Glider, un moniteur eInk open source axé sur la faible latence

Glider : moniteur à encre électronique open source

Vue d’ensemble

Caractéristiques

• Solution complète pour les moniteurs EPD à faible latence / haut taux de rafraîchissement
• Prise en charge des panneaux d’affichage électrophorétiques à interface parallèle (Eink(R), SiPix et DES)
• Prise en charge des écrans monochromes et des écrans couleur basés sur une matrice de filtres couleur (par ex. Kaleido(TM))
• Latence de traitement extrêmement faible, inférieure à 20 us
• Prise en charge des modes de sortie binaire, en niveaux de gris sur 4 niveaux et en niveaux de gris sur 16 niveaux
• Modes de pilotage binaire et 4 niveaux de gris optimisés pour la latence
• Mode de pilotage hybride automatique binaire et 16 niveaux de gris
• Mises à jour régionales et bascule de mode contrôlables à l’exécution par le logiciel hôte
• Dithering matériel Bayer, bruit bleu et diffusion d’erreur sans latence supplémentaire
• Le contrôleur prend en charge nativement les entrées FPD-Link (LVDS), DVI (TMDS) et MIPI-DSI
• La conception au niveau carte prend en charge les entrées USB-C (USB Type-C DisplayPort Alt Mode) et DVI

Matériel

• FPGA Xilinx(R) Spartan-6 LX16 exécutant Caster
• Mémoire framebuffer DDR3-800
• Entrée vidéo Type-C DisplayPort Alt-Mode via le pont DP-LVDS PTN3460 intégré, ou
• Entrée vidéo DVI via le décodeur ADV7611 intégré (connecteur microHDMI)
• Alimentation pour encre électronique sur rails +/-15V prenant en charge jusqu’à 1 A de courant de crête
• Prise en charge de la mesure de la tension de rebond VCOM
• Microcontrôleur RaspberryPi(R) RP2040 intégré pour la communication USB et la mise à niveau du firmware
• Débit de traitement jusqu’à 133 MP/s avec dithering activé, et >200 MP/s lorsqu’il est désactivé

Composants

• Ce dépôt héberge la conception du PCB, le code source du firmware et une conception de boîtier de référence imprimable en 3D
• Le code RTL se trouve dans un dépôt séparé : Caster

Écrans à encre électronique

Théorie de fonctionnement de base

• L’encre électronique contient des particules chargées de couleurs différentes dispersées dans un contenant transparent ; l’application d’un champ électrique déplace ces particules vers le haut ou vers le bas pour produire du noir, du blanc ou leur mélange

Avantages et inconvénients

• Les écrans à encre électronique réfléchissent la lumière, consomment peu d’énergie et peuvent être utilisés en extérieur
• Leur bistabilité leur permet de conserver l’image même après la coupure de l’alimentation
• Leur apparence proche du papier constitue leur principal élément différenciateur

Rôle du contrôleur d’encre électronique

• Le contrôleur d’encre électronique est comparable au contrôleur d’affichage (DC/CRTC) + contrôleur de timing (TCON) d’un système LCD
• Il reçoit les données d’image brutes et les convertit en signaux nécessaires pour piloter l’écran

Types de panneaux d’écran

• On distingue les écrans avec contrôleur intégré et ceux sans contrôleur intégré
• Les écrans sans contrôleur nécessitent un contrôleur dédié ou un SoC, tandis que les écrans avec contrôleur peuvent être pilotés directement par presque n’importe quel MCU

Utilisation d’écrans avec contrôleur intégré

• La plupart des composants étant déjà intégrés, seuls quelques composants externes sont nécessaires
• Ils peuvent être connectés à un MCU ou un MPU via des interfaces courantes comme SPI ou I2C

Utilisation d’écrans sans contrôleur intégré

• Ils peuvent être pilotés à l’aide d’une puce contrôleur dédiée, d’un SoC avec contrôleur intégré, ou d’un MCU/SoC rapide
• L’utilisation d’une puce contrôleur dédiée permet de recevoir des données depuis un appareil externe, ce qui convient à diverses applications

