่มเพียงไม่กี่ชิ้น
  • สามารถเชื่อมต่อกับ MCU หรือ MPU ผ่านอินเทอร์เฟซทั่วไปอย่าง SPI หรือ I2C ได้

การใช้หน้าจอที่ไม่มีคอนโทรลเลอร์ในตัว

  • สามารถขับได้ด้วยชิปคอนโทรลเลอร์เฉพาะ, SoC ที่มีคอนโทรลเลอร์ในตัว หรือ MCU/SoC ที่เร็วเพียงพอ
  • การใช้ชิปคอนโทรลเลอร์เฉพาะทำให้รับข้อมูลจากอุปกรณ์ภายนอกได้ จึงเหมาะกับการประยุกต์ใช้งานหลากหลาย

สัญญาณอินเทอร์เฟซและไทมิง

  • มีสัญญาณอินเทอร์เฟซและไทมิงคล้ายกับ LCD
  • แต่ละพิกเซลแทนด้วย 2 บิต ซึ่งไม่ได้หมายความว่าเป็น 2bpp หรือ grayscale 4 ระดับ
  • มีช่วง blanking เช่นเดียวกับ CRT/LCD

ทำความเข้าใจ waveforms

  • waveform คือ lookup table ที่กำหนดว่าคอนโทรลเลอร์จอหมึกอิเล็กทรอนิกส์จะขับพิกเซลอย่างไร
  • ไฟล์ waveform ไม่ขึ้นกับความละเอียด และถึงใช้ waveform ผิดก็ยังอาจแสดงภาพที่พอมองออกได้

การแสดงผลระดับ grayscale

  • หน้าจอหมึกอิเล็กทรอนิกส์สามารถแสดง grayscale ได้หลายระดับผ่านการมอดูเลตที่เหมาะสม
  • สามารถทำได้ด้วย frame time modulation หรือ frame count modulation

การแสดงผลสี

  • สามารถทำ Full Color EPD ได้ด้วย color filter array (CFA) หรือจอสีแบบหลายเม็ดสี
  • CFA ใช้ฟิลเตอร์สีในการสร้างสี ควบคุมได้ค่อนข้างง่าย แต่ทำให้ค่าการสะท้อนของหน้าจอลดลง

ความเห็นของ GN⁺

  • เทคโนโลยีหมึกอิเล็กทรอนิกส์ใช้พลังงานต่ำและเหมาะกับการใช้งานกลางแจ้ง จึงมีประโยชน์มากกับอุปกรณ์อย่างเครื่องอ่าน e-book
  • จอหมึกอิเล็กทรอนิกส์ให้ภาพลักษณะเหมือนกระดาษ ช่วยลดความล้าของสายตาได้
  • การเข้าใจโหมดต่างๆ และ waveform ของคอนโทรลเลอร์จอหมึกอิเล็กทรอนิกส์จะช่วยให้ได้ประสิทธิภาพการแสดงผลที่ดีขึ้น
  • จอหมึกอิเล็กทรอนิกส์สียังมีข้อเสียคือค่าการสะท้อนต่ำ ทำให้หน้าจอดูมืด
  • เมื่อต้องวางแผนโครงการใหม่ที่ใช้เทคโนโลยีหมึกอิเล็กทรอนิกส์ การเลือกคอนโทรลเลอร์และ waveform เป็นสิ่งสำคัญ

บทความที่เกี่ยวข้อง

1 ความคิดเห็น

 
GN⁺ 2024-05-15
ความเห็นจาก Hacker News

สรุปรวมความคิดเห็นจาก Hacker News

  • ประเด็นถกเถียงเรื่องข้อจำกัดที่น่าสนใจ

    • ส่วนข้อจำกัดน่าสนใจมาก ทำให้สงสัยว่าจะใช้เซลล์หน่วยความจำ 1 เซลล์ต่อพิกเซลในแบบแอนะล็อกได้หรือไม่ ดูเหมือนว่าจะซับซ้อนกว่าและแม่นยำน้อยกว่า

  • ลิงก์ไปยังคลังเก็บต้นฉบับ

    • คลังเก็บต้นฉบับของโปรเจกต์นี้อยู่ที่นี่ และดูทวีตที่เกี่ยวข้องได้ที่นี่

  • ความลึกของข้อมูลใน README

    • แค่ไฟล์ README ก็ให้ทั้งขอบเขตและความลึกของข้อมูลได้น่าประทับใจ หากมีการเปิดเผยข้อมูลแบบนี้ ก็น่าคาดหวังการนวัตกรรมและการเปลี่ยนแปลงที่รวดเร็วได้

  • ประสบการณ์การใช้งาน Kindle

    • ใช้ Kindle มานานกว่าสิบปีแล้ว และไม่พอใจกับความเร็วตอบสนองมาโดยตลอด ไม่แน่ใจว่าเป็นปัญหาฮาร์ดแวร์หรือซอฟต์แวร์ ดีใจที่โปรเจกต์นี้มุ่งลด latency ในด้านฮาร์ดแวร์

  • ความไม่พอใจต่อ Kindle

    • สงสัยว่าทำไม Kindle ถึงเป็นผลิตภัณฑ์ที่แย่ขนาดนี้ แม้จะใช้เพราะตลาด eInk และ eBook ดี แต่ตัวอุปกรณ์จริง ๆ ไม่ได้ดีนัก

  • ขอบคุณสำหรับการเผยแพร่ความรู้เรื่อง eInk

    • ขอบคุณที่เปิดเผยความรู้ทั้งหมดเกี่ยวกับ eInk ใน README มีข้อมูลที่ยอดเยี่ยมมาก และตั้งใจจะกลับมาอ้างอิงอีกในอนาคต

  • ไอเดียโปรเจกต์ที่ใช้จอ eInk

    • อยากสร้าง Mac clone ขนาดกะทัดรัดที่ใช้จอ eInk น่าจะเท่มาก

  • งานยอดเยี่ยมและการทำเอกสารที่ดี

    • เป็นงานที่น่าทึ่ง และเอกสารก็เป็นบทนำเกี่ยวกับจอ eInk ที่ยอดเยี่ยมมาก

  • การแยกวิเคราะห์เชิงแสงของจอ Kindle

    • งานวิจัย "การแยกวิเคราะห์เชิงแสงของจอ Kindle Paperwhite" ดูได้ที่นี่ งานนี้แสดงให้เห็นว่าเกิดอะไรขึ้นภายในจอแสดงผล

  • ความคาดหวังต่อพัฒนาการของเทคโนโลยี eInk

    • แม้จะไม่คุ้นเคยกับอุตสาหกรรมนี้ แต่ก็สงสัยว่า eInk เข้าใกล้การให้รูปลักษณ์และสัมผัสระดับนิตยสารได้มากแค่ไหน รอเทคโนโลยีแบบในหนังไซไฟยุค 80 ที่ภาพหน้าจอในนิตยสารเกมกลายเป็นวิดีโอแอนิเมชันเต็มรูปแบบมาแล้ว 30 ปี