2024年4月16日发(作者：)

Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ・电子技术　

基于ＬＰＣ２１４８和ＧＤ６２０１Ｅ的电子纸显示驱动接口设计　

文／杜世远　杨倩　

计时将ＬＨ１６９２的ＭＯＤＥ１和ＭＯＤＥ２置ｌ，　

由于电子纸节能、护眼、文　

字显示效果优于普通显示器，使　

其越来越受到喜欢阅读人士的青　

睐。本文针对电子纸显示低功耗　

的需求，提出了ＬＰＣ２１４８＋ＧＤ６２０１Ｅ　

的硬件架构，将　Ｃ／０Ｓ－ＩＩ操作　

系统移植到基于ＡＲＭ７处理器的　

ＬＰＣ２１４８中，并在　Ｃ／ＯＳ－ＩＩ操作　

系统移植电子纸驱动控制程序。　

经测试，操作系统运行稳定，功　

耗小，硬件成本低。本文提出的　

电子纸显示系统方案对今后国内　

电子纸驱动的进一步研究及产业　

化有着积极地意义。　

使芯片工作于单脉冲扫描模式，即正常模式；　

ＣＫＶ为行扫描驱动的时钟信号，实现从第１　

行到第３００行的扫描驱动信号控制。　

源极驱动集成ＭＸ８６０芯片，提供￣１５Ｖ　

的驱动电压，ＭＸ８６０为８位数据总线输入，　

并将８位的数据拆分为４组的２ｂｉｔ数据，每　

个２ｂｉｔ数据对应一个像素点。ＭＸ８６０内部框　

图如图２所示。因为每个移位时钟的８ｂｉｔ数据　

Ｄ［７．．０１包含连续的４个像素点的信息，２００个　

ＣＬ时钟就包含８００个像素点的信息，所以将　

ＣＬ时钟频率设计为２０ＭＨｚ　ＬＥ进行数据锁存，　

ＯＥ使能移位输出。　

需要注意的是，在ＬＨ１６９２和ＭＸ８６０中　

ＶＧＧＶＧＧＶ　ＶＬｓＶＣＣＶＣＣＶｇｇⅥ　懈Ｖｓｓ　１９（；１…・・ＯＣＯｔＯ　

图１：ＬＨ１６９２内部结构框图　

键词】电子纸ＯＤ６２０ＩＥ电子墨水嵌入式　

低功耗　

存在多种电压，在高压驱动上电之前，如果逻　

辑系统的电压处于悬浮状态的话，有可能会导　

致驱动Ｉｃ损坏，所以多种电压上电时序必须　

严格按照图３所示。　

随着经济的发展，人们对纸张需求量的　

：与人们对节能环保的意识产生了矛盾，因　

【求一种替代纸张的可持续发展方案迫在　

。

１．２　ＧＤ６２Ｏ１Ｂ驱动设计　

本文采用ＧＤ６２０１Ｅ电子纸专用控制芯片，　

支持１６个区域的局部擦写，实现更好的用户　

交互接口和触摸屏体验；芯片支持３２灰度等　

级显示，并提供多种显示功能来准确的控制电　

子纸显示，减少ＣＰＵ的运算时间，其硬件电　

路设计如图４所示。　

核心板控制器接口（Ｈｏｓｔ），用于和　

ＡＲＭ核心板相接，实现ＣＰＵ对ＧＤ６２０１Ｅ的　

控制。电子纸显示的图文数据缓存于同步动　

图２：ＭＸ８６０结构框图　

电子纸Ｅ－ｐａｐｅｒ，也叫数码纸，是一类　

：的统称　电子纸技术可以实现轻便、护　

超低功耗的反射式显示，其节能环保的几　

似于纸张显示效果的特性尤其受到人们　

ｌ捧。因此本文以电泳显示技术（ＥＰＤ）电　

：为主要研究对象，研究基于ＬＰＣ２１４８和　

；２０１Ｅ的电子纸显示驱动接口。　

子纸显示系统硬件设计　

电子纸底层驱动设计　

态随机存储器ＳＤＲＡＭ，ＳＤＲＡＭ可以使用　

１６ｂｉｔ或３２ｂｉｔ的，但１６ｂｉｔ的ＳＤＲＡＭ就可以　

满足本文显示系统需求。显示需要的命令文件　

（Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｃｏｄｅ）和波形控制文件（Ｗａｖｅｆｏｒｍ）　

则存储于Ｆｌａｓｈ　Ｍｅｍｏｒｙ中；命令文件　

（Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｃｏｄｅ）是一套用于控制ＧＤ６２０１Ｅ　

为实现电子纸显示系统低功耗的需求，　

：采用嵌入式系统，其以应用为中心，具　

：硬件可裁剪的特性，电子纸显示屏采用　

ｋ公司生产的ＥＤ０６０ＳＣ４，电子纸显示屏　

的二进制指令代码，操作系统通过命令形式　

就可以控制ＧＤ６２０ｌＥ实现各项功能，文件　

以．ｂｉｎ的形式封装起来；波形文件（Ｗａｖｅｆｏｒｍ）　

图３：电子纸电源时序　

６０ＳＣ４通过３９ｐｉｎ的接口提供电源和特定　

制时序，用于控制集成于显示屏内部的栅　

Ｉ源极驱动芯片，对于电子纸栅极驱动电压，　

Ｊ为ＧＶＤＤ＋２２ｖ和ＧＶＥＥ一２０Ｖ，为节约　

纸显示系统硬件成本，设计采用了自举升　

．

是以．ｗｂｆ形式封装起来的用于准确控制显示　

Ｗａｖｅｆｏｒｍ。需要说明的是，波形文件是和温　

屏中带电粒子运动轨迹的文件，ＧＤ６２０１Ｅ在　

度相关的，因为ＥＰＤ中的带电粒子存在于透　

显示驱动时调用波形文件来准确实现显示屏　

中黑白粒子移动轨迹，文件大小为６４Ｋｂ。　

Ｆｌａｓｈｍｅｍｏｒｙ须支持ＳＰＩ接口及ＦＡＳＴＲＥＡＤ　

方式，Ｆｌａｓｈ　ｍｅｍｏｒｙ从地址０ｘＯ００００开始烧写　

明液体中，带电粒子的移动受温度影响，在不　

路，放弃专用芯片，将￣１５Ｖ电压分别转　

栅极驱动集成有两片ＬＨ１６９２芯片，每　

同温度下染色的带电粒子的移动特性是有区别　

的，因此不同温度环境下需要不同的驱动波形　

来控制。利用Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｓｅｎｓｏｒ实现不同温度下　

调用不同的Ｗａｖｅｆｏｒｍ来更新显示信息。　

『＋２２ｖ和一２０Ｖ，实现电子纸低功耗显示。　

ｒｕｃｔｉｏｎ　Ｃｏｄｅ，从地址为０ｘｌ００００开始烧写　

Ｈ１６９２可以驱动３００行，如图１所示。设　

Ｉｎｓｔ

金项目：福建省中青年教师教育科研项目（ＪＡＴ１７１　０３２）。　

Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ电子技术与软件工程・１０９　

电子技术・Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

２￣Ｃ／ＯＳ－Ｉ　Ｉ软件系统设计　

２．１￣Ｃ／０Ｓ—Ｉｌ系统移植　

￣Ｃ／ＯＳ—ＩＩ是一个微内核，具有很强的可　

移植性，ｇＣ／ＯＳ．ＩＩ在硬件层之上只是抽象和封　

装了微处理器以及硬件的时钟，没有其他硬件　

抽象层。不同的嵌入式系统中，系统的硬件架　

构相差较大，移植￣Ｃ／ＯＳ．ＩＩ主要工作是添加　

或变更硬件抽象层，不同的硬件架构对应不同　

的硬件抽象层。　

￣Ｃ／ＯＳ．ＩＩ操作系统的移植只要编译与处　

理器相关的代码，主要包括三个文件：　

（１）ＯＳ　ＣＰＵ．Ｈ文件，在文件中定义与　

处理器、编译器相关的常量和宏：　

（２）ＯＳ　ＣＰＵ　Ｃ．Ｃ文件，在文件中编写　

１０个简单的函数：　

（３）ＯＳ

—

ＣＰｕ　Ａ．ｓ文件，在文件中编写　

四个汇编语言函数。　

２．２电子纸控制芯片驱动程序设计　

电子纸驱动程序负责配置硬件系统的　

ＧＰ１０端口，然后对芯片ＧＤ６２０１Ｅ进行初始化，　

使ＧＤ６２Ｏ１Ｅ工作于ＲＵＮ模式。程序设计步　

骤如下：　

２．２．１管脚配置与芯片初始化　