Signaux d’interface et timing

• Ils utilisent des signaux d’interface et un timing similaires à ceux des LCD
• Chaque pixel est représenté sur 2 bits, ce qui ne signifie pas 2 bpp ni 4 niveaux de gris
• Comme les CRT/LCD, il existe des périodes de blanking

Comprendre les waveforms

• Les waveforms sont des tables de correspondance qui déterminent comment le contrôleur d’encre électronique pilote les pixels
• Les fichiers de waveforms sont indépendants de la résolution, et même une waveform incorrecte peut afficher une image reconnaissable

Affichage en niveaux de gris

• Les écrans à encre électronique peuvent afficher plusieurs niveaux de gris grâce à une modulation appropriée
• Cela peut être implémenté via une modulation par durée de trame ou par nombre de trames

Affichage couleur

• Un EPD couleur intégral peut être réalisé à l’aide d’une matrice de filtres couleur (CFA) ou d’un affichage couleur à pigments multiples
• La CFA produit les couleurs à l’aide de filtres couleur ; son contrôle est relativement simple, mais la réflectance de l’écran est plus faible

L’avis de GN⁺

• La technologie de l’encre électronique est très utile pour des appareils comme les liseuses, grâce à sa faible consommation d’énergie et à son adéquation à l’usage en extérieur
• Les écrans à encre électronique offrent une apparence proche du papier, ce qui aide à réduire la fatigue oculaire
• Comprendre les différents modes et waveforms d’un contrôleur d’encre électronique permet d’obtenir de meilleures performances d’affichage
• Les écrans couleur à encre électronique ont encore l’inconvénient d’une faible réflectance, ce qui donne une image sombre
• Lorsqu’on planifie un nouveau projet utilisant la technologie de l’encre électronique, le choix du contrôleur et des waveforms est important

[GN⁺]

Avis sur Hacker News

Résumé des commentaires de Hacker News

• Discussion intéressante sur les limites

  • La section sur les limites était intéressante. Je me demande s’il serait possible d’utiliser 1 cellule mémoire par pixel de manière analogique. Cela semblerait plus complexe et moins précis.

• Lien vers le dépôt d’origine

  • Le dépôt d’origine de ce projet est ici. Le tweet associé est visible ici.

• La profondeur d’information du README

  • Même le seul fichier README impressionne par l’ampleur et la profondeur des informations. Avec ce niveau d’ouverture, on peut s’attendre à une innovation et à des évolutions rapides.

• Expérience d’utilisation du Kindle

  • J’utilise un Kindle depuis plus de 10 ans et sa réactivité m’a toujours frustré. Je ne sais pas si c’est un problème matériel ou logiciel. Je suis heureux de voir que ce projet se concentre sur la réduction de la latence côté matériel.

• Critiques à l’égard du Kindle

  • Je me demande pourquoi le Kindle est un produit aussi mauvais. J’utilise l’encre électronique et le marché des ebooks parce qu’ils sont utiles, mais ce n’est pas vraiment un bon appareil.

• Remerciements pour le partage des connaissances sur l’encre électronique

  • Merci d’avoir rendu publiques toutes ces connaissances sur l’encre électronique. Le README contient d’excellentes informations auxquelles je continuerai de me référer.

• Idée de projet avec un écran eInk

  • J’aimerais construire un clone compact de Mac utilisant un écran eInk. Ce serait vraiment chouette.

• Excellent travail et documentation

  • C’est un travail remarquable, et la documentation constitue une excellente introduction aux écrans eInk.

• Démontage optique de l’écran Kindle

  • L’article « Optical teardown of the Kindle Paperwhite display » est disponible ici. Il montre ce qui se passe à l’intérieur de l’écran.

• Attentes sur les progrès de la technologie eInk

  • Je ne connais pas bien ce secteur, mais je me demande à quel point l’eInk se rapproche d’un rendu et d’une sensation de qualité magazine. Cela fait 30 ans que j’attends une technologie comme dans les films de science-fiction des années 80, où les captures d’écran dans les magazines de jeux deviennent des vidéos entièrement animées.