【正文】 合程度；其次，性能是軟件產(chǎn)品的一種特性，可以用時(shí)間來進(jìn)行度量。 通常，對(duì)軟件性能的關(guān)注是多個(gè)層面的：用戶關(guān)注的軟件性能、管理員關(guān)注的軟件性能、開發(fā)人員所關(guān)注的 軟件性能。下面分別從這三個(gè)層面介紹系統(tǒng)需要達(dá)到的目標(biāo)。 1. 用戶方面的軟件性能需求 用戶所關(guān)心的軟件性能是指軟件對(duì)用戶操作的響應(yīng)時(shí)間。系統(tǒng)要求具有較高的實(shí)時(shí)性，用戶操作完成即把結(jié)果顯示出來，同時(shí)對(duì)于大量數(shù)據(jù)操作的，需要把數(shù)據(jù)分批返回并顯示出來，這樣用戶感覺軟件的響應(yīng)時(shí)間短。 同時(shí)軟件設(shè)計(jì)需要和諧的人機(jī)交互界面，操作方面，可以根椐個(gè)性化來設(shè)置自已的頻繁使用模塊。不僅如此，軟件在非正常輸入時(shí)要給出提示，提示用戶修改輸入內(nèi)容。 2. 管理員方面的軟件性能需求 從管理員的角度來看，軟件系統(tǒng)的性能首先表現(xiàn)在系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間上，除 此基于指紋識(shí)別的 SIMS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 之外，管理員還要關(guān)心系統(tǒng)的狀態(tài)相關(guān)信息，例如對(duì)于并發(fā)用戶訪問量大時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，服務(wù)器的硬件性能及系統(tǒng)的可擴(kuò)展性等。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)資料利用低、穩(wěn)定性強(qiáng)、并發(fā)用戶數(shù)多、可擴(kuò)展性好等性能。 3. 開發(fā)人員方面的軟件性能需求 開發(fā)人員除了關(guān)心系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間及系統(tǒng)的可擴(kuò)展性外，需要設(shè)計(jì)良好的結(jié)構(gòu)和代碼實(shí)現(xiàn)，或是通過調(diào)整系統(tǒng)設(shè)置等方法提高軟件的性能表現(xiàn)。需要考慮到在最差的情況下系統(tǒng)的處理方案，保證系統(tǒng)的完善。 系統(tǒng)總體架構(gòu)分析 系統(tǒng)硬件上由兩部分組成：任務(wù)管理中心和端系統(tǒng)。根椐上面的需求分析可知，系統(tǒng)的各類信息要求 共享，即用戶可以在不同的端系統(tǒng)登錄，但更新的數(shù)據(jù)對(duì)所有的用戶都要可見。 系統(tǒng)需要存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，通常都是存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中，而且考慮到數(shù)據(jù)的共享及并發(fā)訪問設(shè)置，可以把數(shù)據(jù)庫安裝于指定的服務(wù)器中，這樣遠(yuǎn)程的客戶端只需要連接到服務(wù)器，即可以訪問到數(shù)據(jù)庫。而且服務(wù)器通常性能都較高，對(duì)于并發(fā)用戶的訪問數(shù)也可以大大提升，減少系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。 對(duì)于各類模板的下載，可以使用遠(yuǎn)程 FTP 服務(wù)器，對(duì)于需要的文件，直接通過 FTP 下載到客戶端，因此在服務(wù)器中同時(shí)開通遠(yuǎn)程 FTP 服務(wù)器。通常對(duì)于一個(gè)學(xué)校，所有的主機(jī)都是屬于同一個(gè)局域網(wǎng)，這 樣訪問服務(wù)器的速度可以保證，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包丟失的情況并不常出現(xiàn)。 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體構(gòu)成框架如圖 所示，其中服務(wù)器位于局域網(wǎng)內(nèi)的某個(gè)指定位置。 圖 系統(tǒng)總體構(gòu)成框架圖 上圖中 ，終端用戶可以使用網(wǎng)線連接到網(wǎng)絡(luò)，也可以通過無線網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器，在網(wǎng)絡(luò)通暢的地方直接使用網(wǎng)線連接，如果需要移動(dòng)的場(chǎng)合，可以使用無線基于指紋識(shí)別的 SIMS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)，這樣就可以很方便連接到服務(wù)器。 