（１）ＧＰＩＯ端口的功能由管脚功能选择　

寄存器（ＰＩＮＳＥＬｘ）进行配置，而输出置位　

／清零寄存器（ＩＯＳＥＴ／ＩＯＣＬＲ）和方向寄存器　

（ＩＯｘＤＩＲ）的使用，是当管脚工作于ＧＰＩＯ模式　

时，用于控制输出电平。　

（２）进入ＲＵＮ模式：￣Ｃ／ＯＳ．ＩＩ发送　

ＩＮＩＴ　ＳＹＳ　ＲＵＮ命令到ＧＤ６２０１Ｅ，ＧＤ６２０１Ｅ　

韧始化内容・

ｕ

－

图４：ＧＤ６２０１Ｅ逻辑框图　

Ｐｏｗｅｒ　Ｏｎ　Ｒｅｓｅｔ　Ｃｏｍｐｌｅｔｅ　

ＷＡＩＴＤＳＰＥＴＲＧ　

＿

＿

此步骤初始化内存为当前

，一　

会自动初始化显示配置、ＰＬＬ、上电时序和　

ＳＤＲＡＭ模块。　

（３）ｄｉｓｐｌａｙ　ｅｎｇｉｎｅ的配置：ＩＮＩＴ

ＤＳＰＥ

删　ｐｈ一　－一．　

ＳＤ

ＲＡＭ　

ｙ￣ｅｔｎｑ　ｌ　

・

Ｐｏｗｅｒ￣ｑｕｅｎｅｅ　

ｌＬＤ＿ＩＧ　ｌＩ　

—　

ＣＦＧ命令用于显示屏参数还没有初始化的情　

况下，实现起始行驱动、行像素和列像素的设　

置。　

如果在　ｌ　

ＩＮＩＴ　ＳＹＳ　ＲＵＮ　ｌ　

没有韧始化显示叫　

广　

屏参敦，此命令　Ｉ　

将初始化配置　Ｌ　Ｉ　

（４）时钟配置：利用公式（１）～（６）　

对像素时钟、场同步时钟、行同步时钟、场　

起止时间、行起止时间进行计算，并用ＩＮＩＴ　

ＤＳＰＥ　１Ｍ０命令进行配置。　

Ｓｅｎｄ　Ｉｍａｇｅ￣Ｄａｔａ　

ＬＤ　ＩＭＧ　ＥＮＤ　

ＰｉｘｅｌＣｌｋＦｒｅｑｔｌｅｎｃｙ＝　

（ＲＥＧ［ＯＯｌ８９　

（１）　

ＵＰＤＦＵＬＬ　

——

ＲＥＧ［０３０Ｃ—Ｂｉｔｌ１］）　

（２）　

ＨｏｒｉｚｏｎｔａｌＴｏｔａｌＰｉｘｅｌ　ＬｉｎｅＳｙｎｃＬｅｎｇｔｈ＋ＬｉｎｅＢｅｇｉｎＬｅｎｔｈ＋　

ｉｎｅＤａｔａＬｅｎｔｈ＋ＬｉｎｅＥｎｄＬｅｎｔｈ　

图５：ＧＤ６２１０Ｅ初始化流程　

图６：ＧＤ６２０１Ｅ显示内容更新　

流程　

（３）　

Ｆｒａ　ｅＲａｔｅ＝—Ｇ

Ｄ

Ｃ

ＬＫＦ

ｒ

ｅｑ

ｕｅｎｃ

ｙ　

————

ＧａｔｅＤｒｉｖｅＧＤＣＬＫＦｒｅｑｕｅｎｃ３一　

Ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｔａ圮ｉｎｅｓ　

＿

———

始地址则；寄存器ＲＥＧ［０３１４ｈ］，ＲＥＧ［０３１６ｈ１　

（６）　

（４）　

ＶｅｒｔｉｃａｌＴｏｔａｌＬｉｎｅｓ＝ＦｒａｍｅＳｙｎｃＬｅｎｇｔｈ＋ＦｒａｍｅＢｅｇｉｎＬｃｎｇｔｈ＋　

ＦｒａｍｅＤａｔａＬｅｎｇｔｈ＋ＦｒａｍｅＥｎｄＬｅｎｇｔｈ　

配置Ｕｐｄａｔｅ　ｂｕｆｆｅｒ起始地址。切记将Ｕｐｄａｔｅ　

为Ｏ００ｂ，即６４的倍数，至此完成初始化程序，　

（５）命令ＵＰＤ

—

ＳＥＴ

—

ＩＭＧＡＤＲ设置　

ｂｕｆｆｅｒ和Ｉｍａｇｅ　ｂｕｆｆｅｒ的起始地址低三位设置　

（５）　

ＳＤＲＡＭ中的Ｄｉｓｐｌａｙ　Ｅｎｇｉｎｅ　Ｉｍａｇｅ　ｂｕｆｆｅｒ起　

１　１０・电子技术与软件工程Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　

Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ・电子技术　

ＵｐｄａｔｅＢｕｆｆｅｒ　

～ＢｄＵｄｆｒｆｅ　Ａｒ　ＵｐｄａｔｅｒｅＢａｕ　ｆｆｅｒ　／　

ＩｍａｇｅＢｕｆｆｅｒ　０　Ｆｕｌｌ　Ｉｍａｇｅ（Ｉｍａｇｅ　０）　

§是　

ＩｍａｇｅＢｕｆｅｒ　Ｉ２　‘＼．　

