嵌入式指紋處理系統(tǒng)模塊電路設(shè)計(jì)

　　人體的指紋由于具有長(zhǎng)期不變性、穩(wěn)定性和難于偽造等特點(diǎn)，已經(jīng)成為現(xiàn)代生物識(shí)別技術(shù)的首選， 自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)（AFIS）是指集指紋圖像的采集、識(shí)別并給出身份驗(yàn)證結(jié)果為一體的軟硬件相結(jié)合的系統(tǒng)。目前，自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)可以分為兩類：一類是用專門的硬件設(shè)備來(lái)采集指紋圖像，然后將采集到的圖像傳送給上位機(jī)，利用上位機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算能力和海量的指紋特征庫(kù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)指紋的識(shí)別。一類是將指紋的采集與識(shí)別在一個(gè)嵌入式系統(tǒng)中完成，這類系統(tǒng)通常是用DSP這類具有高速運(yùn)算能力的器件來(lái)構(gòu)建。由于嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)存在價(jià)格低廉、使用靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的重視。

　　采用了MBF200的MCU模式獲取指紋圖像。它與DSP和CPLD的硬件連接如下：傳感器的8位數(shù)據(jù)線直接與TMS320VC5402 的低8位數(shù)據(jù)線相連，讀寫信號(hào)線由EPM3032AE控制，通過(guò)編程可將采集到的指紋圖像數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)到SRAM 四頁(yè)中的任意一頁(yè)或兩頁(yè)中， 由于SRAM 每頁(yè)最多只能提供48KW 的數(shù)據(jù)空間，為了后續(xù)編寫指紋識(shí)別程序的方便，編寫程序設(shè)置MBF200的寄存器將采集圖像數(shù)據(jù)控制在48KB以內(nèi)，本文所采集的指紋圖像像素為 220×220，存于SRAM的第一頁(yè)。另外，需要注意的是MBF200的兩種起振方式：采用內(nèi)部多諧振蕩器起振，將MBF200的FSET 管腳通過(guò)者外接晶體振蕩電路，使用外部時(shí)鐘時(shí)通過(guò)XTAL1．XTAL2連接晶體電路來(lái)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。本文通過(guò)設(shè)置MBF200寄存器CTRLB的 XTALSEL位為低采用第一種起振方式。指紋采集部分的硬件連接如圖2所示。

　　圖2 指紋采集部分硬件連接圖　　USB接口擴(kuò)展電路模塊

　　考慮到模塊板可能需要外掛海量存儲(chǔ)器存儲(chǔ)指紋模版及與PC機(jī)等上位機(jī)進(jìn)行通信，采用CH375擴(kuò)展了系統(tǒng)的USB接口，它是一個(gè)USB總線的通用設(shè)備接口芯片，無(wú)需用戶編寫驅(qū)動(dòng)程序，CH375以C語(yǔ)言子程序庫(kù)提供了USB存儲(chǔ)設(shè)備的文件級(jí)接口，這些應(yīng)用層接ISIAPI包含了常用的文件級(jí)操作，可以方便移植并嵌入到各種常用的單片機(jī)程序中，這樣對(duì)USB 設(shè)備的通信就幾乎和訪問(wèn)本地硬盤一樣。它具有8位數(shù)據(jù)總線（D0-D7）、讀（/RD）、寫（/WR）、片選控制線（/CS）以及中斷輸出（/INT），可以方便地與TMS320VC5402進(jìn)行連接。另外CH375有一個(gè)地址線A0，它占用兩個(gè)地址位，當(dāng)A0引腳為高電平時(shí)選擇命令端口，可以寫入命令; 當(dāng)A0引腳為低電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)端口，可以讀寫數(shù)據(jù)，其硬件連接如圖3所示。

　　圖3 USB擴(kuò)展硬件連接圖

　　對(duì)于嵌入式指紋處理模塊硬件的構(gòu)建，考慮到整個(gè)模塊所需實(shí)現(xiàn)的功能、成本和處理速度的要求，選用TI公司生產(chǎn)的DSP處理器TMS320VC5402作為整個(gè)模塊的核心處理芯片，它是TI公司推出的一款性價(jià)比極高的DSP處理器，其內(nèi)部包括4KW 的ROM，16KW 片內(nèi)DARAM，2個(gè)定時(shí)器，4個(gè)外部中斷，外部程序空間可擴(kuò)展到1MW，并且它可工作在3種低功耗方式（IDLE1，IDLE2，IDLE3），能較好的滿足本模塊需要。指紋圖像采集芯片選擇FUJITSU公司推出的新一代固態(tài)指紋傳感器MBF200。它是一款專為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高性能、低功耗的電容指紋傳感器。