项目概述

Glider 几乎包含了制作一台开放硬件电子纸显示器所需的一切，具备快速的75 Hz刷新率、低延迟、多种屏幕更新配置、多种图像模式和灵活抖动选项。它可以通过microHDMI或TYPE-C连接，并且支持Linux、macOS和Windows。我们提供6英寸和13英寸单色套件，均由同一显示屏控制器驱动，也可与其他面板使用。

我们为墨水屏驱动控制器单独设计一款开源的基于FPGA的电泳屏显示控制器Caster EPDC，专为低延迟性能打造，能够驱动电子纸屏幕实现高达 60 Hz 的刷新率。通过将屏幕划分为多个更新区域，Caster 能够即时处理并显示新的图像或文本，无需等待前序更新完成。由于每个像素均受独立管理，结合早期取消技术 (Early Cancellation)，确保了像素在接收到新数据时能立即做出响应。最终，该墨水屏驱动控制器在呈现动态内容和流畅交互时，能提供丝滑的响应速度、高帧率以及卓越的对比度。

手里有闲置吃灰的电子纸屏幕，还是想为你的项目找个显示方案？我们的墨水屏驱动控制器让这一切变得简单。该控制器具有极强的兼容性，支持从 6 英寸到 13.3 英寸、涵盖黑白及彩色的多种屏幕，让你轻松连接并复用手头的显示资源。配合我们提供的显示器外壳设计文件，你还可以打造出一款完美契合项目需求的定制化外壳。

功能特性

• 低延迟/高刷新率墨水屏（EPD）显示器完整解决方案

• 广泛的面板支持： 支持采用并行接口（Parallel I/F）的电泳显示面板（包括 EInk®、OED 和 DES）。

• 兼容黑白与彩色： 同时支持纯黑白屏幕及基于彩色滤光片阵列（如 Kaleido™）的彩色屏幕。

• 极致低延迟： 内部处理延迟低于 20 μs（微秒）。

• 多种灰度输出模式： 支持2阶、4 阶、 16 阶灰度输出模式。

• 延迟优化驱动模式： 针对2阶、4 阶灰度驱动模式进行了延迟优化。

• 混合自动驱动模式： 支持2阶和16 阶灰度自动切换的混合驱动模式。

• 灵活控制： 主机端软件可在运行时实时控制局部更新与模式切换。

• 硬件级抖动算法： 内置硬件级拜耳抖动（Bayer）、蓝噪声抖动（Blue-noise）及误差扩散抖动（Error-diffusion），且不产生额外延迟。

• 标准信号输入： 控制器采用标准 HVsync 信号输入。

• 丰富的接口设计： 支持 TYPE-C 及 DVI（microHDMI） 输入。

硬件

• FPGA 主控： 搭载运行 Caster 的 Xilinx® Spartan-6 LX16 FPGA

• 显存： DDR3-800 帧缓冲内存（Framebuffer）

• 视频输入 1： 支持 Type-C DisplayPort Alt-Mode，板载 PTN3460 DP-LVDS 桥接芯片

• 视频输入 2： 支持 DVI（通过 microHDMI 接口），板载 ADV7611 解码器

• 供电系统： 专用的电子纸电源，+/-15V电压，支持高达 1A 的峰值电流，可驱动大尺寸面板

• 电压调优： 带 VCOM 回扫电压检测功能

• 辅助微控制器： 板载 STM32H750 MCU，用于 USB 通信及固件升级

• 处理速率： 开启抖动算法时高达 133MP/s，关闭时超过 200MP/s

• 开发环境： 硬件工程基于 KiCad 设计。您可能需要最新稳定版本的 KiCad 来打开源文件。

pcb

本项目使用KiCAD 8.0 设计了 PCB，为了获得最佳效果，使用了1080 PP的 4 层叠层结构设计，但 2313 或 3313 叠层也是可以接受的。

兼容屏幕

Modos Dev Kit 提供两种屏幕选项：13.3 英寸 1600x1200 和 6 英寸 1404x1072。不过，该板还可以驱动其他面板。有关不同屏幕面板类型之间的差异，请参见 屏幕面板 。

不同的屏幕面板配备不同的连接器，若在主板上集成所有类型的屏幕连接器会占用大量空间。因此我们设计了一款多引脚定义的屏幕转接板，以适配更多屏幕。

主板采用 50 针 + 16 针连接器组合方案。单 50 针连接器即可适配 8 位 / 16 位屏幕，16 针连接器则额外拓展了对 LVDS 屏幕及 32 位 / 64 位屏幕的支持。

