【正文】 測試工具對內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測試。 JTAG 編程方式是在線編程，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中先對芯片進(jìn)行預(yù)編程再裝到板上的方式因此而改變，簡化的流程為先固定器件到電路板上，再用 JTAG 編程，從而大大加快工程進(jìn)度。有的同一個 JTAG 電纜可以支持 Xilinx CPLD， AXD/ADW 調(diào)試程序。通過 SP3232E，將 UART 接口的 TTL 信號轉(zhuǎn)換為 RS232 電平信號， SP3232E 的工作電壓為 ，如圖 所示 [1]。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第四章 指紋采集系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 當(dāng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)完畢，并測試系統(tǒng)在硬件上沒有問題之后，就應(yīng)該考慮如何完成應(yīng)用軟件的開發(fā)。 FPS200 驅(qū)動程序設(shè)計(jì) FPS200 驅(qū)動程序包括 和 兩個文件， 是驅(qū)動程序的源文件， 是驅(qū)動程序的頭文件 ，源程序參見附錄 B。 FPS200Write(FPS_ICR,0x11)。 uint16 count=0。 //從傳感器獲取一行指紋圖像數(shù)據(jù) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） for (i=0。} if(result0xA0) count++。緊接著 SPI 主機(jī)發(fā)送地址字節(jié) ， 即待讀的寄存器地址。 SPI 伺服傳感器將自動增加地址到下一個點(diǎn)。然后主機(jī)發(fā)送地址字節(jié)，標(biāo)明了要寫的寄存器。設(shè)置函數(shù)如下： void FPSSetParameters(uint8 dischargetime,uint8 dischargecurrent,uint8 gain) //參數(shù)調(diào)整 { FPS200Write(FPS_DTR,dischargetime)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 整 幅 圖 像 獲 取整 幅 圖 像 獲 取 完 成清 零 S C S 發(fā) 送 寫 代 碼發(fā) 送 C T R L A 地 址發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 0 x 0 2置 位 S C S 等 待 行 獲 取 時 間清 零 S C S 發(fā) 送 讀 代 碼發(fā) 送 C T R L A 地 址讀 數(shù) 據(jù)行 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束 ？圖 像 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束 ？置 位 S C S 是否否是將 指 紋 數(shù) 據(jù) 發(fā) 送 給 P C 機(jī)圖 像 行 獲 取圖 像 行 獲 取 完 成等 待 行 獲 取 時 間清 零 S C S 發(fā) 送 讀 代 碼發(fā) 送 C T R L A 地 址讀 數(shù) 據(jù)行 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束 ？置 位 S C S 是否寫 R A H 、 R A L 寄 存 器寫 0 x 0 1 入 C T R L A圖 圖像獲取流程圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 行獲取方式主要捕獲特定的 某 行數(shù)據(jù)。指紋全圖像數(shù)據(jù)的獲取流程圖如圖 所示 。指紋圖像行獲取流程圖如圖 所示。 //寫 DCR FPS200Write(FPS_PGC,gain)。 為了讀寫寄 存器方便，本設(shè)計(jì) 編寫了 FPS200Write()和 FPS200Read()兩個函數(shù)，程序內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 流程圖如圖 所示。 FPS200 寄存器寫命令包括一個命令字節(jié)和緊跟著數(shù)據(jù)的地址字節(jié)。最后，主機(jī)采樣到數(shù)據(jù)的 LSB 后置 SCS高電平。 //若像素值 大 于 0xA0 且計(jì)數(shù)大于 100，則為手指 } } 讀、寫 寄存器 FPS200 寄存器讀命令包括一個命令字節(jié)和一個地址字節(jié)。 i++) { if (i!=0) { result=detectrow[i1]。 uint8 detectrow[256]。 指紋檢測 SPIFingerDetect ()函數(shù)的功能是判斷手指是否已經(jīng)放在傳感器上 ，其程序如下所示，先從傳感器獲取一行指紋數(shù)據(jù)，然后通過計(jì)算判斷是否有手指 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） FPS200 初始化 對傳感器 FPS200 包括以下幾個初始化內(nèi)容： 1. 