ＩｍａｇｅＢｕｆｆｅｒ３　●　

１７－．ｎｍｎ　ｎｎｔｎ　Ｉ　Ｊｌ￣ｌｒｌ　ｔｈ　

詈呈　

■　

图７：ＳＤＲＡＭ区域配置　

图８：电子纸显示系统样机　

如图５所永。　

ｎ　

定，Ｕｐｄａｔｅ　ｂｕｆｆｅｒ初始地址，为了使执行部分　

ＢＡＮＫ删新操作时能够尽量较少功耗，Ｕｐｄａｔｅ　

２．２．２尼示　娃示数　更新　

发送命令ＷＡＩＴ　ＤＳＰＥ　ＴＲＧ，　等待　

ＨＲＤＹ引脚的状态为ｌ时发送命令ＬＤ　

ＩＭＧ，等待ＨＲＤＹ引脚状态为１后，将图文　

数据写入ＳＤＲＡＭ，完成数据传输：发送命　

令ＬＤ　ＩＭＧ　ＥＮＤ等待Ｉｍａｇｅ　ｂｕｆｆｅｒ数据更新　

ｂｕｆｆｅｒ仞始地址一般采用０ｘ０，从而进一步实　

现电子纸低功耗特性。　

３结语　

为严格控制电ｆ纸显示系统的硬件成本．　

本文采川ＬＰＣ２ｌ４８微控制器、显示驱动控制　

芯片及ｆｊ举电源电路等硬件电路设计。本文　

将ｌａＣ／ＯＳ—ＩＩ操作系统移植到基于ＡＲＭ７处理　

器的ＬＰＣ２１４８中，提出基于ＧＤ６２ＯｌＥ国产电　

子纸控制芯片的电予纸显示控制系统。在／ａＣ／　

ＯＳ一１１操作系统移植电子纸驱动控制程序，读　

取ＳＤ　中的图文以测试系统。成功实现电子　

作者简介　

纸显示　动控制系统设计，系统如图８所示。　

至Ｕ　Ｕｐｄａｔｅ　ｂｕｆｆｅｒ中。卡Ｕ用ＵＰＤ　ＦＵＬＬ命令将　

Ｕｐｄａｔｅ　ｂｕｆｆｅｒ数据更新到显示屏，显示流程如　

图６所示。　

需要注意的是，设计将ＳＤＲＡＭ划分为　

图片缓存（Ｉｍａｇｅ　Ｂｕｆｆｅｒ）和更新显示（Ｕｐｄａｔｅ　

Ｂｕｆｆｅｒ）两个区域。Ｉｍａｇｅ　Ｂｕｆｆｅｒ　Ａｒｅａ相当于内　

存，可以配置存储区域的位置来存储未压缩　

的图文信息：ＣＰＵ则不能访问Ｕｐｄａ￣Ｂｕｆｆｅｒ　

Ａｒｅａ，该区域用于芯片内部更新存储信息，　

只可以通过寄存器配置区域位置。如果显示　

屏信息更新时，从Ｉｍａｇｅ　ＢｕｆｆｅｒＡｒｅａ　ｌ　Ｉ将数　

据转移到Ｕｐｄａｔｅ　ＢｕｆｆｅｒＡｒｅａ，可以利用多　

个Ｉｍａｇｅ　Ｂｕｆｆｅｒ对应　个ｕｐｄａｔｅ　Ｂｕｆｆｅｒ来节　

省图文数据加载时问，如图７所示。寄存器　

（ＲＥＧ［０３　１　０ｈ］￣ＲＥＧ［０３　１　２ｈ］）决定Ｉｍａｇｅ　Ｂｕｆｆｅｒ　

杜世远（１　９８８一），福建省泉州市人。硕士学位。　

经测试，操作系统运行稳定，功耗小，硬件成　

助教。主要研究方向为信息显示技术，医疗设　

本低。本文提出的电子纸显示系统方案对今后　

国内电子纸驱动的进一步研究及产业化有着积　

极地意义。　

备应用技术。　

杨倩（１９８８－），山西省太原市人。硕士学位。　

讲师　主要研究方向为光电信息显示技术。　

参考文献　

［１】杨倩，杜世远．基于自适应灰度处理算法　

的电子纸显示系统的研究［Ｊ】．电子技术　

与软件工程．２０１　６（１４）：１　３７－１　３９．　

作者单位　

１．福建卫生职业技术学院医学技术系　福建　

省福州市３５０１　０１　

起始地址，读写起始地址使用ＵＰＤ　ＳＥＴ　

ＩＭＧＡＤＲ命令和ＬＤ　ＩＭＧ　ＳＥＴＡＤＲ命令进行　

配置：寄存器ＲＥＧ［０３ｌ４ｈ］～ＲＥＧ［０３１６ｈ１则决　

２．福州大学至诚学院信息工程系　福建省福　

３５０００２　

【２］杜世远，林志贤，杨倩等．基于ＦＰＧＡ　

州市

Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ电子技术与软件工程・ｉｉｉ