任務(wù)管理中心總體架構(gòu)分析 任務(wù)管理中心需要完成各類的學(xué)生信息管理工作，包括多類權(quán)限用戶登錄、學(xué)生信息管理、用戶信息管理、教師信息管理、學(xué)生課程選修管理、課程成績(jī)管理 、各類模板下載等功能。 對(duì)于信息采集，需要使用攝像頭、指紋模塊、一卡通讀卡器設(shè)備采集學(xué)生的個(gè)人信息，同時(shí)考慮到外設(shè)的低功耗、使用壽命問題，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬件來連接和管理外部設(shè)備。 為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)間連接的復(fù)雜性以及考慮到目前大部分 PC 機(jī) USB 接口并不充足的問題，系統(tǒng)設(shè)計(jì)僅需要一根 USB 接口線即可以連接到所有的設(shè)備。在使用時(shí)只需要把連接線接入，即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)的控制，非常方便。 設(shè)計(jì)任務(wù)管理中心的總體構(gòu)架圖如圖 所示。 圖 任務(wù)管理中心硬件構(gòu)架圖 圖 任務(wù)管理中心軟件構(gòu) 成圖 上圖中 USB 攝像頭用于采集學(xué)生的照片信息、監(jiān)控周圍場(chǎng)景；一卡通讀卡器用于采集學(xué)生的一卡通信息，同時(shí)也可以在查詢模塊中根椐學(xué)生的一卡通查詢到該學(xué)生的個(gè)人信息；指紋識(shí)別器用于采集學(xué)生的指紋、考勤管理等。 任務(wù)管理中心軟件方面主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能，設(shè)計(jì)友好的交互界面，方便各類用戶使用，根椐任務(wù)管理中心的需求，把軟件分為下面各個(gè)模塊：用戶登錄模塊、學(xué)生信息管理模塊、教師信息管理模塊、學(xué)生課程選修模塊、課程成績(jī)管理模塊、 FTP 遠(yuǎn)程文件訪問模塊。設(shè)計(jì)任務(wù)管理中心的軟件構(gòu)架如圖 所示。 具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，根椐上一節(jié) 中的需求分析實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能，詳細(xì)設(shè)計(jì)參照下一章。 基于指紋識(shí)別的 SIMS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 端系統(tǒng)總體架構(gòu)分析 端系統(tǒng)需要完成的任務(wù)主要包括學(xué)生的考勤管理、攝像頭監(jiān)控、數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出。 由于端系統(tǒng)就是一個(gè)嵌入式處理器，因此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬件，對(duì)比目前眾多的嵌入式處理器，本系統(tǒng)中使用 ARM 體系結(jié)構(gòu)的處理器 S3C2440 進(jìn)行設(shè)計(jì)，它具有處理速度快、接口豐富、操作系統(tǒng)移植方便、編程便捷等優(yōu)點(diǎn) [4]，很適合作為端系統(tǒng)的處理器。 端系統(tǒng)的硬件總體設(shè)計(jì)框架如圖 所示，其中 LCD 顯示屏采用通用的 寸小顯示屏，主要用來顯示一部分操作提示信息， U Disk 用于數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出接口。根椐需求分析，端系統(tǒng)的軟件構(gòu)成如圖 所示，運(yùn)行平臺(tái)采用 WINCE 。 圖 端系統(tǒng)硬件構(gòu)架圖 圖 端系統(tǒng)軟件構(gòu)成圖 相關(guān)設(shè)備選型 在任務(wù)管理中心和端系統(tǒng)中，都會(huì)使用到指紋識(shí)別器、一卡通讀卡器、 USB攝像頭三種器件，目前市場(chǎng)上這類器件非常多，如何選擇適用于本系統(tǒng)的設(shè)備直接影響到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，下面簡(jiǎn)要介紹系統(tǒng)中選擇的設(shè)備相關(guān)參數(shù)。 FPC101 指紋識(shí)別模塊 本 系統(tǒng)采用上海眾享電子科技有限公司開發(fā)的 FPC101 光學(xué)指紋 識(shí)別模塊。外形如圖 所示，該模塊采用光學(xué)指紋傳感器，由高性能 DSP 處理器和FLASH等芯片構(gòu)成 [5]，與同類指紋模塊相比， FPC101 模塊具有以下優(yōu)點(diǎn)： 基于指紋識(shí)別的 SIMS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) (1)指紋適應(yīng)性強(qiáng) 指紋圖像讀取過程中，采用自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)機(jī)制，使干濕手指都有較好的成像質(zhì)量，適用人群更廣泛。 (2)性價(jià)比高 FPC101 模塊算法根椐光學(xué)頭成像原理設(shè)計(jì)，算法對(duì)變形、質(zhì)量差指紋均有較好的校正和容錯(cuò)性能。 (3)簡(jiǎn)單易用方便擴(kuò)充 FPC101 模塊采用串口命令進(jìn)行操作，操作命令豐富，可以很方便開發(fā)出強(qiáng)大的指紋識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)。 (4)低功耗 可以直接發(fā)送命令到指紋模塊，使指紋模塊進(jìn)入休眠狀態(tài)，系統(tǒng)電源關(guān)閉，可以通過外部復(fù)位信號(hào)喚醒模塊。 (5)靈活設(shè)置安全等級(jí) 模塊具有 3 種等級(jí)，用戶可以自行設(shè)計(jì)某用戶的安全等級(jí)，這樣可以極大的保護(hù)系統(tǒng)的安全。 (6)可靠性高 用于評(píng)估指紋識(shí)別器的可靠性等級(jí)參數(shù)中， FPC101 指紋模塊非常適用于本系統(tǒng)，拒真率 1%，誤識(shí)率 %，用于學(xué)生信息管理方面非常適合。 FPC101 提供了非常方便的接口和通信方式， FPC101 指紋識(shí)別模塊的主要技術(shù)參數(shù)如表 所示。 表 PFC101 技術(shù)參數(shù) 對(duì)照表 指標(biāo)項(xiàng)目 技術(shù)參數(shù) 指標(biāo)項(xiàng)目 技術(shù)參數(shù) 系統(tǒng)供電 指紋數(shù)存儲(chǔ)數(shù)量 800 枚 正常工作電流 170 mA 認(rèn)假率 % 峰值電流 200mA 拒真率 1% 指紋錄入時(shí)間 250ms 模塊尺寸 *40* 1:1 比對(duì)時(shí)間 600ms 指紋模板大小 193bytes 1:240 搜索時(shí)間 2s 指紋模塊的外部接口是一個(gè) 5 腳 ，接口非常方便，通過UART 串口進(jìn)行通信，通信波特率設(shè)置為 19200bps、 1 位起始位、一位停止位 、無校驗(yàn)位。這對(duì)于串行通信而言，速率足夠高，能夠在指定的時(shí)間內(nèi)完成各種操作，各引腳的功能如表 所示。 基于指紋識(shí)別的 SIMS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 表 指紋接口各引腳功能對(duì)照表 引腳 名稱 定義 類型 功能說明 1 VIN 電源輸入 P DC 2 TD 數(shù)據(jù)發(fā)送 O 開漏輸出，上位機(jī)端需要接上拉電阻 3 RD 數(shù)據(jù)接收 I TTL電平 ( 5V均可 ) 4 GND 信號(hào)地 P 電源和信號(hào)地 5 START 啟動(dòng)輸入 I 當(dāng)需重啟系統(tǒng)時(shí)從此腳輸入低電平脈沖 指紋識(shí)別模塊 FPC101 擁有豐富的命令，可以很方便 地操作，從主設(shè)備發(fā)送的命令及指紋模塊的應(yīng)答按數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可以分為兩類：長(zhǎng)度為 8 字節(jié)，如表；大于 8 字節(jié)，如表 ，此時(shí)的數(shù)據(jù)分為兩部分 :數(shù)據(jù)頭 +數(shù)據(jù)包。 表 長(zhǎng)度為 8 字節(jié)指紋模塊數(shù)據(jù)命令格式 字節(jié) 1 2 3 4 5 6 7 8 命令 0XF5 CMD P1 P2 P3 0 CHK 0XF5 應(yīng)答 0XF5 CMD Q1 Q2 Q3 0 CHK 0XF5 其中 CMD 為命令 /應(yīng)答類型， P1,P2,P3 為命令參數(shù)， Q1,Q2,Q3 為應(yīng)答參數(shù)； CHK 校驗(yàn)和為第 2 字節(jié)到第 6 字節(jié)的異或值， Q3 多用于返回 操作狀態(tài)信息，對(duì)應(yīng)的狀態(tài)信息數(shù)據(jù)為 :0x00操作成功； 0x01操作失敗 。0x04指紋數(shù)據(jù)庫已滿； 0X05無此用戶； 0X07用戶已存在； 0x08采集超時(shí)。 表 長(zhǎng)度大于 8 字節(jié)指紋模塊數(shù)據(jù)頭格式 字節(jié) 1 2 3 4 5 6 7 8 命令 0XF5 CMD Hi(Len) Low(Len) 0 0 CHK 0XF5 應(yīng)答 0XF5 CMD Hi(Len) Low(Len) Q3 0 CHK 0XF5 當(dāng)命令數(shù)據(jù)長(zhǎng)度大于 8 字節(jié)時(shí)，在數(shù)據(jù)頭中，需要把數(shù)據(jù)的有效長(zhǎng)度發(fā)送到主機(jī)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為 16 位 ，由兩字節(jié)組成 :Hi(Len)、 Low(Len)，分別表示數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度的高、低 8 位。