Sticky Note Design using E-ink screen with Nios II soft processor

Abstract

Low power consumption and customizable interfaces are critically important for modern portable electronic devices and IoT applications. E-Ink (Electronic Ink) screens offer energy efficiency in this domain, while FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) provide high flexibility and parallel processing capabilities at the hardware level. This study aims to design a sticky note system using FPGA-based E-Ink screen hardware by combining the advantages of these two technologies. Control of the Good Display GDEY042T81 model 4.2-inch E-Ink screen was achieved using a Nios II embedded processor core integrated via the Qsys tool and a specially configured SPI (Serial Peripheral Interface) peripheral on an Altera DE2-70 development board. It has been experimentally verified that the developed system can successfully display texts of different sizes and basic geometric shapes on the E-Ink screen. This work demonstrates that FPGA platforms can be effectively used for E-Ink screen control and offers the potential for a flexible infrastructure for applications requiring energy-efficient, highly customizable display solutions (e.g., electronic shelf labels, wearable technologies).

Keywords

• FPGA
• E-Ink
• Gömülü Sistem
• SPI
• NIOS II

Nios II soft işlemcili E-mürekkep ekran kullanan Yapışkan Not Tasarımı

Abstract

Düşük güç tüketimi ve özelleştirilebilir arayüzler, modern taşınabilir elektronik cihazlar ve IoT uygulamaları için kritik öneme sahiptir. E-Ink (Elektronik Mürekkep) ekranlar bu alanda enerji verimliliği sunarken, FPGA'ler (Alan Programlanabilir Kapı Dizileri) donanım seviyesinde yüksek esneklik ve paralel işleme yetenekleri sağlamaktadır. Bu çalışma, bu iki teknolojinin avantajlarını birleştirerek FPGA tabanlı bir E-Ink ekran donanımını kullanarak yapışkan not sistemi tasarımını amaçlamaktadır. Altera DE2-70 geliştirme kartı üzerinde, Qsys aracı ile entegre edilen bir Nios II gömülü işlemci çekirdeği ve özel olarak yapılandırılmış SPI (Serial Peripheral Interface) çevre birimi kullanılarak, Good Display GDEY042T81 model 4.2 inç E-Ink ekranın kontrolü sağlanmıştır. Geliştirilen sistemin, E-Ink ekran üzerinde farklı boyutlarda metinleri ve temel geometrik şekilleri başarıyla görüntüleyebildiği deneysel olarak doğrulanmıştır. Bu çalışma, FPGA platformlarının E-Ink ekran kontrolünde etkin bir şekilde kullanılabileceğini göstermekte ve enerji verimli, yüksek oranda özelleştirilebilir ekran çözümleri gerektiren uygulamalar (örneğin, elektronik raf etiketleri, giyilebilir teknolojiler) için esnek bir altyapı potansiyeli sunmaktadır.

Keywords

• FPGA
• E-Ink
• Gömülü Sistem
• SPI
• NIOS II

References

1. [1] Y. Chen, J. Au, P. Kazlas, A. Ritenour, H. Gates, and M. McCreary, "Electronic paper: Flexible active-matrix electronic ink display," Nature, vol. 423, no. 6936, p. 136, May 2003.
2. [2] J. Rose, I. Kuon, and R. Tessier, "FPGA architecture: Survey and challenges," Foundations and Trends® in Electronic Design Automation, vol. 2, no. 2, pp. 135–253, 2008.
3. [3] O. Postolache, P. S. Girão, and J. M. Pereira, "Real-time sensing channel modelling based on an FPGA and real-time controller," in Proc. IEEE Instrum. Meas. Technol. Conf. (IMTC), 2006, pp. 557–562.
4. [4] C. Z. Myint, L. Gopal, and Y. L. Aung, "WSN-based Reconfigurable Water Quality Monitoring System in IoT Environment," in 2017 14th International Conference on Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology (ECTI-CON), 2017, pp. 741–744.
5. [5] L. Senn, E. Senn, and C. Samoyeau, "Modelling the power and energy consumption of NIOS II softcores on FPGA," in 2012 IEEE International Conference on Cluster Computing Workshops, 2012, pp. 179–183.
6. [6] D. Sánchez de Rivera, R. Alcarria, D. Martín de Andres, B. Bordel, and T. Robles, "An autonomous information device with e-paper display for personal environments," in Proc. 2016 IEEE Int. Conf. Consumer Electron. (ICCE), Jan. 2016, pp. 139–140.
7. [7] C. Szabó, K. T. Antal, L. Z. Bartus, and K. Simon, "Energy-efficient timetable display for meeting rooms using e-paper technology and low-powered microcontrollers," in Proc. SISY 2023 IEEE 21st Int. Symp. Intell. Syst. Informatics, Sep. 2023, pp. 409–414.
8. [8] A. Kamran, "Embedded System Design for Pill Boxes with The Low Power Electronic Paper Display," Master's thesis, School Inf. Commun. Technol., KTH Royal Inst. Technol., Stockholm, Sweden, 2017.

9. [9] Terasic Technologies, DE2-70 User Manual, 2008.
10. [10] Good Display, GDEY042T81, Datasheet, 2023.