對控制寄存器 A(CTRLA)的初始化： FPS200Write (FPS200_CTRLA， 0x02)； 2. 設(shè)置傳感器門限值： FPS200Write(FPS200_THR， FPS200_THR_VALUE)； 3. 設(shè)置傳感器控制寄存器 B(CTRLB)： FPS200Write (FPS200_CTRLB， 0x05 )； 4. 調(diào)整傳感器放電參數(shù)和增益： FPSSetParameters(FPS_DTR_TIME,FPS_DCR_CURRENT,FPS_PGC_VALUE)。 開 始關(guān) 閉 所 有 中 斷初 始 化 μC /O S Ⅱ 內(nèi) 核創(chuàng) 建 task S tart()啟 動 μC /O S Ⅱ結(jié) 束 圖 主程序流程圖 本指紋采集系統(tǒng)應(yīng)用程序的編寫是在 μC/OSⅡ操作系統(tǒng)上完成的。 本章小結(jié) 本章的主要內(nèi)容是 指紋采集系統(tǒng) 的硬件設(shè)計(jì) 。 EasyARM615 開發(fā)套件的 JTAG 電路采用 ARM 公司提出的標(biāo)準(zhǔn) 20 腳 JTAG 仿真調(diào)試接口， JTAG 信號的定義與 LM3S 系列單片機(jī)的連接電路如圖 所示。 目前有各種各樣簡單 JTAG 電纜，其實(shí)只是一個電平轉(zhuǎn)換 電路，同時還起到保護(hù)作用?，F(xiàn)在， JTAG 接口還常用于實(shí)現(xiàn) ISP(In— System Programmable：在線編程 )，對FLASH 等器件進(jìn)行編程。 現(xiàn)在多數(shù)的高級器件都支持 JTAG 協(xié)議，如 ARM、 DSP、 FPGA 器件等。 圖 中的 C1， C2， C3， C4 和 C5 電容起到濾波作用，而 D3 發(fā)光二極管作為電源指示燈，開發(fā)套件上電后 D3 就被 點(diǎn)亮。 5V 電源通過插座進(jìn)入到開發(fā)套件后，先經(jīng)過二極管 D1， D1 的作用是防止用戶提供極性相反的電源燒壞硬件。 電源電路設(shè)計(jì) EasyARM615 開發(fā)套件采用 5V 供電。這些堪稱先鋒的器件，價(jià)格與 8 位和 16 位器件相同，卻能為用戶提供 32 位器件的性能，并且所有器件都是以小型封裝的形式提供。 基于 SPI 模式的 FPS200 接口電路設(shè)計(jì)如圖 所示。本系統(tǒng)用 EasyARM615 的 SSI 接口內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 與 FPS200 的 SPI 接口連接，采用 SPI 總線技術(shù)進(jìn)行通信。需要說明的是，在該芯片中，地址選擇與數(shù)據(jù)寫入是分兩步完成的，先通過 A0 置 0 來寫地址索引寄存器，然后再對 A0 置 1 來讀寫對應(yīng)地址的數(shù)據(jù)寄存器； SPI 是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的同步串行接口，它允許 8 位數(shù)據(jù)同時、同步地被發(fā)送和接收，而且只用到的信號： SCLK，SCS， MOSI， MISO， EXTINT。 FPS200 輸出模式選擇 FPS200 支持三種接口形式和四種操作模式，這四種操作模式相互獨(dú)立，不能同時工作。 ? 可以通過在 FSET和地之間接一個電阻來設(shè)置內(nèi)部多諧振蕩器和自動指紋檢測頻率。 ? MODE0 和 MODE1 為芯片工作模式的選擇端，兩者不同的取值組合將決定芯片不同的工作模式。在芯片的三種工作模式中可以處于斷開狀態(tài)。 ? DP 和 DM 分別為 USB 的 D＋和 D－端的數(shù)據(jù)線，在 USB 模式下， DP 和 VDD3 之間必須連接一個大小為 的電阻，而 VDD3 的電壓必須保證在 到 之間。 功能寄存器256 300傳感器陣列采樣控制A / D 轉(zhuǎn)換模擬數(shù)據(jù)鎖存器索引寄存器控制SPIUSB多震蕩晶振 M OD E 1M OD E 0TE STINTR EXTINTDMDPM IS OM OS ICS 1CS 0D [ 7 : 0 ]P 1P 0AINISETFSE TXTAL 1XTAL 2WAIT A 0RD WR 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） ? WAIT為等輸出端口，低電平有效。 ? RD為讀允許端，低電平有效。另外，多頻振蕩電路用于為芯片提供時鐘信號。在 USB 模式下， FPS200 的圖像傳輸速度為 13幀 /秒。 4. 提供三種接口，更易于集成。 FPS200 具有手指自動檢測功能，允許主機(jī)在沒有 指紋時處在低功耗待命模式，當(dāng)有手指時才喚醒主機(jī)進(jìn)行處理，從而節(jié)省整個系統(tǒng)的功耗。 2 組電壓差值通過內(nèi)置的 8 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，就可以獲得具有灰度級的指紋圖像 。 FPS200 由 256 300 電容傳感陣列組成，分辨率高達(dá) 500 點(diǎn) /英寸，封裝尺寸僅 24mm 24mm ，傳感面積為 cm cm，操作電壓為 3. 3～ 5 V，內(nèi)部集成 8 位A/D 轉(zhuǎn)換器 。從系統(tǒng)每一個具體的功能模塊介紹其芯片的選型和接口電路。 