ePaper

Hier meine Gedanken zu ePaper-Devices, wie diese aussehen soll.

Sony hat einen Prototypen

Sony verkauft einen Prototypen. Das Gerät ist schlecht designet und hinten und vorne katastrophal von der Ergonomie und hoffnungslos überteuert.

Deshalb hier die Notwendigkeiten die solch ein Device haben sollte. Der Preis dafür darf am Anfang ruhig in den 500 EUR-Regionen schweben, wenn die Ergonomie stimmt und die Anwendbarkeit, dann werde ich das Gerät kaufen.

Was nicht notwendig ist

  • Farbe: Ist zwar ein schönes Feature, aber die meisten Bücher sind auch nur Schwarz/Weiss. So lange die Auflösung unter der Farbe leidet, ist das ein KO-Kriterium für ein ePaper-Device.
  • Hintergrundsbeleuchtung: Wenn das Device auch bei schlechten Lichtverhältnissen (so wie Papier) gut ablesbar ist, ist eine fehlende Hintergrundsbeleuchtung kein Problem und kann ggf. per LED-Licht nachgerüstet werden. Allerdings wäre ein eingebautes "Not-LED-Licht" nicht schlecht, das muss nicht zwangsläufig weiß sein, sondern kann in einer günstigen Farbe, z. B. rot sein, was Vorteile im Nachteinsatz hat. Eine OLED-Folie ist da klar im Vorteil).

Unabdingbar notwendig

Dies sind Voraussetzungen, die ein Gerät, das diese Bedinungen nicht erfüllt, für mich unkaufbar machen:

  • Standardbatterien: Keine spezial-Akkus, sondern handeslübliche AA- oder AAA-Batterien.
  • Standardakkus: Man muss die Standardbatterien durch Standardakkus (NiMH, nicht notwendigerweise NiCD) ersetzen können. Diese müssen im Gerät ladbar sein. Dabei muss das Ladegerät eine hohe Güte aufweisen (Schnell-Ladung mit Erhaltungsladung, wesentlich besser als ein Linearlader).
  • Stromlos-Design: Ein physikalischer Ausschalter, der gegen unabsichtliches Einschalten gesichert werden kann (Bild bleibt erhalten!). Des weiteren sollte es ein "Soft-Off" enthalten, sprich nach dem Bildaufbau sofort in den 0-Power-Modus wechseln, und im Fall von der Nichtbenutzung mit Standard-Zink-Kohle-Batterien während Eingeblendeter Uhrzeit und Datum mindestens 1 Jahr verwendbar bleiben (das bedeutet noch mindestens 1 Tag lang durchhalten ohne Hintergrundsbeleuchtung). Selbst nach komplettem Stromausfall (Batterien raus, 10 Jahre liegen lassen, Batterien rein) muss es am Punkt des Verlassens sofort weiterarbeiten.
  • Betriebssystemunabhängig: Es muss von einem beliebigen Betriebssystem (darunter verstehe ich auch Windows Mobile oder ein Java OS!) mit Daten versorgt werden können (sofern das OS die Schnittstelle unterstützt die das Device hat).
  • USB-2: Client-Modus, vorzugsweise als Netzwerkadapter(!), und im USB-Modus muss es die Energie vom USB-Port beziehen, ohne Batterien(!) funktionieren, und ggf. die Akkus aufladen.
  • Ergonomisch: Stabil, leicht, dünn (nicht dicker als ein mitteldickes Buch) und schnell genug (von "aus" bis "Seite umgeschaltet" in etwa so schnell wie bei einem Buch das man in einer Hand hält und erst mit der anderen umblättern muss). Alle weiteren Funktionen (Kopieren) müssen mit guter aber nicht blitzartiger Geschwindigkeit ablaufen (1 MB/s ist zu langsam, 3 MB/s ist OK, 10 MB/s muss nicht sein).
  • Kratzfest: Versiegelte, gehärtete Obefläche des Displays, so dass man mit üblichen Gegenständen (Nagelschere) keine Kratzer ins Display bekommt (so lange man keine Gewalt verwendet sondern nur drauftippt oder langstreicht). Lotus-Effekt auf dem Display ist von Vorteil.
  • Aufhängbar: Es sollte wie ein Bild an die Wand hängbar sein, dazu braucht es an der Rückseite 8 kleine Vertiefungen (je Ecke und Mitte, so dass man es mit 1 bzw. 2 Nägel in jeder Lage aufhängen kann).
  • Drehbar: Es muss Hochkant und Quer verwendbar sein, in jeder Richtung. Dazu müssen die Tasten in jeder Lage problemlos erreichbar sein (das bedeutet vermutlich: Man braucht diese sowohl oben wie auch links, oder es wird tastenlos per Touchscreen gearbeitet).
  • Speicherkarte: MMC-Design mit zukunftssicheren 2 GB bis 16 GB. Es reicht ein Speicherkartenslot aus, zwei wären aber wünschenswert (Kopierfunktion!). Siehe aber "Wasserfest" weiter unten, der Steckslot für die MMC-Karte sollte öffenbar und die Kontakte (die wasserfest ins Innere führen) säuberbar sein. Das Gerät soll die MMC-Karte nicht vor dem Wasserangriff schützen, d. h. wenn die Karte kaputtgeht weil sie nicht wasserfest ist, dann ist das eben so.
  • Kopierfunktion: Es muss möglich sein, Daten vom inneren Speicher in die Speicherkarte (oder zwischen den Speicherkarten) zu bewegen ohne irgendwelche Hilfsmittel außen zu verwenden. Das gilt vor allem auch für die USB-Funktion!
  • Standard-Dateien: Das Gerät muss nativ XML, HTML, TXT, GIF und JPG und ggf. weitere Formate (PNG etc.) darstellen können. Ein Konvertiervorgang ist von Vorteil (schnelleres Rendering bei weniger Energieverbrauch), dieser muss aber zwingend intern ablaufen können und im Hintergrund (während man das Dokument schon liest werden weitere Seiten dargestellt). Die Geschwindigkeit kann "gemächlich" sein (10s pro Seite, 30s pro Grafik), das Format muss aber wieder Auslesbar sein um später eine schnellere Darstellung zu erhalten.
  • Sofort-An: Kein Boot, außer nach Firmware-Update oder Absturz. Auch dann kein Boot, wenn Strom über Jahre weg war (d. h. die Embedded-CPU holt sich den RAM-Status aus einem Quick-Flash-Bereich, ist dieser Korrupt wird Rebootet).
  • ROM-Firmware: Die Basis-Firmware muss im ROM sein, das erlaubt zu flashen, auch wenn der Flash-Inhalt Murx ist (passiert z. B. regelmäßig bei starken EM-Feldern wie bei einem Beinahe-Blitzeinschlag). Das ROM muss alle wichtigen Teile enthalten, so dass man (mit etwas BUGs) die vorhandenen (konvertierten!) Dateien ansehen kann. Komfortfunktionen (wie die Konvertierung) können fehlen, aber Speicherkarten müssen funktionieren. Der Boot-Vorgang soll 3 Möglichkeiten haben: 1. Boot ins ROM. 2. Boot vom Flash. 3. Flashen einer Firmware die sich auf der Speicherkarte findet, wobei sich auf der Speicherkarte mehr als eine Firmware befinden kann, man diese also auswählen kann! Den Boot muss man manuell auslösen können (Reset-Schalter im Batteriefach, unter wasserfester Folie, nur mit einer Büroklammer oder Kuli zu bedienen).

Extrem Wichtig

Dies sind die Designmerkmale, die erst einen höheren Preis als 100 EUR rechtfertigen:

