引言

在當今的桌面和嵌入式兩個系統(tǒng)中，陰極射線管(CRT)技術和液晶顯示(LCD)技術是屏幕印刷的兩大主流技術。這兩大技術有一個共同的特點——需要動態(tài)刷新整個屏幕來維持顯示，即光柵動態(tài)掃描。這種技術使得陰極射線管和液晶顯示需要不斷地消耗電能維持顯示，因此，它們并不適合移動嵌入式閱讀應用。

電子紙的出現(xiàn)改變了這種狀況。電子紙，也可以稱為“像紙一樣薄、可擦寫的顯示器”，是專門用于閱讀的電子裝置;其對比度較高、文字清晰、支持屏幕手寫、耗電量極小，并且能夠輕輕彎曲，也被業(yè)內人士稱為“電子紙手寫平板電腦”。目前，擁有電子紙技術的公司主要有E-ink、東芝、摩托羅拉、LBM等公司。其中E-ink公司的電子紙技術比較成熟，已實現(xiàn)產品化，主要有Sony公司的電子書閱覽器PRS-500和iRex公司的便攜式電子紙手寫電腦iLiad 等。

最近，F(xiàn)reescale公司推出的MX31平臺下的多媒體應用處理器，最高主頻可以達到532 MHz，提供了高性能的多媒體處理技術，它具有高性能、低功耗、豐富的外設等特點?；谝陨咸攸c，本文提出了基于MX31的電子紙顯示系統(tǒng)解決方案，配合 WinCE5.O操作系統(tǒng)使得系統(tǒng)反應速度更快，功耗更低、系統(tǒng)擴展性更強，采用6 in四級灰度顯示，使得顯示更加逼真，達到了閱讀效果和舒適程度與傳統(tǒng)的打印紙一樣的效果。

1 電子紙顯示原理

電子油墨是一種加工成薄膜狀的專用材料，與電子顯示設備結合在一起使用，是化學、物理學和電子技術的綜合應用。電子油墨由數百萬個尺寸極小的微膠囊構成，直徑與頭發(fā)絲相當。每一個微膠囊中含有白色和黑色顆粒，分別帶有正電荷和負電荷，它們懸浮在清潔的液體中。如圖1所示，電子油墨薄膜的頂部是一層透明材料，作為電極端使用;底部是電子油墨的另一個電極，微膠囊夾在這兩個電極問。微膠囊受負電場作用時，白色顆粒帶正電荷而移動到微膠囊頂部，相應位置顯示為白色;黑色顆粒由于帶負電荷而在電場力作用下到達微膠囊底部，使用者不能看到黑色。如果電場的作用方向相反，則顯示效果也相反，即黑色顯示，白色隱藏?？梢?，只要改變電場作用方向就能在顯示黑色和白色間切換，白色部位對應于紙張的未著墨部分，而黑色則對應著紙張上的印刷圖文部分。

2 整體方案

電子紙顯示系統(tǒng)目前已經有成熟的產品，比如電子閱覽器。目前市場上的所有電子紙產品幾乎都是基于Linux操作系統(tǒng)的，因為Linux操作系統(tǒng)的界面可以很容易地實現(xiàn)界面定制化。但是，可以預見的是，基于WinCE操作系統(tǒng)的電子紙屏幕系統(tǒng)的產品很快會問世，并且相對于Linux平臺，WinCE具有更人性化的界面和更多樣化的功能。通過使用WinCE操作系統(tǒng)，可以方便地在電子紙系統(tǒng)中擴展Microsoft的應用程序，比如，可以在電子紙系統(tǒng)中看 Word、PPT等文檔，甚至可以上網瀏覽新聞，收發(fā)郵件，使用即時通信軟件等等。相信，在不久的一天，電子閱覽器不僅僅可以進行書籍的閱讀，而且可以進行簡單的辦公。因此，本系統(tǒng)在Freescale公司的MX31硬件平臺上，采用WinCE5.0操作系統(tǒng)，使得電子紙系統(tǒng)不僅僅可以閱讀多種格式的文檔，同時大大地提高了電子紙系統(tǒng)功能的可擴展性。

3 系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)的硬件由核心處理器部分和電子紙屏幕部分組成，整個系統(tǒng)基于Freescale公司的 MX31平臺，操作系統(tǒng)使用WinCE5.0。將電子紙驅動部分作為整個系統(tǒng)的一個部件，利用WinCE5.0提供的驅動框架把顯示屏的驅動程序加載在 WinCE5.0操作系統(tǒng)中，在系統(tǒng)啟動初始化過程中加載此驅動模塊，應用層通過驅動程序接口調用此模塊實現(xiàn)畫面顯示。

3.1 核心處理器部分架構

處理器部分的硬件架構如圖2所示，由嵌入式處理器ARM1136JF-S(主頻532 MHz)、SDRAM(128 MB)、Flash ROM(128 MB)、復位電路與晶振、電源管理以及主機接口部分組成。多媒體處理器ARM1136JF-S的主要功能是用于系統(tǒng)中數據傳輸的控制。

ARM1136JF-S是ARM公司推出的一款高性能、低功耗的多媒體處理器。它最大的優(yōu)勢在于該CPU具有多媒體硬件加速器的特征，多媒體處理采用內嵌的信號處理硬件功能加速和精簡指令運算編程來實現(xiàn)，既能實現(xiàn)高速信號處理計算又能大大降低CPU功耗，以較低CPU主頻來實現(xiàn)高速的圖像/語音編解碼處理，不僅實現(xiàn)了高處理性能和低處理功耗的統(tǒng)一，同時保證了系統(tǒng)功能和性能在軟件上的可升級和可拓展性。

3.2 電子紙屏幕部分架構

電子紙驅動部分的硬件架構如圖3所示。電子紙屏幕顯示控制器Apolio根據溫度傳感器的數據來查詢Flash ROM中的查詢表，決定是選擇從SRAM1或SRAM2中輸出數據到電子紙顯示屏中。

顯示控制器Apollo芯片是一種TFT(Thin FilmTransistor，薄膜晶體管)主動矩陣電脈顯示的顯示控制器，是電脈顯示屏參考系統(tǒng)電子設計的一部分。Apollo芯片適合800×600 像素，支持1位和2位顯示。屏幕高寬比(aspect ratio)為4：3，同時驅動源極驅動和柵極驅動，支持8位并行異步數據總線接口，使用外部SRAM來存儲顯示的數據。它用一個外部查詢表(Look- Up-Table)來選擇顯示的圖像，此查詢表存儲在Flash ROM中。

4 軟件設計

系統(tǒng)的軟件層如圖4所示，主要包括操作系統(tǒng)、驅動程序以及應用程序。系統(tǒng)選用了WinCE5.0操作系統(tǒng)，利用WinCE5.0操作系統(tǒng)提供的驅動框架，開發(fā)了顯示屏的驅動程序，使得WinCE5.0中的應用程序可以調用開發(fā)的驅動程序顯示相關的文檔數據。為縮短開發(fā)周期，本系統(tǒng)使用了Freescale 公司的MX31軟件開發(fā)包，因此主要的任務就是驅動程序的編寫。從軟件的架構層次來看，驅動程序直接與硬件層相關，它提供相關的接口供應用程序調用，應用程序通過調用顯示屏的驅動接口把相關的文件顯示在電子紙屏幕上。