CN105895030B - 用于持久性显示面板的控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于持久性显示面板的控制器。一种用于持久性显示设备的控制器具有与从所有像素状态到所有其他像素状态的像素的不同转换对应的波形数据总表，用于区分操作参数。硬件LUT模块接收包含新的和当前的像素状态数据和索引的输入值以标识更新请求，在LUT表存储器空间中存储映射值，所述映射值为在运行时根据每个更新请求的操作参数产生的波形数据段，并将对应于更新请求的波形数据段放置到LUT输出存储器空间中。SIMD模块变换来自LUT输出存储器空间的更新请求的波形数据，并将变换的波形数据放置在相应的帧扫描缓冲器中。接口接收用于显示设备的变换的波形数据，以更新显示在面板上的图像。

Description

用于持久性显示面板的控制器

技术领域

本发明涉及集成电路，并且更具体地，涉及用于持久性显示面板的控制器。

背景技术

持久性显示面板广泛用于例如电子阅读器。电子阅读器是特别适合阅读具有或不具有图片的文本的由电池供电的便携式电子设备。电子阅读器在明亮的环境光线，甚至日光下具有良好的阅读性。功耗非常低，从而在再充电之间提供较长的电池寿命。一些电子阅读器在再充电前具有一个至两个月的电池寿命。

例如，为了显示视频或游戏，以50Hz到200Hz或更高的速率持续地刷新显示的帧以显示运动图片。然而，在电子阅读器中，所显示的页面的图像是静止的并且在页面阅读期间不会改变。没有必要在电子阅读器中以这样快的帧刷新重复率持续地更新待显示的页面。持久性显示面板不是很适合显示运动图片，但是很适合在电子阅读器中显示静态页面图像。当图像不改变时持久性显示面板具有低的功耗，这是电子阅读器的一个重要优势。

一种通常用于持久性显示面板的技术是电子纸，其电子地产生可比拟于常规印墨纸的图像。图像反射外环境光线，提供高的对比度和广的阅读角度。电子纸技术的一个例子是电泳显示(EPD)，其能够以可忽略的功耗几乎无期限地保持不变的文本或图片图像。EPD面板具有悬浮的有色颗粒，通常在具有电极阵列的两个板之间的微囊中。施加到电极的电压产生像素尺寸的电场，该电场重排有色颗粒以更新显示的图像。

持久性显示面板上的图像在没有电场的情况下能持续较长时间，几个小时或者甚至几天。然而，建立新图像的显示可能很慢，并且先前图像的重影可能在帧被更新后持续。减少这些问题的常见技术是在帧刷新(也就是图像更新期间)多次施加电压。

在帧刷新期间施加到任何给定像素的连续电压(波形)是该像素的先前状态、其当前过渡状态和其预期新状态的函数。通常，波形是EPD温度的函数，EPD的温度被感测并作为获取波形的参数。对于不同的帧刷新模式，例如在面板上存留的任何图像都被清除的初始化模式，显示黑白图像的单色模式，通常使用的灰度模式，以及尚未广泛使用的全色彩模式，波形可能也不相同。

增长的电子阅读器面板分辨率和屏幕尺寸增加了产生帧刷新波形所要处理的数据量。典型地，中央处理单元(CPU)从存储器提取图像内容的像素数据并将相关像素数据加载到像素缓冲器中。常规方法使用专用硬件控制器，其从像素缓冲器接收像素数据并向为显示面板产生波形的驱动器提供波形数据。然而，由于硬件控制器是专门针对使用它的电子阅读器的，不兼容的应用无法使用它，因而专用硬件控制器是昂贵的解决方案。