表 22 傳感器性能比較 光學(xué)掃描技術(shù) 半導(dǎo)體傳感器 超聲波掃描技術(shù) 成像能力 干手指差，汗多的和稍脹的手指成像模糊；易受皮膚上的贓物和油脂的影響 干手指好潮濕 、粗糙的手指亦可以成像；易受皮膚上的贓物和油脂的影響 非常好 成像區(qū)域 大 小 中 分辨率 低于 500DPI 可高達(dá) 600DPI 可高達(dá) 1000DPI 設(shè)備體積 大 小 中 耐用性 非常耐用 較耐用 一般 功耗 較大 小 較大 成本 較高 低 很高 本章小結(jié) 本章主要介紹指紋采集的總體設(shè)計(jì)。 圖 熱敏指紋傳感器 FCD4B14 圖 壓力指紋傳感器 BLP100 5. 超聲波 指紋 傳感器 超聲波掃描指紋的表面后，接收設(shè)備獲得指紋對超聲波的反射信號，然后根據(jù)指紋脊和谷的反射信號重構(gòu)出指紋圖像。它外形小，敏感區(qū)域只有 14mm，通過手指掃過傳感 區(qū)域獲取指紋圖像，可承受一百萬次的指頭滑動動作，并 且 使用休眠方式管理電源，功耗小，成本較低。它的面積只有 1. 28cm2，集成 90000 個電容，且?guī)в懈咚?A/D 轉(zhuǎn)換器件，該產(chǎn)品的分辨率為 500DPI。 2. 電容式 指紋 傳感器 電容 式 傳感器是在單個晶片上集成了 10 多萬個電容傳感器，其外面是絕緣的表面，手指放在上面時，手指皮膚組成了電容陣列的另一極，電容器的電容值由于指紋的脊和谷相對于另一極的距離不同而不同 。光學(xué)全反射技術(shù)的原理是：光線照射到壓有指紋的玻璃表面時，由 CCD 獲得反射光線，反射光的數(shù)量依賴于壓在玻璃表面的手指指紋的脊和谷的深度以及皮膚與玻璃間的油脂和水分。其基本原理框圖如圖 所示 獲取指紋圖像指紋圖像預(yù)處理提取指紋特征點(diǎn)比對特征點(diǎn) 圖 指紋識別原理框圖 指紋采集 技術(shù)概述 指紋識別技術(shù)的進(jìn)步和指紋傳感器技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。 兩枚指紋經(jīng)常會有相同的總體特征，但它們的局部特征（即特征點(diǎn)）卻不可能完全相同，因此，指紋識別技術(shù)通常使用指紋的總體特征如紋形、三角點(diǎn)等來進(jìn)行分類，在用 局部特征如位置和方向等來進(jìn)行識別用戶身份。指紋特征可分為兩類：總體特征和局部特征。本系統(tǒng)的任務(wù)劃分為： taskStart()、taskFinger()、 taskUart()，其優(yōu)先級和功能如表 21 所示。 軟件設(shè)計(jì) 為了加快開發(fā)的進(jìn)度，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，系統(tǒng)采用 μC/OSⅡ 嵌入式操作系統(tǒng)。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分為三部分： FPS200 與處理器接口設(shè)計(jì)、ARM 處理器及外圍接口設(shè)計(jì)、 UART 通信 接口設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用 ARM 開發(fā)板和指紋傳感器作為硬件開發(fā)平臺，在 ARM 開發(fā)板上植入 μC/OSⅡ 操作系統(tǒng)，編寫 FPS200 驅(qū)動程序、 uart 驅(qū)動程序等，并再此基礎(chǔ)上編寫應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)指紋圖像的采集。該系統(tǒng)以指紋傳感器FPS200為采集頭，以 ARM處理器為控制核心。該系統(tǒng)以指紋傳感器 FPS200為采集頭，以數(shù)字信號處理器 DSP為控制和計(jì)算核心。其中 FPS200采用 MCU模式接口 , 指紋數(shù)據(jù)通過 8位并行方式經(jīng)控制器 , 暫存于外擴(kuò)的 數(shù)據(jù)存儲器 。 第 4 章 指紋采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了 FPS200 驅(qū)動程序、系統(tǒng)初始化程序、指紋采集程序及上位機(jī) 通信 程序。以指紋采集的硅芯片為例，國際上的幾大廠商幾乎壟斷了國內(nèi)所有的市場。中科院自動化所田捷研究員領(lǐng)導(dǎo)的生物特征研究小組開發(fā)的指紋識別算法在 FvC20xx國際指紋識別競賽中取得了優(yōu)異的內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 成績，在國際同行中很有影響。在國外由于其開發(fā)指紋識別系統(tǒng)比較早，而且主要利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行指紋識別，所以技術(shù)比較成熟。半導(dǎo)體傳感器具有價(jià)格低、體積小的優(yōu)點(diǎn)，特別適合集成在普通的消費(fèi)電子產(chǎn)品中，大有后來居上、取代光學(xué)傳感器的趨勢。 指紋采集 發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀 指紋采集最關(guān)鍵的 環(huán)節(jié)是指紋傳感器。所謂“在線式”是通過與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)的先進(jìn)指紋傳感器作為 專用指紋采集設(shè)備，將真實(shí)的人體指紋直接變成數(shù)字圖