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【KiCad】Made with KiCad 开源的电子墨水屏显示器

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发表于 2024-4-25 21:56:49 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
KiCad】Made with KiCad 开源的电子墨水屏显示器
“ Glider 是一个开源的 EPD(Electronic Paper Display)电子墨水屏显示器项目。”


概览
Glider 是一个开源电子墨水显示器,主打低延迟。
本文主要介绍硬件设计,在 FPGA 上运行的 Gateware 在另一个开源项目 Caster 中,可以在以下链接找到:
https://github.com/Modos-Labs/Caster 。

PCB 是用 KiCAD 8.0 设计的。为获得最佳效果,请使用 1080 PP 层的 4 层堆叠,但 2313 或 3313 层也可接受。
主板有两个版本,一个完整版,一个精简版。目前只有完整版在积极开发中。精简版取消了 DVI/DP 专用外部解码器,并取消了大部分 TypeC 电路,以降低成本。唯一的视频接口是直接接入 FPGA 的 DVI 端口。
主要功能
  • 运行 Caster 的 Xilinx(R) Spartan-6 LX16 FPGA
  • DDR3-800 帧缓冲存储器
  • 带有板载 PTN3460 DP-LVDS 桥接器的 Type-C DisplayPort Alt-Mode 视频输入或
  • DVI(通过 microHDMI 连接器)视频输入,带板载 ADV7611 解码器
  • Epaper 电源,电压 +/-15V,峰值电流高达 1A,支持大型面板
  • 支持 VCOM 回跳电压测量
  • 板载 RaspberryPi(R) RP2040 微控制器,用于 USB 通信和固件升级
  • 启用防抖动功能时处理速度高达 133MP/s,禁用时>200MP/s

固件 Firmware

MCU 管理方式如下所述。目前不使用任何操作系统,而是依靠 main 循环方式运行。
  • EPD 电源:电源为 EPD 面板提供共模、源和栅极电源。除了基本的开/关开关外,MCU 还可以调节 VCOM 电压,并测量所安装面板的最佳 VCOM 电压。测量 VCOM 的方法是:在保持栅极供电的情况下将 VCOM 电源与屏幕隔离,在源极 = VCOM 的情况下扫描屏幕,然后测量 VCOM 上的回跳电压。
  • FPGA Bitstream 加载:FPGA 没有自己的闪存,bitstream 在上电后通过 SPI 从 MCU 推送到 FPGA。这样,FPGA bitstream 就可以很容易地与 MCU 的固件捆绑在一起,并一起更新。
  • Type-C 协议:板载 USB Type-C 端口除了使用 USB-C DisplayPort Alt 模式为电路板供电外,还支持视频输入。MCU 运行 USB-C PD 协议栈,通过标准 USB PD 协议与视频源设备通信。MCU 还控制 Type-C 信号多路复用器,根据电缆方向将通道重新映射到正确位置。
  • 视频解码器初始化:电路板上使用的 FPGA 没有高速解串器,无法直接与 DisplayPort 或 DVI 等普通高速视频接口连接。相反,电路板上使用了专用的视频解码器芯片。这些芯片在使用前通常需要初始化,而 MCU 则负责初始化。在这个设计中,DP 解码芯片还能根据 Type-C 电缆的方向处理 AUX P/N 线翻转。
  • PC 通信:Caster 的一个优势是可以按像素应用更新模式和强制更新/清除。软件可利用这一点为不同窗口分配不同模式,或根据内容即时更改更新模式。这是通过 USB 连接向 MCU 发送请求来实现的。MCU 运行 TinyUSB 并将自己显示为一个 HID 设备,这样它就能在 PC 和 FPGA 之间转发信息。

像素速率参考

输入协议和处理速度限制了所支持的屏幕型号。
  • 启用抖动时的处理速率: 133 MP/s
  • 禁用抖动时的处理速率:240 兆/秒
  • 使用 DVI 的最大像素速率(使用 ADV7611):165 MP/s
  • 使用 DVI(直接解串器)时的最大像素速率:105 MP/s 105 MP/s
  • 使用 DisplayPort(使用 PTN3460)的最大像素速率:224 MP/s 224 MP/s
  • 使用 DisplayPort(配备 7 系列 6G SerDes)的最大像素速率:720 MP/s 720 MP/s
  • 使用 MIPI(配备 1.05Gbps LVDS)的最大像素速率:230 MP/s

普通屏幕分辨率峰值像素速率(使用 CVT-RBv2):
  • 1024x758 (6.0") @ 85Hz:74 MP/s
  • 1448x1072 (6.0") @ 60Hz:101 MP/s
  • 1448x1072 (6.0") @ 85Hz:145 MP/s
  • 1600x1200 (13.3") @ 60Hz:125 MP/s
  • 1600x1200 (13.3") @ 85Hz:178 MP/s
  • 1872x1404 (10.3") @ 60Hz:169 MP/s
  • 1872x1404 (10.3") @ 85Hz:243 MP/s
  • 2200x1650 (13.3") @ 60Hz:232 MP/s
  • 2200x1650 (13.3") @ 85Hz:333 MP/s
  • 2560x1600 (12.0") @ 60Hz:261 MP/s
  • 2560x1600 (12.0") @ 85Hz:374 MP/s
  • 3200x1800 (25.3") @ 60Hz:364 MP/s
  • 3200x1800 (25.3") @ 85Hz:522 MP/s

原理图 & PCB
主板
适配器
License
CERN Open Hardware License V2

仓库 & 下载
可以在Github中获取开源仓库:
https://github.com/Modos-Labs/Glider



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