  • Uhrzeitfunktion: Das Gerät sollte eine Uhr enthalten, die man auf dem Bildschirm dauerhaft darstellen kann. Die Uhr sollte effizient eingeblendet werden, d. h. mit einem ZK-Batteriesatz ca. 1,5 bis 2 Jahre dargestellt werden (kleine Digitalanzeige in einer Ecke). Die Uhr sollte über einen eigenen Akku (oder leicht tauschbare Lithium-Zelle die mindestens 5 Jahre hält) verfügen so dass sie im stromlosen Zustand weiterläuft. Das Gerät darf nicht neven, wenn die Uhr nicht stimmt (keine Uhrzeitabfrage beim Einschalten sondern nur dezenter Hinweis dass die Uhr nicht stimmt).
  • Watchdog: Geht das Kernel in den Wald wird die Kiste komplett elektronisch ausgeschaltet (getriggerter ROM-NMI), wobei der Quick-Flash invalidiert wird. Beim nächsten Einschalten findet so ein Boot statt.
  • Wasserfest: (bis in eine Tiefe von 1m) Alle Eingänge/Öffnungen des Geräts sollten gegen Eindringen von Wasser geschützt sein, so dass einfaches Abspülen unter dem Wasserhahn ausreicht um es zu säubern (ggf. muss man die Batterien rausnehmen, das Batteriefach muss nicht gegen Eindringen von Wasser geschützt sein, nur vom Batteriefach darf kein Wasser ins Innere gelangen können). So soll das Gerät einen Sturz in die Badewanne (mit Badeschaum) problemlos überstehen. Tauchfest (Wasserdruck jenseits 1m) muss es nicht wiederstehen, aber Spritzwasser (vorbeifahrendes Auto, Gartenschlauch, heftiger Regen) schon.
  • USB-Host: Das Gerät sollte über 2 USB-Ports verfügen, die wahlweise USB-Client als auch USB-Host darstellen können. Der USB-Host soll auf Knopfdruck vom Akku versorgt werden bzw. über die Daisy-Chain (siehe weiter unten). Die Umschaltung kann mechanisch realisiert werden da die Konfiguration fest erfolgt. Am USB sollte folgendes anbringbar sein:
    • IRDA/Seriell: Per IRDA-Stick einen IRDA-Push bzw. per serieller USB-Schnittstelle eine IRDA-Emulation
    • Tastatur/Barcode-Scanner: Per Tastaturprofil lässt sich ein Barcode-Scanner anschließen, der die angezeigten Seiten auswählt (Produktcode-Info-Terminal).
    • BlueTooth: Ein BT-Adapter der Objex-Push und Netzwerk-Profil unterstützt.
    • wLAN: Einbuchen in ein wLAN-Netz
    • Kamera/Drucker/Cardreader: Standard-Profile zum Übertragen von Daten
    • Externe Festplatten: Der USB-Port muss keine 3.5"-Platten mit Strom versorgen können, aber eine USB-Platte (bis 8 TB) sollte unterstützt werden.
    • Ethernet: Per PoE sollte das Gerät aufladbar sein und sich in ein Etherent-Environment (DHCP) einbinden. Siehe auch wLAN.
  • Titan/Magnesiumgehäuse: Plastik ist nicht besonders robust. Es sollte es mit einem Gehäuse aus Titan/Magnsium geben (Option!), so dass man damit durchaus einen Nagel in die Wand schlagen könnte (um es dann dran aufzuhängen). Ich meine das nicht zum Scherz! Das Display selber braucht nicht gepanzert zu sein, es sollte dafür einen "Reisedeckel" geben der es ausreichend vor spitzen Gegenständen (Schere im Koffer der per Gewalt geschlossen wird) schützt.
  • Dateiformate: HTML (eingeschränkt, etwas JavaScript und Formulare), PDF usw. per internem Konverter. Komplexe Formate (Word) müssen nicht intern unterstützt werden, sondern sollten per Druckemulation (PDF/PS, etc.) verwendbar sein.