Mega 适配器 1：最常见的屏幕

• 33P-A: ED097OC1-4/TC1

• 34P-A: ED060XC3/XD4/XG1 etc.
  34P-A：ED060XC3/XD4/XG1 等

• 39P-A: ED133UT1-3 ED050SU3 etc.
  39P-A：ED133UT1-3 ED050SU3 等

• 40P-A/B: ED078KC1 ED103TC2 etc. (A inserts with contact facing down, B inserts with contact facing up)
  40P-A/B：ED078KC1 ED103TC2 等。（A 插头的接触面朝下，B 插头的接触面朝上）

• 50P-A: ED113TC1

要查看哪款适配器可能适合您的屏幕，请参阅 附录 1 - 屏幕列表

MCU 固件

构建MCU固件：

安装 STM32CubeIDE

该软件可在ST官网免费获取：https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubeide.html。它支持所有三大主要作系统。

克隆Glider仓库

该仓库可以通过以下方式克隆：

git clone --recursive https://gitlab.com/zephray/Glider.git

确保用递归标志来克隆子模块。

构建MCU固件

1. 打开 STM32CubeIDE，用任意工作区路径启动（默认即可）

2. 在菜单中，点击File -> Open projects from file systems

3. 点击按钮然后选择，点击Directory...Glider/fwOpen

4. 它应该扫描文件夹并识别为项目，点击Finish

5. 在左侧的窗格中，点击项目高亮Project Explorerglider_ec_rtos

6. 点击工具栏中的建造图标（或菜单中，Project -> Build Project)

7. 它应该能正确构建。如果它抱怨缺少 tusb.h，说明子模块没有被克隆（可能是因为缺少了标志，或者是从网页下载的）。输出是--recursiveGlider/fw/Debug/glider_ec_rtos.bin

固件烧录

刷固件的方法：

• 安装dfu-util（例如，或apt install dfu-utilbrew install dfu-util)

• 把按钮靠近USB接口，插上USB线

• 使用两种方法中的一种来完成烧录过程

方法1：使用提供的烧录工具

• 确保你有一个 Python 3 环境，并且可以安装包

• 通过运行安装 Python 包hidapipip3 install hidapi

• 将目录更改到已编译的比特流和固件中并复制utils/flash_toolfpga.bitglider_ec_rtos.bin

• 运行这个工具python3 flash.py

方法二：手动烧录

• 执行命令，系统应检测到 2 个 DFU 设备： sudo dfu-util -l

• 执行以下命令进行烧录： sudo dfu-util -a 0 -i 0 -s 0x08000000:leave -D glider_ec_rtos.bin

• 随后应显示： File downloaded successfully（文件下载成功）。

• 重新插拔 USB 线缆，以重启并进入新固件。

• 此时板卡应被识别为一个 USB 串口设备： （请检查 /dev/tty*。在 macOS 上通常类似于 /dev/tty.usbmodem...；在 Linux 上通常为 /dev/ttyACM0）。

• 使用串口终端软件连接板卡： （推荐：Linux 使用 minicom，macOS 使用 coolterm，Windows 使用 Tera Term）。

• 现在您已进入 Glider 的 Shell 环境。 按下回车键应显示 # 提示符。输入 ver 命令，系统应返回新的构建日期与时间。

• 使用 Shell 更新 FPGA 的位流文件（Bitstream）： 在 Shell 中输入命令 recv fpga.bit。

  （recv 是通过 XMODEM 协议接收文件的命令；fpga.bit 是保存的文件名，文件将保存至板载闪存中）。

• 随后板卡将进入等待传输状态：

  • Minicom (Linux)： 按下 Meta-S（Ctrl-A，然后按 S）打开上传菜单。选择 xmodem，接着选择 top.bit 文件进行传输。建立连接可能需要约 2 秒。

  • 注意： 若 10 秒内未开始传输则会超时，如发生超时，只需重新执行 recv 命令即可。

  • 其他软件： 同样使用其内置的 Xmodem 传输功能发送文件。

• 位流文件传输完成后，固件升级即告完成。

• 如果是首次安装： 请使用与传输位流文件相同的方法，传输字体文件 (font_24x40.bin)。

License

硬件设计 CERN-OHL-S

固件代码 MIT license

仓库 & 下载

https://github.com/Modos-Labs/Glider