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基于互惠互利的平等互信合作原則以及我本人是war chest真金白銀資助Larry Bank的前提下，我很榮幸地幫他進(jìn)行轉(zhuǎn)內(nèi)銷。

背景

除了代碼和電源效率方面的挑戰(zhàn)，我偶爾會發(fā)現(xiàn)其他吸引我的挑戰(zhàn)。 不久前，我開始與 Aaron Christophel 合作進(jìn)行他的各種電子貨架標(biāo)簽和電子紙項目。 我的想法之一是讓控制價格標(biāo)簽的 MCU 板有更多的自主權(quán)，這樣它們就可以做更多的事情，而不僅僅是從服務(wù)器無線接收圖像。 最初的項目使用帶有 ARM MCU 和大量 RAM 的價格標(biāo)簽。 我能夠在其上運(yùn)行我的 TIFF G4 解碼器，并在將其發(fā)送到電子紙顯示器之前將整個結(jié)果圖像保存在 RAM 中：

Aaron 最近（和更大）的設(shè)備系列中的 MCU 包含一個 8051 型 CPU，具有有限的 FLASH 空間和更有限的 RAM。 我認(rèn)為看看我可以在那些 8 位 CPU 上運(yùn)行多少獨(dú)立功能（文本/GFX）將是一個很好的挑戰(zhàn)。

問題

讓我們從一個示例電子紙顯示器開始——一個 2.9 英寸的黑白顯示器，128x296 像素。

如果每個像素都是 1 位，那么我們需要 (128x296)/8 = 4736 字節(jié)來保存 RAM 中的整個像素陣列。 使用這些顯示器的傳統(tǒng)方法是在 RAM 中準(zhǔn)備圖像，然后將圖像發(fā)送到顯示器并告訴顯示控制器進(jìn)行刷新。 電子紙面板的控制器芯片內(nèi)部通常有兩個獨(dú)立的 1 位內(nèi)存平面來保存所有像素。 它們的三種典型使用方式：

- 當(dāng)前和以前的緩沖區(qū)，用于快速更新已更改的像素

- 每像素 2 位緩沖區(qū)以顯示 4 級灰度

- 每像素 2 位緩沖區(qū)，用于保存紅色/黑色/白色像素

與 LCD 和 OLED 控制器類似，電子紙控制器允許您定義內(nèi)存窗口，以便可以將數(shù)據(jù)寫入顯示器的子區(qū)域而不會干擾其他像素。 如果您沒有足夠的 RAM 來將整個幀保存在內(nèi)存中，則 GxEPD 等庫使用它來允許更新較小部分的顯示。 盡管如此，這還是假定您首先在 CPU RAM 中準(zhǔn)備圖形，然后將像素發(fā)送到電子紙的內(nèi)存中。

低內(nèi)存方法

我認(rèn)為嘗試不同的方法是值得的。 我的 OneBitDisplay 已經(jīng)可以選擇支持使用 OLED 和 LCD 顯示器，方法是將數(shù)據(jù)直接寫入顯示器的內(nèi)部存儲器，而不是先在 CPU RAM 中準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。 這允許您顯示有用的文本和 GFX（有一些限制）而不需要任何顯著的本地 RAM。 在下圖中，ATtiny85（512 字節(jié) RAM）能夠在 SSD1306（128x64 = 1K RAM 內(nèi)部緩沖區(qū)）上繪制文本。

由于電子紙控制器非常相似，因此它們應(yīng)該允許采用類似的方法。 首先，讓我們來看看非常流行的 SSD1306 128x64 OLED 顯示器的內(nèi)存布局。

