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電子墨水屏是近些年由臺灣 eInk公司發(fā)展起來(lái)的一種超低功耗的數字顯示技術(shù)，不同于傳統的LCD，LED等主動(dòng)發(fā)光的電子屏幕技術(shù)，墨水屏是一種被動(dòng)式發(fā)光技術(shù)，這種屏幕僅在畫(huà)面刷新過(guò)程中消耗很低的電流，在刷新完成之后屏幕完全不需要電力供應，可以實(shí)現零功耗�；谶@個(gè)原理，電子價(jià)簽的整體功耗很低，通常單個(gè)價(jià)簽只需要安裝兩節CR2032的紐扣電池就可以工作3-5年時(shí)間，方便了該系統的安裝，運行和維護。目前電子價(jià)簽已經(jīng)從商超零售行業(yè)逐步向教育，電子醫療，倉儲物流，會(huì )議桌牌等領(lǐng)域快速推廣，在智能制造的工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)有很大的增長(cháng)。 工業(yè)場(chǎng)所對于產(chǎn)品的穩定性，可靠性和電池壽命要求很高，因此工業(yè)級的電子墨水屏產(chǎn)品需要在每一個(gè)環(huán)節做出非常嚴格的設計。 電子墨水屏是主要由CPU處理器，射頻芯片和墨水顯示屏這三個(gè)部分組成（如下圖所示）。在休眠狀態(tài)下，墨水顯示屏的電源是被關(guān)閉的，因此此時(shí)的系統耗電只有兩個(gè)部分，分別是CPU處理器和射頻芯片。為了盡可能延長(cháng)電池的待機時(shí)間，就需要選擇一款超低功耗的處理器和射頻芯片。 一款壽命長(cháng)的電子墨水屏標簽應該如何選擇CPU處理器呢？ 功耗低 目前在低功耗的CPU處理器領(lǐng)域，美國 Silicon Labs是一個(gè)重要的廠(chǎng)家，其 EFM32 系列的處理器擁有遠超同行的低功耗特性。 該處理器從設計定位上就是能量友好型的，和業(yè)界同行相比，其技術(shù)指標十分優(yōu)秀，休眠電流 <1μA，喚醒時(shí)間 2 μs，運行功耗114 μA/MHz，有效減少了信息處理的時(shí)間，這些技術(shù)指標剛好就是電子價(jià)簽產(chǎn)品需要關(guān)注的幾個(gè)核心指標。 除了上面關(guān)于CPU處理器的核心指標之外，相比ST、Atmel、freescale、德州儀器TI、MICROCHIP這些廠(chǎng)家，SiliconLabs還有一些其他的更進(jìn)一步的低功耗指標。 因此在電子墨水屏標簽的處理器的選擇上，選擇了Silicon Labs的低功耗32位處理器。 Flash+RAM容量大 該圖是電子墨水屏標簽的整體軟件功能架構圖。從軟件功能上主要是分為兩個(gè)部分，一個(gè)部分是無(wú)線(xiàn)通訊的協(xié)議棧部分（左側的藍色部分），另外一個(gè)部分是墨水屏的驅動(dòng)部分（右側的黃色部分）。無(wú)線(xiàn)通訊的協(xié)議棧部分有計算密集型的 TCP算法以及純軟件實(shí)現的 MAC層，對于處理器而言，需要比較高的指令開(kāi)銷(xiāo)；在墨水屏驅動(dòng)部分，同樣有類(lèi)似于 WinRAR功能的解壓縮算法（Volume decompressor）以及 BMP圖像解碼（BMP File Parser）等密集的計算需求，不過(guò)這對于一款高性能的 32位ARM 處理器而言，都是可以輕松勝任的。 目前市面很多的墨水屏都是基于8051單片機實(shí)現的，其 Flash 容量通常不超過(guò) 64KB，RAM大小不超過(guò) 4KB， 8位的內部數據總線(xiàn)，指令效率也比較低；硬件上較低的配置限制了很多實(shí)用性功能的技術(shù)實(shí)現，比如支持遠程固件升級的OTA（OverThe Air）技術(shù)；支持大尺寸屏幕的 TCP 傳輸技術(shù)，還有加快傳輸速度的文件實(shí)時(shí)解壓縮技術(shù)；支持圖片尺寸自適應的 BMP文件格式解析技術(shù)等等。沒(méi)有了這些高級技術(shù)特性的加持，墨水屏的整體性能，比如通訊距離，傳輸實(shí)時(shí)性，可靠性，電池壽命等核心指標難以獲得實(shí)質(zhì)性的提升。 需要額外補充的是，32位的 ARM 處理器通常具有較多外部通訊接口，比如 SPI 和 UART。前者可以給墨水屏的模組提供獨立的，非共享的高速硬總線(xiàn)，相比于軟件模擬的寫(xiě)入時(shí)序，基于純硬件實(shí)現的總線(xiàn)可以將寫(xiě)入速度提高3.8倍以上，進(jìn)一步降低畫(huà)面顯示時(shí)間和系統的電池消耗，還可以降低屏幕的總線(xiàn)電容以及寄生靜電效應；實(shí)際上采用某些特定IC驅動(dòng)的13.3吋屏幕會(huì )要求獨立總線(xiàn)，否則長(cháng)時(shí)間運行會(huì )卡死總線(xiàn)。 多余的 UART 端口則可通過(guò)零成本的接口方式連接外部轉接板，在Windows平臺運行應用軟件，可以實(shí)現對于墨水屏的參數配置，比如網(wǎng)絡(luò )ID和產(chǎn)品密鑰的修改。 支持ADC功能 電子墨水屏的一個(gè)基本功能需求就是持續的檢測電池的電壓，以此來(lái)判斷電池是否有足夠的電量支持系統繼續運行，CPU處理器內置的ADC來(lái)實(shí)現該功能，通常情況下，12位的精度就足夠了；另外為了給系統的穩定性做最后的兜底措施，硬件看門(mén)狗也是一個(gè)必須的選項。 綜上所述，一款32位的超低功耗ARM 處理器在電子墨水屏標簽的功能實(shí)現上，可以獲得比 8051 處理器更低的功耗，更強大的功能，更好的圖片適應性和更好的可管理性，是一個(gè)比較不錯的選擇。 |