可以使用软件将像素数据转换成波形数据。但是，待处理的数据量，尤其对于高分辨率和大屏幕尺寸，使得帧刷新太慢。

因此，有利的是具有用于持久性显示面板的没有硬件控制器那么刻板，同时能提供高速帧刷新的控制器。

发明内容

可以通过参考下面对附图所示的本发明的实施例的描述来最好地理解本发明及其目的和优势。图中的元素是为了简化和清楚而示出，且没有必要按比例绘制。

图1是具有持久性显示面板和常规专用硬件控制器的显示系统的示意性框图；

图2是作为示例的根据本发明的实施例的具有持久性显示面板和控制器的显示系统的示意性框图。

图3是显示进入到图2的显示控制器的硬件查找表中的像素数据的结构的框图；

图4是显示写入到图2的显示控制器的硬件查找表中的映射值的结构的框图；

图5是显示图2的显示控制器的帧扫描缓冲器中的波形数据的结构的框图；以及

图6是显示图2的显示控制器中的数据流的图表。

具体实施方式

图1示出常规的显示系统100。系统100具有包括专用硬件直驱有源矩阵EPD控制器104的多媒体应用处理器102，该控制器104被专门设计用来驱动具有E·INK^TM电泳显示(EPD)面板的电子阅读器持久性显示设备106。处理器102还包括像素处理管道(PXP)108，以及用于LCD面板的集成扩展液晶显示接口(eLCDIF)控制器110。可以在很多的一般嵌入式应用中使用处理器102。中央处理单元(CPU)112通过接口和总线114驱动EPD控制器104、PXP108和eLCDIF控制器110。待显示的内容可以被存储在外部存储器116中并被下载到动态随机存取存储器(DRAM)118中，DRAM 118包括工作缓冲器120和更新缓冲器122，工作缓冲器120包含用于当前显示图像的像素数据，更新缓冲器122包含用于待显示的下一图像的像素数据。DRAM 118可以在不同于处理器102的芯片上，处理器102典型地还包括内部存储器124。处理器102还包括用来连接诸如无线局域网(WLAN)、Bluetooth^TM、GPS、照相机传感器和多个显示器的外围设备的接口(未示出)。

CPU 112具有单指令、多数据(SIMD)模块126，其可用作用于诸如音频、视频、3-D、图形、图像和语音处理的不同要求的指令的媒体处理引擎。PXP 108是硬件查找表(LUT)，其可被用于在将图形数据或视频和图形复合数据发送至LCD显示器或TV编码器之前处理这些数据。PXP 108能够进行缩放、YUV和RGB颜色空间之间的颜色空间转换(CSC)和阿尔法混合。

图2至图6示出根据本发明的一个实施例的显示系统200。系统200包括与系统100相同的一些组件，使用相同的元件号码来标识这些组件。根据本发明的一个实施例，显示系统200具有控制器202和持久性显示设备106。

控制器202包括中央处理单元(CPU)112，用于在更新缓冲器122中提供新像素状态数据、在工作缓冲器120中提供当前像素状态数据、以及提供当前操作参数。存储器118存储与根据不同的操作参数从所有像素状态到所有其他像素状态的像素的不同转换相对应的波形数据的总表208。

硬件查找表(LUT)模块108接收包含新像素状态数据300(图3)、当前像素状态数据302和索引304的输入值，由CPU 112分配所述索引304以标识对于面板中像素位置的相应组的多个并行的更新请求#X至#(X+N)。

LUT模块108具有LUT输出存储器空间210和LUT表存储器空间212。LUT表存储器空间212存储映射值400(图4)，所述映射值为在运行时根据每个更新请求#X至#(X+N)的操作参数从总波形表208产生的波形数据段。LUT模块108将对应于更新请求#X至#(X+N)的波形数据段从LUT表存储器空间212放置到LUT输出存储器空间210中。

单指令多数据(SIMD)模块126变换来自LUT输出存储器空间210的波形数据段，并将变换的波形数据500放置在相应的帧扫描缓冲器206中(图5)。接口204接收用于显示设备106的变换的波形数据500，以更新显示在面板上的图像。

