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Zynq7010_eink_controller
20220311 发布正式版 Eink 控制器 V1.0 现仅测试ED097TC2刷新...稳定快速√
这是一个基于Zynq7010的Eink控制器
20220321 警告：若使用 TPS65185 驱动电子墨水屏请慎重考虑并且采用比官方规格书要求的性能更好的器件！否则有概率电感突然冒烟
20220624 Boooooooom...
如果不是自己的创作，少女是会标识出来的，所以要告诉别人是少女写的哦[dtysky|一个行者的轨迹]。
| 开发软件 | Versino |
|---|---|
| Vivado | 2020.2 |
| Vitis | 2020.2 |
| Sublime Text3 | 3.2.2, Build 3211 |
| Icarus Verilog | 12.0 (devel) (s20150603-1110-g18392a46) |
这是他学FPGA以来做的第一个项目，效果算还行但是代码确实写的不太好。
负壹/支持
| 型号 | 尺寸 | 分辨率 | 连接器 | 兼容 |
|---|---|---|---|---|
| ET017QC4 | 1.73 | 320(S)x240(G) | FH26W-39S-0.3SHW(60) | 显示器测试通过 |
| ET047TC1 | 4.7 | 960(S)x540(G) | AXE544124 | 彩条滑窗测试通过 |
| ED052TC4 | 5.2 | 1280(S)x720(G) | AXE550124 | 彩条滑窗及显示器测试通过 |
| ET068SC1 | 6.8 | 800(S)x600(G) | FH26W-39S-0.3SHW(60) | 彩条滑窗测试通过 |
| ET073TC1 | 7.33 | 750x200[375(S)x400(G)] | THD0515-34CL-SN | 彩条滑窗测试通过 |
| ED097TC2 | 9.7 | 1200(S)x825(G) | THD0510-33CL-GF | 显示器测试通过 |
| ES108FC1 | 10.8 | 1920(S)x1080(G) | AXE650124 | 彩条滑窗及显示器测试通过 |
| ES133UT1 | 13.3 | 1600(S)x1200(G) | FH26W-39S-0.3SHW(60) | 显示器测试通过(残影严重) |
壹/如何开始
首先本项目目前仅测试ED097TC的显示效果。虽然设计上能支持分辨率小于2208*1872接口位宽为8bit的所有元太墨水屏，但是测试ES133UT1时发现显示效果并不近人意，画面褪色卡顿并伴有错位现象。
| 实验硬件环境 | |
|---|---|
| 屏幕 | ED097TC2 |
| 屏幕电源 | TPS65185 |
| FPGA开发板 | MicroPhase Z7-Lite (Zynq7010) |
| HDMI2RGB | [米联客 FEP扩展卡] HDMI7611 (ADV7611) |
1) 确认硬件
如果硬件环境和测试的一样可以不考虑...若采用其他的Zynq开发板请确认至少有27个可用IO
| 用途 | 个数 |
|---|---|
| 屏幕 | 13 (仅8bit屏幕) |
| TPS65185 | 3 (WAKEUP,PWRUP,WAKEUP直接连接到Vcc其实也行) |
| ADV7611 | 4 (时钟&同步信号) + 8 (极限情况下可以用YUV模式输出仅采样中的Y通道PS：需要自己改config_reg.v配置，默认情况下是24bit RGB采样) |
| IIC总线 | 2 (配置TPS65185输出Vcom以及ADV7611的寄存器) |
项目设计仅在Zynq7010上测试过，项目需要使用到PS部分(但是纯PL可实现,PS部分仅用于转移一些噪声纹理到指定的DDR地址)
电源部分采用TPS65185实现，但是对于这款芯片的性能而言，这是不稳定的！TPS65185常规版本+-15V驱动电流120mA对于常规看漫画的情况是足够的，但是本项目用EPD做高速刷新应用这会导致屏幕功耗比规格书中的测试结果还要大很多。目前测试的在保证给TPS65185供电保持5V以上是可以使用的。但是这并不代表这样没有隐患。
HDMI RX部分尝试过使用Zynq7010的IO直接实现但是发现极限的采样分辨率只有720P兼容性不太好，最后采用ADV7611实现稳定的1080P 60Hz采样。
FPGA到屏幕的连接线过长会导致屏幕花屏显示效果下降...
2) 确认软件
项目开发使用的是Vivado2020.2、Vitis2020.2
在vivado打开本项目eink_controller.v后
① 请根据屏幕上的标签纸修改Vcom值(这很重要，若Vcom值不匹配会影响显示效果并且在频繁刷新屏幕的情况下导致屏幕部分褪色等不良影响！)
② 根据拿到的规格书修改tLEdly、tLEw 、tLEoff这三参数，如果屏幕是ED097TC2保持默认即可。
③ 修改 SYS_CLK_FREQ 与输入时钟频率相匹配
默认情况下我们让屏幕以10FPS的速度刷新，实测该速度能实现较好的显示质量。当然我们也可以牺牲质量提升速度！
如果需要👇
① 可以加快 EPD_FREQ 频率(记得同时修改eink_controller.v内的值以及clock_pll内的值)
② 可以减小 PERIOD_CNT 的值让每一帧刷新更少的波形周期...
