本文旨在从硬件和软件角度出发，讨论实现电子阅读器的选项和与挑战。在谈论如何设计电子阅读器之前，首先将概述其为何引起如此关注，然后介绍定义电子阅读器的背景以及令其有别于其它设备的方方面面。

　　概述

　　电子阅读器不是一个新概念。过去10年，不同的企业提供了各种电子书/电子阅读器产品。当前市场的特殊之处在于它所经历的增长情况。AmazonKindle系列、索尼PRS系列以及Barnes&NobleNook等产品都已取得商业上的成功，远超过了以前的产品。它们获得成功的原因很多，但有一点是相同的，即高质量的产品加上易于接入内容的特点为用户带来了便利。而决定进一步增长的因素则是降低成本的能力，因为许多消费者调查结果显示：当电子阅读器的价格达到99美元时，其需求量将会出现大幅增长。

　　有几个方面使得现在的电子阅读器显得。一个方面是用例：阅读。在阅读时，用户可以长时间阅读同一屏幕。目前的电子阅读器技术利用该用例的优势，将电池寿命延长到数周而不是几天。

　　为了达到本文的目的，我们将把电子阅读器的显示定义为电泳成像显示(EPD)。事实并非如此，因为电子阅读器实际上可以是(平板电脑、智能电话等)用来阅读以及将来可能使用的多种不同显示器类型的多功能设备，只不过当前市场上的电子阅读器主要使用EPD显示，因此EPD技术成为本文讨论的重点。

　　EPD的优势之一在于它的双稳态特性，这意味着它能够保持一个图像而无需更新。这允许系统运作、关闭，以延长电池寿命。参见图1。目前，EPD屏幕的刷新率比LCD竞争产品低。正如我们要讨论的，系统设计人员在设计并部署电子阅读器软件时需要将此考虑在内。EPD的另一个优势在于它的反射性，这意味着它使用来自房间的环境光线进行显示。由于不需要背光，大幅延长了电池寿命。另外，有光或在室外时，该设备能够像其它书籍那样使用。

图1：EPD 显示不同状态下的功耗比较。

　　电子阅读器硬件设计

　　从框图的角度来看，电子阅读器设计看起来像带SOC 的许多其它便携式电子设备，如中央处理器、屏幕以及多个连接选项。参见图2，查看飞思卡尔电子阅读器系统解决方案的框图。选择电子阅读器时，应考虑下面这些选项。

图2：飞思卡尔电子阅读器系统解决方案。

　　连接

　　根据功能集和成本目标，连接可能包括下面的一个或多个选项：USB 设备、Wi-Fi 或3G 调制解调器。

　　USB 设备：通常用于内容、充电和更新软件。它几乎包括在目前的所有设备中，因为它是价格廉的连接选项。

　　Wi-Fi：这实现了通过USB 无线接入内容的便利。

　　3G 调制解调器：提供便利－连接，3G 调制解调器同时也是价格的。另外，它要求与载体配对才能运行。从系统设计的角度来看，3G 模块价格， 但同时大幅减少了工作以及基本功能的实施。

　　蓝牙：通过智能手机访问内容，可将蓝牙用来提供流媒体音频或进行网络共享。

　　传感器

　　目前，电子阅读器中的传感装置通常是触摸屏或加速计。

　　多种触摸屏技术可用于电子阅读器，包括电阻、电容、电感、声波触摸和光学式触摸。电子阅读器的EPD屏幕显示效果，对比度。由于这个缘故，任何要求覆盖的技术(如电阻触摸)都会降低对比度，潜在影响用户体验。声波触摸技术允许使用手指进行选择，不需要前覆盖；光学式触摸技术允许使用手指或手写笔，不需要覆盖。每种触摸技术都有自己的技术问题，属于各自领域的攻坚难点。应注意某些受欢迎的电子阅读器选择使用无触摸界面。而加速计则提供了一种自然方式，让用户从纵向模式转变为横向模式。

　　存储器

　　所有的电子阅读器都需要用于启动代码的系统RAM(DDR)以及其他类型的存储器(RAW NAND、eMMC等)。LPDDR2和mDDR通常用于RAM，限度实现电池的使用寿命。DDR2是用于低成本系统的选项，但是电池寿命较短。eMMC通常用于海量数据存储，而RAW NAND也可以作为一种选择。有时，SPI NOR也可以用来容纳对仅用于某种面板的信息。

