【KiCad】Made with KiCad 开源的电子墨水屏显示器

谷谷小师妹

【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