【正文】 AINSEL:寫該寄存器來(lái)初始化圖像轉(zhuǎn)換 。另外， 功能寄存器 256 300 傳感陣列 采樣電路 A/D 轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)寄存器 索引寄存器 控制電路 晶振電路 SPI USB 16 多頻振蕩電路用于為芯片提供時(shí)鐘信號(hào)。 A/D 變換器的輸入可以是 MBF200的指紋傳感器陣列的輸出，也可以是由 MBF200 的 AIN 引腳接入的模擬信號(hào)。 SPI:MBF200 內(nèi)置的 SPI(Software Process Improvement: 軟件過(guò)程改進(jìn) )接口減小了 MBF200 對(duì)硬件的依賴，只需 6 條線就可以與帶 14 SPI 接口的微處理器連接。 (1)堅(jiān)固耐用的芯片表層。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。指紋傳感器是 FUJITSU 公司 11 的半導(dǎo)體固態(tài)指紋芯片 MBF200,作用主要是采集指紋數(shù)據(jù) 。 Flash 中存放的是系統(tǒng)的應(yīng)用程序和一枚指紋預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)上電后通過(guò)“Boot Loader”功能將程序加載到 FLASH 中以加快程序運(yùn)行的速度， SDRAM 用于存放指紋圖像并提供程序運(yùn)行時(shí)所需要的臨時(shí)數(shù)據(jù)空間。在各項(xiàng)指標(biāo)上ARM 嵌入式處理器都很好的滿足了嵌入式開發(fā)平臺(tái)的設(shè)計(jì)需求。 USB 采用南京沁恒電子公司的 USB 芯片 CH375。 嵌入式處理器概述 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全世界嵌入式處理器的品種總量已經(jīng)超過(guò) 1000 種，流行的體系結(jié)構(gòu)有 30 多個(gè)系列。專家們保守估計(jì)，未來(lái) 5 年，我國(guó)將有近百億元的市場(chǎng)等待著企業(yè)去開拓。 生物統(tǒng)計(jì)學(xué)是依據(jù)可以明確確定歸屬的人的身體或行為特征對(duì)個(gè)體身份進(jìn)行識(shí)別或證明的學(xué)說(shuō)。47 4． 4 USB 數(shù)據(jù)通訊程序設(shè)計(jì) 45 4． 3 指紋采集程序設(shè)計(jì) 本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 08 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 11 3． 1 指紋傳感器與處理哭的接口設(shè)計(jì) 12 3． 1． 2 MBF200 的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 18 3． 1． 4 MBF200 接口電路設(shè)計(jì) 26 3． 2． 6 JTAG 電路設(shè)計(jì) 31 3． 3． 1 CPLD 內(nèi)部電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法 59 5 第一章 緒論 引言 “ 生物統(tǒng)計(jì) ” 這個(gè)概念在幾年前還很少有人知道，就是到了現(xiàn)在，即便它有這么重要的現(xiàn)實(shí)意義，大多數(shù)人還是不甚了解，很多受到詢問(wèn)的人對(duì) “ 生物統(tǒng)計(jì) ” 這個(gè)詞毫無(wú)概念。依靠這種唯一性和穩(wěn)定性，我們就可以 把一個(gè)人同他的指紋對(duì)應(yīng)起來(lái)，通過(guò)比較他的指紋和預(yù)先保存的指紋進(jìn)行比較，就可以驗(yàn)證他的真實(shí)身份。 因?yàn)楸鞠到y(tǒng)所需求的是采集指紋圖像并在 PC 機(jī)上存儲(chǔ)起來(lái)，或者可以存貯在系統(tǒng)本身的存儲(chǔ)器中，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，并沒有采用偏重于算法的 DSP 處理器，而是采用偏重于控制的 ARM7 作為系統(tǒng)的處理器。 8 指紋 至 PC 圖 指紋采集系統(tǒng)原理框圖 處理器控制指紋傳感器采集數(shù)據(jù)，半導(dǎo)體指紋傳感器采集指紋數(shù)據(jù)完畢之后，交由處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、存儲(chǔ)。在這些產(chǎn) 品中，處理器的典型特點(diǎn)是要求高性能、低功耗。 (1)指紋數(shù)據(jù)采集模塊 系統(tǒng)利用軟件查詢方式來(lái)判斷是否進(jìn)行指紋的采集，當(dāng)進(jìn)行指紋采集時(shí)，指紋傳感芯片按照設(shè)定的參數(shù)采集指紋并將模擬圖SDRAM ARM 全局邏輯控制器 指紋傳感器 發(fā)光顯示部分 通訊接口 FLASH 10 像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，然后在 ARM 的控制下將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在外部數(shù)據(jù)空間中，等待進(jìn)行下一步的處理。 根據(jù)以上原則，我們確定整個(gè)系統(tǒng)的芯片型號(hào)。本章將詳細(xì)的介紹系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。 EPM240 CPLD S3C44B0X ARM K4S641632 SDRAM SST39VF160 FLASH CH375 USB PC MBF200指紋傳感器 13 指紋采集設(shè)備的選擇 考慮到產(chǎn)品價(jià)格的因素和所需精度的要求，系統(tǒng)選擇了 FUJITSU公司推出的新一代固態(tài)指紋傳感器 MBF200。 MBF200 的圖像搜索功能(ImageSeekTm)通過(guò)改變電容陣列的參數(shù)值可在 1 秒種以內(nèi)掃描多幅指紋圖像并自動(dòng)選擇最好的一幅。 MBF200的結(jié)構(gòu)與性能 MBF200 是富士通公司的電容式固體指紋采集傳感器，能采集到500dpi 的指紋圖像?？刂齐娐酚糜趥鞲衅髋c外部接口電路的控制，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的讀出與寫入 。 PGC 用于在 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)設(shè)置放大器的增益。如果這三位中有多于一位被置成 “1”，那么圖像的轉(zhuǎn)換就不會(huì)開始。寄存器 CTRLB 功能表如表 所示。需要說(shuō)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(guò) A0 置 0 來(lái)寫地址索引寄存器，然后再對(duì) A0置 1 來(lái)讀寫對(duì)應(yīng)地址的數(shù)據(jù)寄存器。晶振源可以選擇內(nèi)部晶振或者通過(guò)使用外部引腳 XTAL1/XTAL2 接外部晶振。 ARM7 系列、 ARM9 系列、ARM9E 系列、 ARM10E 系列、 SecurCore 系列、 Inter 的 Xscale, Inter的 StrongARM 他們除了具有 ARM 體系結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)以外，每一個(gè)系列的 ARM 微處理器都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。 (5)對(duì)操作系統(tǒng)的支持廣泛，包括 Windows CE, Linux, Palm OS 等。下面是 S3C44B0X 在設(shè)計(jì)原理圖時(shí)必須在硬件上設(shè)置的一些引腳和它們的引腳序號(hào)。系統(tǒng)時(shí)鐘產(chǎn)生方式都用到 PLL電路，故需要一個(gè) 820pf 的電容接地。必須注意的是Flash ROM 映射在 Bank0 上。 S3C44B0X 片內(nèi)帶PLL 倍頻電路， PLL 電路兼有頻率放大和信號(hào)提純的功能，系統(tǒng)能夠從較低的外部時(shí)鐘 (l0MHz)獲得較高的工作頻率，以降低因高速開關(guān)時(shí)鐘所造成的高頻噪聲，使用晶體或者有源晶振時(shí)都需要用到 PLL電路。 圖 復(fù)位電路原理圖 電路設(shè)計(jì) JTAG(Joint Test Action Group:聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)小組 )是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議 (IEEE 兼容 )，主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試。TRST為測(cè)試復(fù)位，輸入引腳，低電平有效。本系統(tǒng)的存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)包含兩個(gè)部分 :FLASH 存儲(chǔ)器和SDRAM 存儲(chǔ)器。 30 3． (1)FALSH 存儲(chǔ)電路 4． Flash 存儲(chǔ)器一次只能擦除一個(gè)較大的存儲(chǔ)區(qū)域，而EEPROM 能一個(gè)字節(jié)的擦除。同步還使存儲(chǔ)器控制器知道在那一個(gè)時(shí)鐘脈沖周期使數(shù)據(jù)請(qǐng)求使能，因此數(shù)據(jù)可在脈沖上升沿便開始傳輸，而EDORAM 每隔 2 個(gè)時(shí)鐘脈沖周期才開始傳輸， FPM RAM每隔 3 個(gè)時(shí)鐘脈沖周期才開始傳輸。 (2)產(chǎn)生各個(gè)芯片的讀寫信號(hào)。 (5)時(shí)序仿真 :需要利用在布局布線中獲得的精確參數(shù)，用仿真軟件驗(yàn)證電路的時(shí)序 (也叫后仿真 )。 (3) VHDL 語(yǔ)言可以與工藝無(wú)關(guān)地進(jìn)行編程 。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，為了匹配 ARM 與其外圍器件的電平，將 36 Vccio 連接到 上。本系統(tǒng)中是由 62 腳來(lái)接入一個(gè) 3MHz 的時(shí)鐘晶振。 CH375 的 USB 設(shè)備方式內(nèi)置了 USB 通訊中的底層協(xié)議，具有省事的內(nèi)置固件模式和靈活的外置固件模式。 端點(diǎn) 2 包括上傳端點(diǎn)和下傳端點(diǎn)，上傳和下傳緩沖區(qū)各是 64 個(gè)字節(jié)，上傳端點(diǎn)的端點(diǎn)號(hào)是 82H，下傳端點(diǎn)的端點(diǎn)號(hào)是 02H。但對(duì)于運(yùn)算量較大的預(yù)處理算法，必須用匯編來(lái)完成。 指紋圖像的采集是在中斷程序中 開始的，當(dāng)指紋傳感器上沒有手指時(shí)系統(tǒng)將進(jìn)入省電模式下，通過(guò)指紋傳感器 MBF200 的手指自動(dòng)檢測(cè)中斷來(lái)喚醒系統(tǒng)，并進(jìn)行一次指紋圖像的采集、預(yù)處理和數(shù)據(jù)上傳。 // Tiemr0 initialization OpenIntterrupt() //開中斷 //Variable initialization FingerStart=0。 } } 系統(tǒng)初始化 S3C44B0X Boot loader 的設(shè)計(jì) (1) Boot Loader 的概念及設(shè)計(jì) Boot Loader 是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段小程序。 (2) Boot Loader 功能設(shè)計(jì) Boot Loader 需完成功能如下 : (1) ARM 各寄存器、堆棧、 SDRAM 的初始化 。 而 stage2 則用 C 語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)開發(fā)中可以不 44 斷對(duì)功能進(jìn)行擴(kuò)展和加強(qiáng)，而且代 碼會(huì)具有更好的可讀性和可移植性。 (4)加載內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像。 (4)數(shù)據(jù)段拷貝到 RAM 中，將 ZI 數(shù)據(jù)段清零，跳入 C 語(yǔ)言的 main函數(shù)執(zhí)行。 MBF 200Write(MBF 200_DCR,MBF 200_DCR_VALUE )。 unsigned char Datum。 //返回?cái)?shù)據(jù)應(yīng)該是測(cè)試數(shù)據(jù)取反 Datumamp。 //如果錯(cuò)誤則停止運(yùn)行并顯示錯(cuò)誤狀態(tài) xWrit。 // if(i!=Datum) // CH375 不正常 { for(i=5。 k!=0。 46 (5)清除所有中斷 。 MBF200Write( MBF200_CTRLA, 0x00 )。 任何一個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)的最初任務(wù)都是硬件初始化。 (2)設(shè)置堆棧。 (3)時(shí)鐘頻率的初始化 。即是我們說(shuō)所的引導(dǎo)加載程序。 42 } void main( void) { Initialization()。 ARM 中的主程序很簡(jiǎn)潔，因?yàn)橹饕牟僮鞫荚谥袛嗬锿瓿?，手指檢測(cè)由指紋傳感器 MBF200 的自動(dòng)手指檢測(cè)中斷來(lái)完成，當(dāng)檢測(cè)到有手指后就開始了對(duì)這枚指紋的處理工作 。 在系統(tǒng)初始化完成后，對(duì)手指是否在指紋傳感器上進(jìn)行檢測(cè)，若有手指則進(jìn)行一次指紋采集及相應(yīng)的處理，然后等待下一次指紋數(shù)據(jù)的采集。 CH375 電路原理圖如圖 所示。在外置固件模式下，由外部單片機(jī)根據(jù)需要自行處理各種 USB 請(qǐng)求，從而可以實(shí)現(xiàn)符合各種 USB 類規(guī)范的設(shè)備。 37 USB 與上位機(jī)通訊接口電路設(shè)計(jì) 一般來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的通訊可以分為通用串行和并行兩種方式，通用串口的速度比較慢，影響指紋數(shù)據(jù)的上傳速度 。 (2)雖然 EPM240 在設(shè)計(jì)上已采取措施使它對(duì)外界噪聲敏感度最小，但和所有 CMOS 器件一樣，它對(duì)電源電壓的起伏和輸入線上的起伏都很敏感，為使這些起伏效應(yīng)減至最低，系統(tǒng)中