　　音频

　　尽管并非所有的电子阅读器都要求提供音频功能，但是音频让用户能够聆听有声读物，听到单词的翻译(如果在学习一门新语言的话)或记录笔记。

　　键盘/控制杆/按钮

　　如果不使用触摸屏，那么电子阅读器必须包括切换页面或搜索文本和标题等功能。可以是键盘，控制屏幕键盘的控制杆和/或按钮。

　　屏幕要求

　　EPD屏幕需要一种特殊的控制器来驱动。该控制器对屏幕的更新要求以及如何关闭省电方面有独特的提法。标准LCD控制器不能与EPD面板配合使用。目前商用电子阅读器采用的EPD控制器几乎都是一种外部控制器。在下一代架构中，作为一种节省成本的措施，EPD控制器被集成到SOC中。集成式控制器的优点包括共享系统存储器以及大幅降低系统BOM。

　　EPD控制器可在硬件或软件中进行部署。硬件控制器提供性能和电源优势。性能由专用硬件模块提供，DMA可以直接通过存储器实现。省电功能通过EPD更新面板时SOC内核处于低功耗模式来实现的。

　　电源管理

　　SOC这样的产品必须提供功率管理，而对于任何常见的便携式设备则必须提供充电以及系统其它功能。此外，在EPD显示中需包括特殊的电源管理IC。EPD电源管理IC为面板的背板提供高双极电压。另外，常见的面板电源管理IC在板上集成了一个温度传感器。该传感器放在EPD上，这样SOC就能够监测到系统的温度差别，并进行必要的更改。

　　软件系统设计

　　在大多数系统中，电子阅读器的软件设计与硬件设计产生同样的影响。软件设计需要包括EPD自身的不同特点以及系统用例。它必须包含能增强阅读效果(包括字体缩放、字典和查找功能、不同文件类型的解码和渲染等)和方便使用(竞争对象是书籍)的功能。

　　基于本文目的，将对软件设计所做的平衡进行介绍。许多详细的部署是屏幕MFG所专有的。

　　开放式与关闭式系统

　　首先，快速定义：开放式系统允许对第三方程序进行，且在系统上使用的应用和数据不受制造商控制而由用户决定。PC就是简单的例子。相反，关闭式系统就是控制应用或数据能够加载什么。游戏系统(如：任天堂DS)就是这样的一个例子。在关闭式系统中，应用程序(游戏)可以提供，但MFG控制着使用什么应用程序以及如何加载这些应用程序。开放式系统具有灵活性，但容易出现不兼容问题；关闭式系统灵活性较差，但测试兼容性问题更容易些。

　　电子阅读器情况非常独特，因为迄今为止它一直是关闭式的，但是随着Android的快速发展，某些MFG希望它们能够更加开放。其结论(和决策)都是围绕希望与来自应用程序店的应用相兼容而展开的，风险则来自应用程序店的应用可能与设备不兼容。一个折衷方法是建立用户能够访问且已经过测试的应用程序的子集。从实质上讲这是一个关闭式系统，但给终用户提供了更大的灵活性。

　　In some closed systems only an application may be presented to the end user.在某些关闭式系统中，可能只向终用户展示一种应用。The user only sees that the device is used for certain functions and is not exposed to the OS.用户只能看到该设备用于某个功能，但是不暴露给OS。

　　驱动程序

　　无论使用什么操作系统，EPD控制器都需要一个驱动程序。这是连接到EPD控制器的软件接口，负责从帧缓冲器里获取信息，并通过控制器更新面板。该驱动程序必须能够感知屏幕上刷新较慢的情况，并能够处理可能出现的问题。例如－如果屏幕更新的情况是帧缓冲在正进行更新的同一物理区发生了改变，会发生什么？如上所述，具体的解决方案是专有的，但是系统设计人员应了解并要求驱动供应商解释可使用什么选项来解决这些问题。

　　操作系统与驱动程序

　　目前，电子阅读器能够运行Linux、Android和WinCE，因此任何操作系统都是电子阅读器的一种选项。只有动画、视频或需要高帧频的项目不能作为选项。EPD屏幕不能以与60Hz LD屏幕相同的方式进行更新，因此如果不删除高帧频项目，则会出现光畸变(optical distortion)。操作系统的显示框架构造必须能够在应用实现保真度和给定帧的更新之间进行权衡。