LUT模块108的容量不足以存储对应于根据不同操作参数从当前像素状态到其他新像素状态的像素的所有不同转换的总表208的波形数据，对于16灰度的面板该数据可以是1兆字节量级。在运行时，控制器202将波形数据分解为适合LUT模块108的LUT表存储器空间212的映射值400，用于像素组的并发更新。对于给定更新请求的像素将使用相同的操作参数。更新请求#X至#(X+N)代表在一段时间内提交的N个更新请求。这些请求的操作参数可以相同或者可以不同。

CPU 112提供的当前操作参数可以包括对于并发更新共同的操作温度，以及对于单个更新特定的更新模式和波形模式。这些参数与帧计数组合以构造写到LUT表存储器空间212中的映射值400。帧计数随着更新过程进行而增加。

LUT模块108可以是像素处理器PXP。

SIMD模块126可以将LUT输出存储器空间210中的数据变换为与更新请求#X至#(X+N)的LUT输入值300、302、304对应的波形数据500的格式，并将变换的数据写入到单独的帧扫描缓冲器206中。该过程比对每个像素的波形数据进行软件提取快得多。

CPU 112可以提供新像素状态数据300、当前像素状态数据302，并向LUT模块108分配当前更新的索引304。新像素状态数据300首先被写入包含当前像素状态数据302和索引304的工作缓冲器120，以及随后LUT模块108可以通过直接存储器访问(DMA)从工作缓冲器120接收该数据，根据LUT输入值300、302、304从LUT表存储器空间212查找映射值400，并通过DMA将它们放置到位于DRAM 118中的LUT输出存储器空间210中。

图6更详细地示出控制器202的一个例子中的数据流。CPU 112将像素内容加载到更新缓冲器122和工作缓冲器120中。对每一批并发像素更新，CPU112定义更新请求并向LUT模块108输入新的和当前的像素状态数据300和302(对于16灰度的图像每个4比特)并分配索引304的自由值。对于至LUT模块108的输入的最大尺寸为13比特的情况，由新的和当前的像素状态数据300和302占据8比特，为索引304留下5比特。由于为当前帧更新中闲置的(无效的)且未更新的像素保留了一个更新索引，因此输入到LUT模块108的索引304能够识别31个并发更新。

EPD的波形的比特流是2比特数据序列，对应于正电压、负电压和中间电压。来自LUT模块108的输出的尺寸将限定可以在LUT模块108中立刻产生的帧扫描缓冲器的数目。由于EPD的波形的比特流是2比特数据序列，因此对于LUT模块108输出最大尺寸为16比特的情况，能同时产生8(用F表示)个帧扫描缓冲器。如果一个像素不属于任何有效更新，则在LUT模块108的输出处对应的映射值为零。

如图4所示，包含总波形表208的存储器被划分为尺寸为16*16＝256个条目的分区，这些条目与在给定操作参数下从当前像素状态到其他新像素状态的像素的所有可能的转换相对应。分区中的每个条目包括数目为F(该例中为8)的2比特数据。可得到数目为N的分区(加上为闲置像素保留的分区)，对应于所支持的数目为N的并发更新(该例中为31)。在处理每个更新段后，帧计数增加F(该例中为8)。分配的索引304基于从当前像素状态到下一像素状态的转换识别其数据将被选择的分区，并形成LUT模块108的输出。只要帧计数小于最大帧计数，更新就是有效的。同时，LUT模块108的输出是至SIMD模块126的输入。如图4所示，当帧计数增加时，贯穿更新期间写入到LUT模块108中的映射值400将随着段而改变。SIMD模块126将来自LUT输出存储器空间210的波形数据段变换为数目为F的波形数据500的格式(图5)，促成数目为K的单独帧扫描缓冲器206。单独帧扫描缓冲器206的数目K大于(在该例中两倍)可以并发产生的LUT输出存储器空间210中的波形数据段中的2比特数据的数目F，以便为eLCDIF模块204提供缓冲器队列。进入到帧扫描缓冲器206中的波形数据500，通过eLCDIF模块204，驱动用于更新EPD面板106的图像中的所有像素的电压的产生，而无论像素是有效的还是闲置的。

