嵌入式指紋處理系統模塊電路設計

　　人體的指紋由于具有長期不變性、穩定性和難于偽造等特點，已經成為現代生物識別技術的首選， 自動指紋識別系統（AFIS）是指集指紋圖像的采集、識別并給出身份驗證結果為一體的軟硬件相結合的系統。目前，自動指紋識別系統可以分為兩類：一類是用專門的硬件設備來采集指紋圖像，然后將采集到的圖像傳送給上位機，利用上位機強大的運算能力和海量的指紋特征庫，來實現指紋的識別。一類是將指紋的采集與識別在一個嵌入式系統中完成，這類系統通常是用DSP這類具有高速運算能力的器件來構建。由于嵌入式指紋識別系統存在價格低廉、使用靈活方便等優點，越來越受到人們的重視。

　　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位數據線直接與TMS320VC5402 的低8位數據線相連，讀寫信號線由EPM3032AE控制，通過編程可將采集到的指紋圖像數據直接存儲到SRAM 四頁中的任意一頁或兩頁中， 由于SRAM 每頁最多只能提供48KW 的數據空間，為了后續編寫指紋識別程序的方便，編寫程序設置MBF200的寄存器將采集圖像數據控制在48KB以內，本文所采集的指紋圖像像素為 220×220，存于SRAM的第一頁。另外，需要注意的是MBF200的兩種起振方式：采用內部多諧振蕩器起振，將MBF200的FSET 管腳通過者外接晶體振蕩電路，使用外部時鐘時通過XTAL1．XTAL2連接晶體電路來產生時鐘信號。本文通過設置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接口擴展電路模塊

　　考慮到模塊板可能需要外掛海量存儲器存儲指紋模版及與PC機等上位機進行通信，采用CH375擴展了系統的USB接口，它是一個USB總線的通用設備接口芯片，無需用戶編寫驅動程序，CH375以C語言子程序庫提供了USB存儲設備的文件級接口，這些應用層接ISIAPI包含了常用的文件級操作，可以方便移植并嵌入到各種常用的單片機程序中，這樣對USB 設備的通信就幾乎和訪問本地硬盤一樣。它具有8位數據總線（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進行連接。另外CH375有一個地址線A0，它占用兩個地址位，當A0引腳為高電平時選擇命令端口，可以寫入命令; 當A0引腳為低電平時選擇數據端口，可以讀寫數據，其硬件連接如圖3所示。

　　圖3 USB擴展硬件連接圖

　　對于嵌入式指紋處理模塊硬件的構建，考慮到整個模塊所需實現的功能、成本和處理速度的要求，選用TI公司生產的DSP處理器TMS320VC5402作為整個模塊的核心處理芯片，它是TI公司推出的一款性價比極高的DSP處理器，其內部包括4KW 的ROM，16KW 片內DARAM，2個定時器，4個外部中斷，外部程序空間可擴展到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指紋傳感器MBF200。它是一款專為嵌入式系統設計的高性能、低功耗的電容指紋傳感器。