Glider, monitor eInk open-source yang menekankan latensi rendah

Glider: monitor tinta elektronik open-source

Ikhtisar

Fitur

• Solusi lengkap untuk monitor EPD dengan latensi rendah/laju penyegaran tinggi
• Mendukung panel display elektroforesis dengan antarmuka paralel (Eink(R), SiPix, dan DES)
• Mendukung layar monokrom dan layar warna berbasis color filter array (misalnya: Kaleido(TM))
• Latensi pemrosesan sangat rendah, <20us
• Mendukung mode output biner, grayscale 4 tingkat, dan grayscale 16 tingkat
• Mode penggerak biner dan grayscale 4 tingkat yang dioptimalkan untuk latensi
• Mode penggerak hibrida otomatis untuk biner dan grayscale 16 tingkat
• Pembaruan area dan pergantian mode yang dapat dikendalikan saat runtime oleh perangkat lunak host
• Bayer dithering perangkat keras, blue noise dithering, dan error diffusion dithering tanpa latensi tambahan
• Kontroler secara native mendukung input FPD-Link (LVDS), DVI (TMDS), dan MIPI-DSI
• Desain level board mendukung input USB-C (USB Type-C DisplayPort Alt Mode) dan DVI

Perangkat keras

• FPGA Xilinx(R) Spartan-6 LX16 yang menjalankan Caster
• Memori framebuffer DDR3-800
• Input video Type-C DisplayPort Alt-Mode melalui bridge DP-LVDS PTN3460 onboard, atau
• Input video DVI melalui decoder ADV7611 onboard (konektor microHDMI)
• Catu daya tinta elektronik pada rail +/-15V yang mendukung arus puncak hingga 1A
• Dukungan pengukuran tegangan kickback VCOM
• Mikrokontroler RaspberryPi(R) RP2040 onboard untuk komunikasi USB dan upgrade firmware
• Throughput hingga 133MP/s saat dithering aktif, dan >200MP/s saat nonaktif

Komponen

• Repositori ini menampung desain PCB, kode sumber firmware, dan desain casing referensi yang dapat dicetak 3D
• Kode RTL ada di repositori terpisah: Caster

Layar tinta elektronik

Teori kerja dasar

• Tinta elektronik berisi partikel bermuatan dengan warna berbeda yang tersebar di dalam wadah transparan; medan listrik diterapkan untuk menggerakkan partikel naik dan turun sehingga menghasilkan hitam, putih, atau campurannya

Kelebihan dan kekurangan

• Display tinta elektronik memantulkan cahaya sehingga hemat daya dan tetap dapat digunakan di luar ruangan
• Sifat bistabil membuat gambar tetap bertahan meskipun daya dimatikan
• Tampilan menyerupai kertas adalah faktor pembeda terbesar

Peran kontroler tinta elektronik

• Kontroler tinta elektronik mirip dengan display controller (DC/CRTC) + timing controller (TCON) pada sistem LCD
• Menerima data gambar mentah dan mengubahnya menjadi sinyal yang diperlukan untuk menggerakkan layar

Jenis panel layar

• Dibagi menjadi layar dengan kontroler terintegrasi dan layar tanpa kontroler terintegrasi
• Layar tanpa kontroler memerlukan kontroler khusus atau SoC, sedangkan layar dengan kontroler dapat digerakkan langsung oleh hampir semua MCU

Penggunaan layar dengan kontroler terintegrasi

• Sebagian besar komponen sudah terintegrasi sehingga hanya memerlukan beberapa komponen eksternal
• Dapat dihubungkan ke MCU atau MPU menggunakan antarmuka umum seperti SPI atau I2C

Penggunaan layar tanpa kontroler terintegrasi

• Dapat digerakkan menggunakan chip kontroler khusus, SoC dengan kontroler terintegrasi, atau MCU/SoC yang cepat
• Dengan chip kontroler khusus, data dapat diterima dari perangkat eksternal sehingga bisa dipakai untuk berbagai aplikasi