在控制器202的一个示例实施方式中，用于8个显示分辨率为1440x1080的单独帧扫描缓冲器206的处理时间是46ms，相对100Hz的等效帧刷新率留有余量。使用胶合逻辑(glue logic)600以克服eLCDIF模块204和EPD面板106之间的一些引脚的不兼容的有效逻辑。胶合逻辑600包含三个反相器以将帧扫描缓冲器206中的三个信号从低有效转换成高有效。

本发明可被部分地实现在包含用于在计算机系统上运行的计算机程序的非瞬态机器可读介质中，该程序至少包括代码部分，所述代码部分用于当在诸如计算机系统的可编程装置上运行时执行根据本发明的方法的步骤，或使能可编程装置以执行根据本发明的设备或系统的功能。

计算机处理典型地包括执行的(运行的)程序或程序的部分、当前程序值和状态信息，以及由操作系统使用来管理处理执行的资源。操作系统(OS)是管理计算机的资源的共享并为编程者提供用于访问那些资源的接口的软件。操作系统处理系统数据和用户输入，并以如下方式反应：分配和管理任务及内部系统资源，将其作为对用户和系统的程序的服务。

在前面的说明中，已经参考本发明的实施例的特定示例对本发明进行了描述。然而，很明显可以在其中进行各种修改和改变而不背离由所附的权利要求所限定的本发明的较宽的精神和范围。

本领域技术人员将认识到逻辑模块之间的界限仅仅是示意性的并且替代实施例可以合并逻辑模块或电路元件或对各种逻辑模块或电路元件进行交替的功能性分解。因此，应当理解在此描述的结构仅仅是示例性的，并且事实上能够实现获得相同功能性的很多其他结构。类似地，实现相同功能性的任伺组件设置都是有效“关联的”，从而实现所需功能性。因此，为了实现特定功能性而组合的任意两个组件可视为彼此“相关联”，从而实现所需功能性，而与结构或中间组件无关。同样地，任何这样相关联的两个组件也可视为彼此“可操作地相连接”或“可操作地相耦合”以实现所需功能性。

此外，本领域技术人员将认识到以上描述的操作之间的界限仅仅是示意性的。多个操作可组合成单个操作，单个操作可分布于附加的操作中，并且操作在时间上可至少部分重叠地执行。并且，替代实施例可包括特定操作的多个实例，并且在不同的其他实施例中操作的顺序可改变。

还例如，在一个实施例中，控制器202的所示例子可实现为位于单个集成电路上的或位于同一设备内的电路。可替换地，控制器202的模块可实现为以一种合适的方式彼此互联的任意数目的分离的集成电路或分离的设备。

在权利要求中，词语“包括”或“具有”并不排除存在不同于权利要求中所列出的元件或步骤。并且，在此使用的术语“一个”被定义为一个或多于一个。而且，权利要求中例如“至少一个”和“一个或多个”的引导词的使用不应解释为暗示由不定冠词“一个”引导的另一权利要求元素将包含这样引入的权利要求元素的任伺特定权利要求限定为仅包含一个这祥元素的发明，即使当相同的权利要求包括引导词“一个或多个”或“至少一个”和例如“一个”的不定冠词时也是如此。定冠词的使用同理。除非另有申明，否则诸如“第一”和“第二”的术语用于任意区分这样的术语所描述的元素。因此，这些术语不必意图指示这些元素的时间或其他先后顺序。某些手段在相互不同的权利要求记载的简单事实并不指示这些手段的组合无法被使用以获得好处。

Claims (8)