③ 对于以上修改你可能还需要修改 SPL_TIME 的值，它表示在第 PERIOD_CNT - SPL_TIME 周期触发帧采样。合适的值可以减少屏幕延迟的抖动并且降低延迟(影响范围最大也就几十ms)
调整这些参数需要足够的耐心以及对EPD显示原理的深刻理解，所以建议保持默认
3) 生成bit流
在综合之前若板卡不同需要重新约束引脚...
确认约束无误后开始生成bit流...
正常情况下这需要一碗泡面的时间...根据各人电脑不同而异
在生成bit后导出包括bit流在内的xsa文件并在Vitis中打开。
4) 编译与下载
在Vitis中更新工程的xsa文件为最新后，由于上传到git或其他什么原因...我们无法一次性直接编译通过。请尝试复位BSP支持库等重新编译环境，若出现各种找不到可以重新启动Vitis多次尝试。
默认的下载方式中，噪声数据也通过JTAG下载这样会导致下载时间很长，并且是PL端先开始运行，然后PS端才刚开始下载噪声。所以你会看到开始一段时间屏幕有轻微的反应，因为DDR在未被写入之前里面应该是有一些随机数据的，稍安勿躁稍等一会儿即可(有概率失败的...这时候你需要重新下载)。当然也可以改成SD卡存放噪声数据。操作方法在 进阶 中说明。
贰/进阶
1) 用法
默认修改过配置给ADV7611的EDID数据，实现了电脑直接识别1200x825分辨率并输出ADV7611支持采样的最大PixClk 165 Mhz实现最小采样延迟，若需要其他分辨率...请修改config_reg.v内的EDID部分
拉低clr_flag对应的IO即可使屏幕刷黑白清除残影...除此之外就没啥特殊功能啦~
2) 图像
细心的你或许已经注意到前文所说的噪声。这是将灰度图像转换为1bit半色调抖动图像的一种方式。详细介绍看大佬文章👉Free blue noise textures (momentsingraphics.de)👈项目中采用的纹理也是用大佬提供的工具生成的。
这种抖动算法对于墨水屏来说优势在于不会像误差扩散算法那样会污染不相关的区域。在目标像素灰度值保持不变的情况下是不会出现其他计算结果的。这称为有序抖动，即每一个像素或区域有固定的唯一结果。所以可以实现任意尺度的并行运算。而且实现的复杂度要小于误差扩散算法。
但是不足之处在于细节的表现(高频)表现不如误差扩散算法。我们可以通过调整噪声纹理的标准差来改善这种情况。但无论如何效果还是不如误差扩散。
所以用户需要做的就是找到最适合自己使用的噪声标准差，以提供最佳的视觉体验。
ALGO\Blue_Noise_Dithering\BlueNoise.py 可以生成不同尺寸不同标准差的噪声矩阵
建议测试时生成分辨率较小的噪声测试满意后生成大面积的噪声。理论上噪声越大效果越好
生成的噪声可以使用
ALGO\Initialize_coe\DITHER\rgb2coe.m Matlab可以仿真FPGA处理的结果
获得处理结果若满意则可以将 BlueNoise.py 生成的 texture.c 替换 Vitis 工程内包含的同名文件
也可以通过将 texture.bin 移动到SD卡根目录然后在 Vitis 中的 helloworld.c 取消注释掉的 3199 行并注释 1329 行实现从SD卡读取噪声。这样就可以不用每一次下载程序都等待很长时间。(切记不可热插拔SD卡...别问我IO是怎么烧掉的/哭笑)
| Log |
|---|
20220517- 由于 Z7-Lite 损坏，因此更换主控为 EBAZ4205 进行部分测试 |
20220311- 发布正式版V1.0  |
20220309-基本上没问题了，但是蓝噪声抖动算法很大程度抑制了高频 -尝试 ES133UT1 效果贼差... |
20220308-debug一天多，甚至部分重构了帧缓冲器-结果发现只是数据忘记高低位颠倒.../瘫手   |
20220226-今天修了个clear buf控制器...然后最严重的列错位问题还是没有头绪 |
20220225-问题出在图像处理器上！-这个问题从 [20211128] 开始就一直存在-下次一定仿真.jpg |
20220221 |
20220219-示波器没放稳...送走一片带前光的ED097TC2 |
| 20220205-部分重构的时候发现之前写的代码时序完全不对...但是上板子却完全没毛病...？ |
20220203-首帧输出仿真 |
| 20210126- 使用Zynq7010+ADV7611实现了HDMI视频采集并通过蓝噪声纹理处理后显示，但是画面模糊闪烁- 经过排查FPGA输出的时序并没有出现错误，最后发现是测试PCB走线太长而FPGA的IO本身驱动能力较弱导致的。目前已经着手重新绘制PCB用于接下来的测试工作- 对大面积高速刷新的屏幕面板而言，目前的电源方案TPS65185实际上功率有一些不足了，但是由于功率更高的供电方案价格和复杂度也有提升，时间紧迫就延用TPS65185作为电源供电。如果读者您有能力时间与精力欢迎加入我的项目！ |
项目目标
将输入的图像输出到任意尺寸任意信号(8bit/16bit)的Eink墨水屏[❌]
clone不了请用 https://gitee.com/Hanley-Yao/Zynq7010_eink_controller