Sinyal antarmuka dan timing

• Memiliki sinyal antarmuka dan timing yang mirip dengan LCD
• Setiap piksel direpresentasikan dengan 2 bit, tetapi ini tidak berarti 2bpp atau grayscale 4 tingkat
• Seperti CRT/LCD, terdapat periode blanking

Memahami waveform

• Waveform adalah lookup table yang menentukan cara kontroler tinta elektronik menggerakkan piksel
• File waveform tidak bergantung pada resolusi, dan bahkan jika menggunakan waveform yang salah, gambar yang masih dapat dikenali tetap bisa ditampilkan

Display grayscale

• Layar tinta elektronik dapat menampilkan beberapa tingkat grayscale melalui modulasi yang tepat
• Ini dapat diimplementasikan melalui modulasi waktu frame atau modulasi jumlah frame

Display warna

• EPD full color dapat diwujudkan menggunakan color filter array (CFA) atau display warna dengan multi-pigmen
• CFA menghasilkan warna menggunakan filter warna; kontrolnya relatif sederhana, tetapi reflektivitas layar menjadi lebih rendah

Opini GN⁺

• Teknologi tinta elektronik sangat berguna untuk perangkat seperti e-reader karena konsumsi dayanya rendah dan cocok digunakan di luar ruangan
• Display tinta elektronik memberikan tampilan seperti kertas yang membantu mengurangi kelelahan mata
• Memahami berbagai mode dan waveform pada kontroler tinta elektronik dapat menghasilkan performa display yang lebih baik
• Display tinta elektronik berwarna masih memiliki kelemahan berupa reflektivitas rendah sehingga layarnya tampak lebih gelap
• Saat merencanakan proyek baru dengan teknologi tinta elektronik, pemilihan kontroler dan waveform sangat penting

[GN⁺]

Opini Hacker News

Ringkasan kumpulan komentar Hacker News

• Diskusi menarik tentang keterbatasan

  • Bagian keterbatasan terasa menarik. Jadi penasaran apakah 1 sel memori bisa digunakan secara analog per piksel. Sepertinya akan lebih kompleks dan kurang akurat.

• Tautan repositori asli

  • Repositori asli proyek ini ada di sini. Tweet terkait bisa dilihat di sini.

• Kedalaman informasi di README

  • Hanya dari file README saja, cakupan dan kedalaman informasinya sudah mengesankan. Jika informasi seperti ini dibuka ke publik, inovasi dan perubahan yang cepat bisa diharapkan.

• Pengalaman menggunakan Kindle

  • Sudah lebih dari 10 tahun menggunakan Kindle, dan kecepatan responsnya selalu jadi keluhan. Tidak tahu apakah ini masalah hardware atau software. Senang proyek ini berfokus mengurangi latensi dari sisi hardware.

• Keluhan tentang Kindle

  • Jadi bertanya-tanya kenapa Kindle bisa seburuk ini sebagai produk. Pasar e-ink dan e-book memang bagus sehingga tetap dipakai, tapi perangkatnya sendiri sebenarnya tidak terlalu bagus.

• Terima kasih atas berbagi pengetahuan e-ink

  • Terima kasih sudah membuka semua pengetahuan tentang e-ink. Ada banyak informasi bagus di README, dan akan terus jadi referensi ke depan.

• Ide proyek memanfaatkan layar e-ink

  • Ingin membuat klon Mac yang ringkas dengan memakai layar e-ink. Sepertinya akan keren.

• Pekerjaan dan dokumentasi yang luar biasa

  • Pekerjaan yang luar biasa, dan dokumentasinya merupakan pengantar yang sangat bagus untuk layar e-ink.

• Pembongkaran optik layar Kindle

  • Makalah "Optical Deconstruction of the Kindle Paperwhite Display" bisa dilihat di sini. Makalah ini menunjukkan apa yang terjadi di dalam layar.

• Harapan terhadap perkembangan teknologi e-ink

  • Tidak terlalu akrab dengan industri ini, tetapi penasaran seberapa dekat e-ink sekarang dengan tampilan dan nuansa setara kualitas majalah. Sudah 30 tahun menunggu teknologi seperti adegan di film sci-fi era 80-an, saat tangkapan layar di majalah game berubah menjadi video yang sepenuhnya beranimasi.