1.一种用于持久性显示设备的控制器，所述持久性显示设备在面板上显示图像，该控制器包括：

中央处理单元CPU，用于在更新缓冲器中提供新像素状态数据、在工作缓冲器中提供当前像素状态数据以及提供当前操作参数；

存储器，用于存储与根据不同的操作参数、像素从所有像素状态到所有其他像素状态的不同转换相对应的波形数据总表；

硬件查找表LUT模块，用于接收包含新像素状态数据、当前像素状态数据和索引的LUT输入值，由CPU分配所述索引以识别对于面板中像素位置的相应组的多个并行的更新请求，并且其中LUT模块具有LUT表存储器空间和LUT输出存储器空间，所述LUT表存储器空间用于存储映射值，所述映射值为在运行时根据更新请求的操作参数从总波形表中产生的波形数据段，所述LUT输出存储器空间用于从LUT表存储器空间接收与更新请求相对应的波形数据段；

单指令多数据SIMD模块，用于变换来自LUT输出存储器空间的波形数据段，并将变换的波形数据放置在相应的帧扫描缓冲器中；以及

接口，用于接收用于显示设备的变换的波形数据，以更新在面板上显示的图像；

其中SIMD模块将LUT输出存储器空间中的数据变换为与用于更新请求的LUT输入值对应的波形数据的格式，并将变换的数据写入相应的帧扫描缓冲器中。

2.如权利要求1所述的控制器，其中CPU提供的当前操作参数包括对于并发更新共同的操作温度以及对于单个更新的相应更新模式和波形模式，并且其中所述参数与帧计数组合以构造写到硬件LUT模块的LUT表存储器空间中的映射值，其中帧计数随着更新过程的进行而增加。

3.如权利要求1所述的控制器，其中硬件LUT模块是像素处理器。

4.如权利要求1所述的控制器，其中CPU提供新像素状态数据、当前像素状态数据并向硬件LUT模块分配当前更新的索引。

5.如权利要求4所述的控制器，其中新像素状态数据首先被写入包含当前像素状态数据和索引的工作缓冲器，并且硬件LUT模块随后通过直接存储器访问DMA从工作缓冲器接收该数据，根据LUT输入值从LUT表存储器空间查找映射值，并通过DMA将它们放置到LUT输出存储器空间中。

6.一种显示系统，包括持久性显示设备和根据权利要求1所述的控制器。

7.一种更新在持久性显示设备的面板上显示的图像的方法，该方法包括：

中央处理单元CPU在更新缓冲器中提供新像素状态数据、在工作缓冲器中提供当前像素状态数据以及提供当前操作参数；

在存储器中提供与根据不同的操作参数、像素从所有像素状态到所有其他像素状态的不同转换相对应的波形数据总表；

在硬件查找表LUT模块中接收包含新像素状态数据、当前像素状态数据和索引的LUT输入值，由CPU分配所述索引以识别对于面板中的像素位置的相应组的多个并行的更新请求，在LUT表存储器空间中存储映射值，所述映射值为在运行时根据每个更新请求的操作参数从总波形表中产生的波形数据段，并且在LUT输出存储器空间中从LUT输出存储器空间中的LUT表存储器空间接收与更新请求相对应的波形数据段；

单指令多数据SIMD模块变换来自LUT输出存储器空间的波形数据段，并将变换的波形数据放置在相应的帧扫描缓冲器中；以及

在接口中接收用于显示设备的变换的波形数据，以更新在面板上显示的图像；

其中SIMD模块将LUT输出存储器空间中的数据变换为与用于更新请求的LUT输入值对应的波形数据的格式，并将变换的数据写入到相应的帧扫描缓冲器中。

8.如权利要求7所述的方法，其中CPU提供的当前操作参数包括对于并发更新共同的操作温度以及对于单个更新的相应更新模式和波形模式，并且其中这些参数与帧计数组合以构造写入到硬件LUT模块的LUT表存储器空间中的映射值，帧计数随着更新过程的进行而增加。