在上圖中，“頁面”指的是一行 128 字節(jié)，其中每列 8 個像素由一個字節(jié)中的 8 位控制，第一行中的最低有效位 (LSB)。 寫入第一個字節(jié)位置的字節(jié)值 7（00000111 二進(jìn)制）將繪制像素 (0,0)、(0,1) 和 (0,2)，而 PAGE 中的其他 5 個像素不亮。 通過寫入與此內(nèi)部顯示 RAM 相同方向的字符圖像，可以非常輕松地將 8 像素高的倍數(shù)的文本行寫入顯示器，而無需先將其緩沖到本地 RAM 中。 這正是我在沒有本地緩沖區(qū)的情況下在 OneBitDisplay 中所做的。

現(xiàn)在讓我們來看看電子紙顯示器的內(nèi)存布局。

術(shù)語略有不同 - source（列）和 gate（行），但如果您將頭向右傾斜 90 度，則與 OLED 內(nèi)存布局有相似之處??。 字節(jié)水平排列，MSB（最高有效位）在左邊。 一些顯示器可以在另一個方向翻轉(zhuǎn)位順序，但這是大多數(shù)顯示器的默認(rèn)設(shè)置。 在我們的 2.9" 電子紙示例中，顯示內(nèi)存為縱向，128 像素（16 字節(jié)）寬，296 行高。

一個實(shí)際例子

顯示控制器的內(nèi)存窗口功能允許通過定義 1 字節(jié)寬和 N 字節(jié)高的區(qū)域來模仿 OLED 的“PAGE”排列。 我用它來允許在垂直列中寫入字符圖形，并且能夠通過將電子紙本機(jī)方向逆時針旋轉(zhuǎn) 90 度來重新使用相同的“LSB on top”方向。 繪制下面字符的代碼與在 OLED 顯示器上繪制的代碼沒有變化。

兩個高度壓縮的 TIFF G4 圖像存儲在 Arduino Uno 的閃存中。 它們各自以 10:1 的比例壓縮。 我最新發(fā)布的 TIFF_G4 和 OneBitDisplay 庫支持直接解壓到電子紙幀緩沖區(qū)。 在上面的視頻中，電子紙內(nèi)存的像素（0,0）是顯示屏的右上角。 圖像以垂直線從右邊緣向左解碼。 下面是 TIFFDraw 回調(diào)函數(shù)，展示了它是如何完成的。 當(dāng)圖像被解碼時，為每一行像素調(diào)用此函數(shù)。

當(dāng)接收到第一行圖像時，調(diào)用 setPosition() 方法將內(nèi)存窗口設(shè)置為與解碼圖像相同的大小。 它沒有在演示代碼中以顯示為中心，但可以。 水平定位只能在字節(jié)邊界上，以避免必須移動和重新組合每行的所有字節(jié)。 TIFF 解碼器生成的像素恰好與電子紙存儲器（左側(cè)的 MSB）的方向相同； 這是 1-bpp 設(shè)備和文件最常見的字節(jié)方向。 由于電子紙顏色為黑色=0，白色=1，TIFF G4 顏色為黑色=1，白色=0，因此可以在反轉(zhuǎn)后將它們寫入顯示器。 一旦圖像完成解碼，就會向電子紙發(fā)送一個完整的更新命令。 對于 Arduino Uno 和其他 AVR 目標(biāo)，我將 TIFF 解碼器緩沖區(qū)大小減少到總共 1K RAM。 在這種顯示情況下，最終輸出行緩沖區(qū)只需 16 字節(jié)（128 像素）。

包起來

我希望所有這些努力和代碼能夠?yàn)榫哂蟹浅Ｐ?RAM 的微控制器提供新的用例，使其能夠獨(dú)立地與電子紙顯示器一起工作，而不僅僅是接收其他計算機(jī)上生成的圖形。 我的 CCITT G4 圖像解碼的 Arduino Uno 示例旨在打破關(guān)于 8 位 CPU 上的一點(diǎn)點(diǎn) RAM 可能實(shí)現(xiàn)的假設(shè)。 我很想聽聽這些方面的新想法和用例。

https://github.com/bitbank2/TIFF_G4