Erwünscht

  • Hintergrundsbeleuchtung: Eine Mehrfarbige Beleuchtung, die unbedingt ein dunkles Rot erlaubt, so dass man es in der Nacht blendfrei verwenden kann. Weiß wäre ebenfalls (als Not-Umgebungslampe) von Vorteil, ist aber weniger wichtig als das Rot. Hier sollten OLED zum Einsatz kommen.
  • Solar-Betrieb: Per Umgebungslicht sollte der Akku "refresht" werden. Dazu kann man einen dieser Hoch-Kapazitäts-Kondensator verwenden, der durch das Streulicht an der Display-Folie (die für die Hintergrundsbeleuchtung) geladen wird und so das Gerät im Normalbetrieb (Seitenumblättern) versorgt und Refresh-Impulse an den Akku abgibt. Das Umblättern sollte somit auch ohne Akkus oder Batterien funktionieren, wenn nur genug Licht (Schreibtischlampe) vorhanden ist.
  • Daisy-Chain: Man soll die Geräte per USB zu einem Strang formen können (hunderte Geräte!), so dass eine(!) Stromversorgung ausreicht um alle zu steuern (man steuert immer nur ein Gerät auf einmal). Die Geräte sollen dabei Akkulos sein (interner Stützkondensator mit hoher Kapazität beachten). Das bedeutet, dass die Geräte nicht auf 5V sondern intern auf 3V basieren müssen (Widerstand durch die Länge der Kabel zu hoch). Im "Aus"-Zustand (Weiterleitung) darf ein Gerät deshalb max. 1mA ziehen und das "An"-Gerät max. 300mA. Die Idee dahinter sind einfache Info-Terminals, die periodisch andere Informationen anzeigen (z. B. Fahrplan), die man aber auch limitiert zur Interaktion nutzen kann. Dabei sind "Laufschriften" oder Bildwände denkbar.
  • Unterstützung üblicher Formate: VCARDs, Barcodes, SMB-Share im Netzwerk, usw.
  • Touchscreen: Statt Tasteneingabe ein Touchscreen. Es ist in Ordnung, wenn man eine Taste drücken muss bevor man den Touchscreen verwendet, damit dieser nicht permanent eingeschaltet ist (Energiesparen, Aus-Modus). Es reichen somit 4 Tasten, in jeder Ecke eine, die je nach Orientierung die Funktion "Vor, Zurück, Touchscreen, Licht/Aus" bekommen (dazu noch der arretierbare physikalische Ausschalter auf der Rückseite).
  • Browser: Es sollte ein Browser vorhanden sein, mit dem man über den Touchscreen und Bildschirmtastatur Texte eingeben oder einfache Zeichnungen (Skizzen) eingeben kann. Dieser Browser muss ein Standard-Format haben, so dass man ihn leicht Fernprogrammieren kann. HTML ist für diese Embedded-Devices vermutlich zu kompliziert, ein einfacheres Format (vorgerendert) wäre vermutlich sinnvoller.

Fazit

An sich sollte man das Gerät aus einem ASIC (mit einfachem ebmedded Prozessor), RAM, ROM, Flash, USB-Chipsatz, Cardreader (vielleicht schon im USB-Chipsatz), Uhr-Baustein (mit Watchdog), ePaper-Display, (O)LED-Folie und einer Touchscreen-Folie sowie einem guten Baustein für das Laden und Strommanagement und einem hochkapazitiven Kondensator günstig zusammenzimmern können. Es ist im Prinzip ein einfaches Display das nichts anderes macht, als "vorgerenderte" Daten auf den Bildschirm zu pinseln oder zwischen den einzelnen Einheiten Daten hin- und herzuschaufeln.

Dazu kommt etwas SRAM/Flash-Logik sowie ein cleveres Strommanagement das die meisten Teile einfach abschaltet. Der Rest ist an sich reine Mechanik sowie die Möglichkeit, ein Flash zu haben, das man updaten kann. Mit dem SDK kann man dann nach und nach die notwendigen Plugins fürs Rendern, Eingabe, USB-Host-Funktion etc. nachrüsten (muss nicht alles von Anfang an dabei sein), d. h. man kann die Treiber dann "nachreichen".

Der Witz ist, ich würde mir zutrauen, das gesamte elektronische und mechanische Design zu machen, hätte ich nur das Material und die Zeit dazu. Der Aufwand dafür wäre schätzungsweise 2 Mannjahre, sprich die gesamten Entwicklungskosten liegen bei ca. 1/2 Million EUR (wenn die Infrastruktur für ASIC-Entwicklung entsprechend vorhanden ist und genutzt werden kann). Dazu muss man wissen: Ich bin eigentlich Admin/Programmierer und nur Hobbyelektroniker. Aber ich habe schon in entsprechenden Entwicklungsabteilungen gearbeitet, inkl. Prototypenentwicklung.

Bei nur 50 EUR Gewinn pro abgesetztem Gerät (Zielpreis für die Edelversion 300 EUR) sind die Entwicklungskosten innerhalb von 10000 angesetzten Geräten schon wieder drinnen. Leute, das ist ein Witz!

Und warum wird es das trotzdem noch lange nicht geben?

Weil kleine Firmen dafür nicht an das Patent für ePaper rankommen, so lange große Firmen wie Sony damit noch nicht den Rachen voll bekommen haben. Sprich: Man kann das nicht entwickeln, weil man an das Display nur zu horrenden Kosten herankommt. Damit sind 300 EUR nicht machbar (150 EUR davon habe ich für das Display angesetzt).