图3：不同应用程序的操作速度和灵活性。

　　对于关闭式系统，这不是问题，因为应用可以设计为选择合适的帧更新，同时还确保不发生动画或其它高帧频事件。如果暴露操作系统，则软件架构需确保操作系统GUI得到更新，以便事物能够通过简单方式显示，不需要动画(例如，当菜单显示或消失操作正常时滚动菜单可能不能正常显示)。

　　应用程序

　　应用程序是电子阅读器的专有属性的一部分，因为它将电子阅读器绑定到其内容上。从简单的意义上讲，电子阅读器可以设计为一种海量存储设备，用于从PC加载书籍，并提供菜单来打开内容。

　　在另一方面，应用程序可以是店面，只允许从一个位置加载内容。目前，有多个内容提供商，愿意通过Android应用程序或类似程序提供店面。

　　实际上，将两者合二为一(存储访问加公布共享文档)或许是方案。消费者希望他们能够访问的内容并进行消费。实际上，终他们喜欢的可能是出售内容所提供的便利性。

　　无论采用哪种方式，如果系统关闭，则可以将应用设计为符合EPD的较低帧频，而减少或取消对操作系统的修改。

　　内容

　　虽然通常来说内容不是系统设计文章的一部分，但是电子阅读器的成功实质在于设备与内容的联系。有很多公司生产的电子阅读器从技术方面看设计得非常出色，但却没有获得成功。这些失败例子表明了一个事实：内容策略应成为电子阅读器设计的一部分。

　　当书籍成为竞争对象时，内容的访问和必须简单，可以提供或通过商店提供。应考虑格式，因为消费者习惯与书籍保持一致性。扩展能力、在书中显示一致以及终易于使用等特点对成功的影响可能会大于连接。语言特性，如：词或字符查询、语言翻译等，可能会是消费者希望获得的便捷性。

　　飞思卡尔电子阅读器系统解决方案

　　如图2所示，飞思卡尔提供针对电子阅读器的综合解决方案，包括i.MX508SOC、MC13892电源管理IC、MMA76603轴加速计、MPR121电容式接近传感器、SGTL5000音频编解码器等。

　　i.MX508：基于ARMCortexA8的SOC提供性能、降低能耗并降低系统BOM。

　　灵活性：i.MX508通过简单更改面板和连接选项，便能够从值扩展到性能。系统其余部分则能够保持不变。

　　性能：在800MHzCortexA8内核的顶部，SOC在266MHz下支持LPDDR2存储器，提供一个集成的EPD控制器。硬件EPD控制器支持对等硬件视频带宽，以支持的下一代显示器。

　　电源：i.MX508硬件EPD控制器允许ARM内核在进行页面更新时进入低功耗模式，从而大幅节省电能。同时，还支持LPDDR2，以便将存储器功耗保持在极低水平。

　　系统成本：考虑到外部EPD控制器及关联存储器的成本,集成EPD控制器预计可以让BOM节省5-10美元。为了实现更低成本系统，则需要支持mDDR和DDR2。另外，两个USB端口与PHY的端口进行集成，不需要外部组件。EPD控制器不需要胶合逻辑来直接驱动EPD。

　　MC13892:集成的电源管理IC包括驱动i.MX508所需的轨道以及用于锂离子电池的充电电路。它还包含一个电阻式触摸屏控制器。

　　MMA77660提供经济高效的三轴加速计。

　　MPR121电容式接近传感器允许在工业设计表面部署触摸“按钮”，不需要机械开关。

　　SGTL5000是一种音频编解码器，支持立体声输入和输出以及集成的耳机插孔。

　　总结

　　电子阅读器系统设计需要对屏幕要求以及如何它们应用硬件和软件设计具有了解。对于硬件，通常系统价格目标将决定连接选项。在软件方面，选择关闭式还是开放式系统将决定着屏幕调节是只在该应用程序中进行还是在整个系统中进行。无论终架构怎样，内容将是决定成功的一个组成部分，如果可能，在设计过程中应予以考虑。

　　飞思卡尔具有电子阅读器系统解决方案和经验，能够帮助客户进行生产。我们的硬件包括i.MX508SOC、MC13892电源管理IC、MMA76603轴加速计、MPR121电容式接近传感器、SGTL5000音频编解码器等。作为系统解决方案的一部分，我们还提供对Linux、Android和WinCE操作系统的支持。

　　i.MX508可以灵活地使用一个平台在多个层的产品间进行扩展，以用于目前的电子阅读器解决方案及其它设备，并提供高性能、低功耗和缩减系统成本等特点，帮助我们的客户在这个不断增长的市场空间取得成功。