FPGA賦能E-ink：打造高性能、低延遲的開源墨水屏顯示器

該項目是一款基于FPGA開源的13.3英寸電子墨水顯示器，分辨率為1600×1200，支持高達60Hz的快速刷新率，具有超低延遲特性。并且提供多種圖像模式、抖動選項及靈活的屏幕刷新控制，可通過HDMI和USB接口連接，兼容Linux、macOS和Windows系統(tǒng)。

驅(qū)控板硬件規(guī)格

核心芯片：采用Xilinx Spartan6 FPGA，運行Caster門控固件。

內(nèi)存：DDR3-800幀緩沖存儲器。

視頻輸入格式：USB Type-C DisplayPort Alt-Mode，集成PTN3460芯片；DVI視頻輸入，集成ADV7611芯片。

控制單元：板載Raspberry Pi RP2040微控制器，用于USB通信與固件升級。

處理速率：啟用抖動算法時最高133MP/s，禁用抖動算法時速率超過200MP/s。

Caster FPGA固件功能

顯示兼容性：支持并行接口的電泳顯示面板（Eink、SiPix、DES等）；兼容單色及彩色濾光片陣列（CFA）屏幕。

性能：超低處理延遲（<20微秒）；支持二值化、4級灰度、16級灰度輸出模式；針對延遲優(yōu)化的二值化及4級灰度驅(qū)動模式；混合自動二值化與16級灰度驅(qū)動模式。

控制功能：支持主機軟件運行時控制區(qū)域刷新及模式切換；硬件級抖動算法（拜耳抖動、藍噪聲抖動、誤差擴散抖動），無額外延遲。

顯示示例

灰度顯示

除純白和純黑外，電子墨水屏通過適當(dāng)?shù)尿?qū)動控制可呈現(xiàn)多級灰度（通常為16級）。其基本原理非常簡單：若像素未被完全驅(qū)動（例如驅(qū)動電壓僅施加50ms，而完全切換至純黑/純白需100ms），像素將停留在中間灰度狀態(tài)。

彩色顯示

目前實現(xiàn)全彩色電子紙（EPD）主要有兩種技術(shù)方案：

彩色濾光片陣列（CFA）技術(shù)：通過覆蓋彩色濾光片將單色電子墨水層轉(zhuǎn)換為彩色顯示（如左圖所示的Kaleido 3屏幕）。
多顏料彩色顯示技術(shù)：采用多種帶電顏料粒子的堆疊結(jié)構(gòu)直接呈現(xiàn)色彩（如右圖所示的Spectra 6屏幕）。

項目鏈接https://gitlab.com/zephray/gliderhttps://gitlab.com/zephray/caster