Außedem werden die Entwicklungskosten, aufgrund von Zeit- und sonstigem Druck, sicher auf 2 Mio EUR steigen. Das bedeutet, man braucht ein Startup, das eine fundamentale Geldspritze hätte. Außerdem denke ich, solch eine Firma sollte in Asien, z. B. Taiwan oder Korea, angesiedelt sein und nicht in Deutschland. Die haben dort nämlich die notwendige Infrastruktur und die Fachkräfte. Also nix für mich da drinnen. ;)

Wichtig

Nochmals zur Klarstellung:

Dem Gerät werden alle "Features" entzogen die es nicht braucht. Es bekommt keine Kamera, kein Mikrofon, keine Tastatur, kein Bluetooth und keinen sonstigen Firlefanz, es konzentriert sich vollständig auf das portable Anzeigen von Daten. Diesen Teil implementiert es dafür komplett schwere- und kompromisslos, eben "batterieloser" Betrieb (an USB bzw. bei genug Licht), USB-Host damit man nachrüsten kann, Speicherkartenleser (zur direkten Erweiterung des inneren Speichers den man so sehr knapp und günstig ausführen kann), leichtes wiederholtes Flashen ohne Gefahren, und Wasserfestigkeit und extremstes Strommanagement (Betrieb bei unter 2W Spitzenverbrauch bei Displayverarbeitung).

Der Rest ergibt sich dann von selber. Natürlich braucht es mehr Strom wenn es per USB ein angeschlossenes Gerät versorgt. Aber das soll eben nie der Normalfall sein und die USB-Geräte werden nur versorgt, wenn es nicht anders geht (Einlesen von Daten in den internen Cache, danach lange Zeit nix mehr).

Dadurch entsteht dann auch die Möglichkeit der Daisy-Chain, des Anschlusses vom Cardreader, Festplatten, Betrieb an beliebigen Betriebssystemen und der "Rende-Konverter" für das Gerät. Alles sind dann reine Softwareoptionen, die man später implementieren kann. Da das Gerät derart schwerelos ist, kann man das SDK freigeben und somit die Community selber entwickeln lassen - deswegen auch das so einfach gehaltene ROM darinnen.

Und weil jeder Depp dann mit dem Gerät leicht umgehen kann (man muss nur den Reset-Knopf erwähnen) ist es auch mit dem Support so einfach. Ggf. schickt man eine Speicherkarte zu oder lässt es die Leute vom Internet downloaden. Ansonsten hat das Teil nix, was kaputtgehen kann - außer man schießt mit brachialer Gewalt ein Loch rein.

So müssen Geräte konstruiert sein.

Und die "Features" vom Gerät erschöpfen sich in:

  • Touchscreen oder nicht
  • Gehäuse aus Plasstik oder Metall
  • Wasserfest oder nicht (hängt vielleicht vom Gehäuse ab)
  • Farbe vom Gehäuse
  • Internem Speicher-Flash-Speicher (32 MB, 64 MB, 256 MB, 1 GB)
  • Größe des Display
Übrigens braucht es ca. 1 MB ROM, 8 MB Firware-Flash und ca. 128 KB(!) SRAM (das kann aus 2 Banks a 64 MB bestehen). Das ROM ist nur so groß, damit es neben den Boot/Watchdog/Flash-Routinen ein (komprimiertes) Basis-Firmware-Flash-Image enthalten kann.

Übrigens kann es durchaus sein, dass es von Anfang an BlueTooth hat. Es gibt inzwischen hochintegrierte Bluetooth-Chipsätze, die sehr leistungsfähige und stromsparende Prozessoren enthalten (oft sogar mit USB-Funktion), die zudem sehr günstig sind. Ich habe keine genaue Übersicht, bin aber fast sicher, da findet sich einer, der reicht schon vollständig für so ein Gerät aus.

Der Haupt-ROM-Anteil ist dann zwar per I2C ausgelagert und der interne Flash ebenfalls, aber was soll's. Wichtig ist der schnelle Firmware-Flash (evtl. gebankt) und der RAM (evtl. gebankt), denn es müssen einiges an Daten bewegt werden. Ansonsten reicht eigentlich ein 8-Bit-Prozessor aus (er muss allerdings mit 30 MHz laufen, damit er die 3 MB/s beim Datentransfer hinbekommt).

-Tino, 2006-01-05