基于ARM9的指紋識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

生物識(shí)別技術(shù)是利用人體固有的生理特性（如指紋、臉象、紅膜等）和行為特征（如筆跡、聲音、步態(tài)等）來(lái)進(jìn)行個(gè)人身份的鑒定。

　　生物識(shí)別技術(shù)比傳統(tǒng)的身份鑒定方法更具安全、保密和方便性。生物特征識(shí)別技術(shù)具有不易遺忘、防偽性能好、不易偽造或被盜、隨身“攜帶”和隨時(shí)隨地可用等優(yōu)點(diǎn)。

　　生物識(shí)別的工作原理是利用生物識(shí)別設(shè)備對(duì)生物特征進(jìn)行取樣，提取其唯一的特征并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字代碼，并進(jìn)一步將這些代碼組成特征模板，人們同識(shí)別設(shè)備交互進(jìn)行身份認(rèn)證時(shí)，識(shí)別設(shè)備獲取其特征并與數(shù)據(jù)庫(kù)中的特征模板進(jìn)行比對(duì)，以確定是否匹配，從而決定接受或拒絕該人。而在眾多的用于身份驗(yàn)證的生物識(shí)別技術(shù)中，指紋識(shí)別技術(shù)是目前最方便、可靠、非侵害和價(jià)格便宜的解決方案。

　　指紋作為人體中最明顯的外表特征，具有獨(dú)一無(wú)二、普遍性、唯一性、易于采集等優(yōu)點(diǎn)。指紋鑒定技術(shù)利用人類(lèi)指紋穩(wěn)定性和獨(dú)特性的生理特征，將其作為人們的一種“活的身份證”，并且指紋具有不可替代性，使通過(guò)指紋進(jìn)行身份鑒定的安全性大大提高，且隨著圖像處理模式識(shí)別方法的發(fā)展和指紋傳感器技術(shù)的日臻成熟，指紋鑒定方法在金融、公安、門(mén)禁、戶(hù)籍管理等領(lǐng)域都有著良好的應(yīng)用前景。指紋的采集相對(duì)容易；指紋的識(shí)別算法已經(jīng)較為成熟。由于指紋識(shí)別具有掃描指紋的速度快、方便、小型化等優(yōu)點(diǎn)，指紋識(shí)別技術(shù)已經(jīng)逐漸進(jìn)入民用市場(chǎng)，并應(yīng)用到許多嵌入式設(shè)備中，但是如何提高指紋識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別率和穩(wěn)定性，降低成本以及擴(kuò)展穩(wěn)定性和節(jié)點(diǎn)分布，存在著一系列技術(shù)難題。

　　因此，本文研究了以?xún)?nèi)含arm核的微處理器AT91SAM7X256為核心，外部擴(kuò)展指紋傳感器MBF200構(gòu)成指紋識(shí)別服務(wù)器硬件；系統(tǒng)軟件移植實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ、文件系統(tǒng)、LwIP，應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別。該方法具有成本低、占用資源少、可擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)。

　　1 分布式指紋識(shí)別系統(tǒng)原理及硬件設(shè)計(jì)

　　指紋識(shí)別技術(shù)主要涉及4個(gè)功能模塊：讀取指紋圖像、提取特征、保存數(shù)據(jù)和比對(duì)。通過(guò)指紋讀取設(shè)備讀取到人體指紋的圖像，然后對(duì)原始圖像進(jìn)行初步處理，使之更清晰，再通過(guò)指紋辨識(shí)軟件建立指紋的特征數(shù)據(jù)。軟件從指紋上找到被稱(chēng)為“節(jié)點(diǎn)”（minuTIae）的數(shù)據(jù)點(diǎn)，即指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標(biāo)位置，這些點(diǎn)同時(shí)具有7種以上的唯一性特征。通常手指上平均具有70個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以這種方法會(huì)產(chǎn)生大約500個(gè)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)，通常稱(chēng)為模板。通過(guò)計(jì)算機(jī)模糊比較的方法。把兩個(gè)指紋的模板進(jìn)行比較，計(jì)算出它們的相似程度，最終得到兩個(gè)指紋的匹配結(jié)果。

　　硬件電路的實(shí)現(xiàn)以微處理器AT91SAM7X256為核心，外圍電路主要包括指紋識(shí)別模塊MBF200、以太網(wǎng)物理層（PHY）收發(fā)器RTL8201BL，大容量的數(shù)據(jù)FlashAT45DBl61D、硬件日歷時(shí)鐘器件DSl302，電源電路、復(fù)位和時(shí)鐘電路，如圖1所示。

　　1．1 AT91SAM7X256器件及MBF200模塊應(yīng)用

　　AT91SAM7X256是ATMEL公司推出的基于32位arm7TDMI的微處理器。它在一塊芯片上還集成了256 kh的片內(nèi)Flash和64 kb的SRAM，無(wú)需外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器。其內(nèi)部還集成有USB2．0設(shè)備端口，以及豐富的片內(nèi)外設(shè)資源，功能強(qiáng)大。AT9lSAM7X256的復(fù)位控制器可以管理芯片的上電順序及整個(gè)系統(tǒng)。微控制器具備嵌入式10／100 Mb／s以太網(wǎng)（Ethernet）MAC、CAN、全速（12 Mb／s）USB2．0，針對(duì)廣泛的網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，其性能穩(wěn)定、功能強(qiáng)大，能夠廣泛應(yīng)用于協(xié)議轉(zhuǎn)換、通信、工業(yè)控制領(lǐng)域。應(yīng)用AT91SAM7X256開(kāi)發(fā)指紋識(shí)別系統(tǒng)可以有效控制成本。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)需要極強(qiáng)的穩(wěn)定性，但實(shí)驗(yàn)證明超過(guò)60％的總線帶寬使用率就會(huì)造成沖突。

　　MBF200是富士通公司推出的一款先進(jìn)的固態(tài)指紋傳感器，它除可自動(dòng)檢測(cè)指紋外，還帶有多種接口模式，為電容性傳感器，其電容性傳感器陣列由二維金屬電極組成，所有金屬電極充當(dāng)一個(gè)電容板，接觸的手指充當(dāng)?shù)?個(gè)電容板，器件表面的鈍化層作為兩板的絕緣層。當(dāng)手指觸摸傳感器表面時(shí)，指紋的高低不平就會(huì)在傳感器陣列上產(chǎn)生變化的電容，從而引起二維陣列上電壓的變化，并形成指紋傳感圖像。采用標(biāo)準(zhǔn)C13MS技術(shù)的電容性固態(tài)器件，具有500 dpi的分辨率，傳感器面積為1．28 cmxl．50 cm。具有自動(dòng)指紋檢測(cè)能力，內(nèi)含8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可提供3種總線接口形式。5 V工作電壓下的功耗小于70 mW。