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E-Inkを使ってみたい情報収集

yuseiitoyuseiito

E-Inkを使ったガジェットを思いついたので、人生初のE-Inkに挑戦してみることにする。
とりあえず情報を集めて、最終的にE-Inkの表示をやるボードの設計ができるまで行くのが目標。

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なんか基本日本で売ってるのはWaveShareのやつっぽい。

モジュールとして売られている E-Ink ディスプレイのほとんどが Waveshare Electronics という会社のものの様です
Raspberry Pi で電子インクディスプレイを制御する

確かにせんごくネット通販の検索結果とかは全部WaveShare.

Wiki が充実していて、ArduinoやらRaspberry Piやらの例が書いてある。

Raspi向けのハットとかモジュールの形式で売られているものと、Raw DisplayとしてFPCになっているものがある。

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今回は薄いガジェットを作りたいので、最終的にはRaw Displayを使いたい。
そんなわけで、以下を秋葉原の千石で買ってきた。

(一番左のやつは部屋にあった野生のArduino Nano.)

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表示は void Epd::Displayimage(const unsigned char *Image) ( at epd2in13d.cpp ) で実現している。

void setup()
{
    // put your setup code here, to run once:
    Serial.begin(9600);
    Serial.print("e-paper Init\n");
    epd.Init();
    Serial.print("e-paper Clear\n");
    epd.Clear();   // bit set = white, bit reset = black

    /**
     *  there are 2 memory areas embedded in the e-paper display
     *  and once the display is refreshed, the memory area will be auto-toggled,
     *  i.e. the next action of SetFrameMemory will set the other memory area
     *  therefore you have to set the frame memory and refresh the display twice.
     */
    Serial.print("Displayimage\n");
    epd.Displayimage(gImage_IMAGE);
    epd.Clear(); 
    epd.Sleep();
}

実装を見ると、たいへんよく似た void Epd::Display(const unsigned char *Image) というのもあるみたい。

違いは、Displayimage の方はpgm_read_byte を使っているが、Displayは使っていないことのみ

<             SendData(pgm_read_byte(&Image[i + j * Width]));
---
>             SendData(Image[i + j * Width]);

pgm_read_byte というのをよく知らなかったのだけれど、 デカい静的データのフラッシュメモリからSRAMへのコピーを、データを実際に使用する時まで遅延させる際に使うらしい。
出典: ArduinoでPROGMEMを使ってみる #マイコン - Qiita

imagedata.cppgImage_IMAGE[]const unsigned char gImage_IMAGE[] PROGMEM = {...}; のようにして定義されていて、 PROGMEM に保存されているので、サンプルではDisplayimage のほうを使っている模様。

SRAMの中でイメージバッファを構築して送信する場合は、Display を使えば良さそう。

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今度は独自の絵を描きたい! ということで、画像データを作るプログラムを作る。
基本的には、データシートにあるように、ピクセルをビットフラグで表してやればよい。


(出典: データシート p.14)

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時代はエーアイってやつらしいので、Google AI Studioで以下のようにpromptして作ってもらった。

Let's build an app that generates monochrome image data arrays. The output will be a C++-style array of 8-bit unsigned integers, packed from the top-left to the bottom-right, with one bit per pixel.

Requirements & Features:

- Built using HTML5, CSS, and JavaScript
- Uses a <canvas> element for the drawing area
- Adjustable canvas size
- Supports various stroke types and widths
- Includes a fill tool for coloring areas
-  Allows users to draw rectangles and circles with shape tools
-  Only supports black drawing—no color picker needed
- Supports loading PNG/JPEG images into the canvas
- Exports the drawn image as a C++ array

結構いいのができた!すごい!!
最近は本当にソフトウェアが粘土になっていて助かる。

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上のやつから、以下の点を修正した。

  • 縦横のサイズのデフォルトを、64x64から、私が買ったディスプレイのもの 212x104に合わせる
  • ピクセルを配列にする順番がおかしかったので、修正
    • width/heightの二重ループを逆にして、転置されるようにした
    • ディスプレイ側のpixelの順番は、下の絵の通りとみられる. これはHTML5のImagedataの順番とはずいぶん違うので、ややハマった (下図の右上を左上とするような向きでディスプレイを使う場合は、Imagedataと同様になる)
  • 色があるところに 1 , ないところに 0 かと思ったら、逆だったので修正

    (出典: 2.13inch e-Paper HAT (D) Manual - Waveshare Wiki )

できたコードは Codepen で動かせる状態で公開してある。

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表示テスト用に、212x104 pixelsのサイズの画像をAffinity Designerで作って、以下のような画像にエクスポートした。

そして、以下のようにLoad Image 機能で画像を読み込んで、C++のコードを生成。

Waveshareのデモの imagedata.cppを以下のように書き換える。

#include "imagedata.h"
#include <avr/pgmspace.h>


const unsigned char gImage_IMAGE[] PROGMEM = {
0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfe, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xdf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xdd, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xc0, 0x7f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x80, 0x3f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x80, 0x1f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfd, 0xdf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfc, 0xdf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfe, 0x3f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfb, 0xbf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfb, 0xbf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfb, 0xbf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfb, 0xbf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xbf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xcf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x80, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xe0, 0x1f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x9f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 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0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xef, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xef, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xef, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xe7, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x81, 0xdf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xe1, 0xdf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xf7, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xf7, 0xbf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xc0, 0x3f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x80, 0x7f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xf7, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xf8, 0x7f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xf8, 0x3f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x93, 0x1f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x97, 0xdf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x97, 0xff, 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すると以下のように表示できる。