在命令頭后緊跟著要發(fā)送的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包的格式如表 所示，數(shù)據(jù)包的校驗(yàn)和 CHK 為第 2 個(gè)字節(jié)到第 Len+1 字節(jié)的異或值。 表 數(shù)據(jù)包格式 字節(jié) 1 2… Len+1 Len+2 Len+3 命令 0XF5 Data CHK 0XF5 應(yīng)答 0XF5 Data CHK 0XF5 FPC101 指紋模塊提供了非常豐富的操作命令，表 為系統(tǒng)中常用的命令，其中添加指紋命令需要三次命令操作，如果三次都操作成功，才能采集到一基于指紋識(shí)別的 SIMS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 個(gè)有效的用戶指紋。 表 FPC101 常用命令列表 功能 類型 1 2 3 4 5 6 7 8 休眠模式 命令 0XF5 0X2C 0 0 0 0 CHK 0XF5 應(yīng)答 0XF5 0X2C 0 0 0 0 CHK 0XF5 添加指紋 命令 0XF5 0X01 用戶號(hào) (高 ) 用戶號(hào) (低 ) 權(quán)限 0 CHK 0XF5 應(yīng)答 0XF5 0X01 0 0 狀態(tài) 0 CHK 0XF5 添加指紋 命令 0XF5 0X02 用戶號(hào) (高 ) 用戶號(hào) (低 ) 權(quán)限 0 CHK 0XF5 應(yīng)答 0XF5 0X02 0 0 狀態(tài) 0 CHK 0XF5 添加指紋 命令 0XF5 0X03 用戶號(hào) (高 ) 用戶號(hào) (低 ) 權(quán)限 0 CHK 0XF5 應(yīng)答 0XF5 0X03 0 0 狀態(tài) 0 CHK 0XF5 刪某用戶 命令 0XF5 0X04 用戶號(hào) (高 ) 用戶號(hào) (低 ) 0 0 CHK 0XF5 應(yīng)答 0XF5 0X04 0 0 狀態(tài) 0 CHK 0XF5 清空用戶 命令 0XF5 0X05 用戶號(hào) (高 ) 用戶號(hào) (低 ) 0 0 CHK 0XF5 應(yīng)答 0XF5 0X05 0 0 狀態(tài) 0 CHK 0XF5 取用戶數(shù) 命令 0XF5 0X09 0 0 0 0 CHK 0XF5 應(yīng)答 0XF5 0X09 用戶數(shù) (高 ) 用戶數(shù) (低 ) 狀態(tài) 0 CHK 0XF5 1:N 比對(duì) 命令 0XF5 0X0C 0 0 0 0 CHK 0XF5 應(yīng)答 0XF5 0X0C 用戶號(hào) (高 ) 用戶號(hào) (低 ) 狀態(tài) 0 CHK 0XF5 下載指紋特征 命令 0XF5 0X31 用戶號(hào) (高 ) 用戶號(hào) (低 ) 0 0 CHK 0XF5 應(yīng)答 0XF5 0X31 數(shù)據(jù)長(zhǎng) (高 ) 數(shù)據(jù)長(zhǎng) (低 ) 狀態(tài) 0 CHK 0XF5 數(shù)據(jù) 0XF5 高位 用戶號(hào) (低 ) 權(quán)限 連續(xù)數(shù)據(jù) CHK 0XF5 上傳指紋特征 命令 0XF5 0X41 數(shù)據(jù)長(zhǎng) (高 ) 數(shù)據(jù)長(zhǎng) (低 ) 0 0 CHK 0XF5 數(shù)據(jù) 0XF5 高位 用戶號(hào) (低 ) 權(quán)限 連續(xù)數(shù)據(jù) CHK 0XF5 應(yīng)答 0XF5 0X41 0 0 狀態(tài) 0 CHK 0XF5 非接觸式一卡通讀卡器 非接觸式 IC 卡又稱射頻卡 ，通常 由 IC 芯片、感應(yīng)天線組成，封裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 PVC 卡片內(nèi)，芯片及天線無任何外露部分 [6]。它將射頻識(shí)別技術(shù)和 IC 卡技術(shù)結(jié)合起來 ， 結(jié)束了無源 (卡中無電源 )和免接觸這一難題 ，目前應(yīng)用非常廣泛。只要 卡片靠近讀寫器表面 一定范圍 (通常為 5～ 10mm)， 即可實(shí)現(xiàn)對(duì)卡片的讀寫 。 非接觸式 IC 卡比接觸式 IC 卡相比，具有沖突避免、高可靠性、操作方便、應(yīng)用廣泛、加密性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn) [7]。在本系統(tǒng)中采用 RU 系列通用 M1 非接觸式基于指紋識(shí)別的 SIMS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 一卡通讀卡器，用于讀取學(xué)生的一卡通信息， 該讀卡器 具有讀寫安全、供電穩(wěn)定、工作電流小、價(jià)位低等優(yōu)點(diǎn) 。 讀卡器提供了一外部接口用于連接到設(shè)備，共 4 個(gè)信號(hào)線，分別為：電源正、電源負(fù)、串口發(fā)送、串口接收。串口主要用于讀取一卡通的卡號(hào)數(shù)據(jù)，該設(shè)備的