如何打造一个牛逼的打印机

# 如何打造一台**了不起的打印机** · 尼尚特·乔希 来源：https://nishantjosh.dev/blogs/how-to-build-a-fking-printer/ 我本打算组装一台电子墨水屏设备，偶然在网上发现了 Xteink X3。仔细阅读产品说明后，发现它竟然支持完全编程控制。 我立马心动了。 设备到手后，我很喜欢它纤薄的外观，握在手里也很有质感。我开始在 CrossPoint 固件里添加各种功能：定制开机动画、摇晃阅读器就能掷出的骰子、为旧金山技术交流会准备的 LinkedIn 二维码。 但向设备传输内容的过程很繁琐——必须连接它的热点，然后在浏览器里打开专用上传页面。 真够难受的。 在寻找更便捷传输方式时，我突然想到：既然它长得像纸，就应该像纸一样使用。 我应该能直接在上面打印东西。 **Xteink X3 正在显示一幅打印机的黑白素描** ## 什么是真正的打印机？ 我希望能从 MacBook 上打开文件，点击“打印”，然后选择 Xteink 设备。这意味着我需要弄清楚计算机在打印端期望获得什么。 最终我研究了 **Internet 打印协议**（https://www.pwg.org/ipp/ippguide.html），简称 IPP。该协议允许计算机向打印机查询支持的功能、提交文档，并跟踪任务状态。所有通信都基于 HTTP 协议进行。例如`Get\-Printer\-Attributes`用于查询设备能力；`Print\-Job`则负责发送打印任务。 我声明了单色输出、300 dpi 分辨率、单份打印和单面打印。对于文档格式，支持 Apple 光栅和 PWG 光栅格式，这意味着 Mac 需要先将文档转换为像素数据再发送。`penguin`程序会负责将结果缩放至适合屏幕显示。 我声明了 A5 和 Letter 两种纸张尺寸，媒体类型设为`stationery`（信纸），并定义了名为`face\-up`（正面朝上）的输出纸盒。 我给它取名`penguin`——这个颜色搭配很合适。 使用 Bonjour 服务广播了一个名为`\_ipp\.\_tcp`的服务。广播信息中包含了我支持的文档格式以及打印任务应发送的地址。 为了在 macOS 上实现免驱动发现，我还必须添加`\_universal`子类型（https://github.com/NishantJoshi00/crosspoint-reader/blob/f137b35327db4f685ed2803558d74216975031c8/src/activities/printer/PrinterActivity.cpp#L228）。这意味着需要直接调用 ESP\-IDF 的 mDNS API，因为 Arduino 封装层并未暴露该接口。 让计算机能够发送页面内容只是完成了一半工作，我还需要在这个小设备上接收并处理这些数据。 ## 页面内容该往哪放？ 一张 300 dpi 的 Letter 尺寸页面包含 2550×3300 像素。按每灰度像素 1 字节计算，未压缩数据约 8.4 MB。 而 X3 只有 400 KB 内存，其中 16 KB 被预留为缓存（https://documentation.espressif.com/esp32-c3_datasheet_en.html）。我需要同时运行 Wi\-Fi、打印服务器，并想办法接收整个该死的页面数据。 在 Wi\-Fi 运行并分配打印机页面图像内存后，堆空间仅剩 6.8 KB。 我想起 Linux 的`mmap`机制（https://man7.org/linux/man-pages/man2/mmap.2.html）。能否在 SD 卡上实现类似功能来扩展可用内存？但 C3 的内存映射仅支持闪存，不支持 SD 卡文件。 不过等等……我能否将显示屏作为存储介质？ 如果我将传入的页面通过转换管道处理，并直接将结果写入显示屏会怎样？解码像素数据，缩放至合适尺寸，抖动处理为黑白二值图像。每处理完一行就立即写入显示屏对应位置并重用工作区，如此循环直到整个页面完成。 显示屏本身已有保留用于屏幕图像的内存区域，我可以在页面传入时直接在该区域构建图像。在此之前，我曾为了复制图像而额外创建一整套第二图像。 我的解码器原本就按行处理数据，于是我调整了缩放器使其也能输出完整行数据（https://github.com/NishantJoshi00/crosspoint-reader/commit/cbefbd6d9596a5bbe831e32742e88172b7a63e0b），并将这些行直接写入显示屏的图像内存区域。最初我让页面像打印机出纸一样逐条显示，但由于每次中间刷新都需要约半秒，我最终改为一次性呈现完整页面。 完成的页面会被保存为 BMP 格式存储在 SD 卡上，使用现有的截图保存功能（https://github.com/NishantJoshi00/crosspoint-reader/blob/f137b35327db4f685ed2803558d74216975031c8/src/util/ScreenshotUtil.cpp#L151）。 **图像缓冲区内存变化** - 芯片总内存 400 KB - 改造前占用 ~113 KB - 改造后占用 ~62 KB 这样就为网络栈的 socket 缓冲区腾出了空间。 ## 预览窗口里出现的企鹅 不知为何，我的 MacBook 上存着一张《无职转生》的漫画示例图片。我用预览程序打开它，准备打印。 在打印机列表里，我看到了`penguin`！ 我靠！ 选择它并打印。漫画页面在 Xteink 上显示效果极佳。我记得画面大约 1 秒就完整呈现，现在它还显示在设备上。 **印刷在 Xteink X3 上的漫画页面，设备搁在一台闭合的 MacBook 上** 我花了一整个晚上才完成首次成功打印。 打印服务器直接运行在阅读器本身。它既可以连接现有 Wi\-Fi 网络，也能创建名为`literate\-penguin`（识字企鹅）的热点。 我的企鹅现在能“阅读”了。 所有代码都在我的 CrossPoint 仓库分支（https://github.com/NishantJoshi00/crosspoint-reader）中，包括完整的**打印机实现模块**（https://github.com/NishantJoshi00/crosspoint-reader/tree/f137b35327db4f685ed2803558d74216975031c8/src/network/ipp）。 已打印的文件会保存在 SD 卡中，我可以随时在阅读器上浏览它们——毕竟我的打印机也需要“纸盒”，而那正是一个文件夹。