【正文】 240 具有多電壓接口，也就是說，它可以與不同電源電壓的系統(tǒng)接口。 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用的是 VHDL (VHSIC hardware description language)硬件描述語言。 (2)功能仿真 :將文件調(diào)入 HDL 仿真軟件 ( QuartusII)進(jìn)行功能仿真，檢查邏輯功能是否正確 (也叫前仿真，對簡單的設(shè)計(jì)可以跳過這一步，只在布線完成以后，進(jìn)行時(shí)序仿真 )。 11． SDRAM 是易失性的可快速擦寫存儲(chǔ)器，因此它通常作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)空間使用。FLASH 電路原理圖如圖 所示。其中 BANK6 和BANK7 是 DRAM 的空間， DRAM 的尋址和控制方式與 SRAM 的控制方式有些不一樣，所以必須不能混用。有的同一個(gè) JTAG 電纜可以支持 Xilinx CPLD, AXD/ADW 調(diào)試程序。 具有 JTAG 接口的芯片其相關(guān)引腳的定義為 :TCK 為測試時(shí)鐘輸入 。為解決這個(gè)問題，所有微控制器均有一個(gè)復(fù)位邏輯，它負(fù)責(zé)將微控制器初始化為某個(gè)確定的狀態(tài)。 5V 電源電路原理圖 3. 3V 和 電源電路原理圖 這幾組電源系統(tǒng)的功耗都不大。當(dāng)使用有源晶振時(shí)，該引腳需上拉。 OM[3:2]:pin5453:系統(tǒng)時(shí)鐘產(chǎn)生方式選擇。其中，ARM7TMDIS 是目前使用最廣泛的 32 位嵌入式 RISC 處理器，屬低端 ARM 處理器核。 ARM7 微處理器系列具有如下特點(diǎn) : (1)具有嵌入式 ICERT 邏輯，調(diào)試開發(fā)方便。 ARM 將其技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體、軟件和 OEM 廠商，每個(gè)廠商得到的都是一套獨(dú)一無二的 ARM 相關(guān)技術(shù)及服務(wù)。 USB 接口有兩種模式 :一種是用芯片內(nèi)部的ROM 來存儲(chǔ)設(shè)備信息，一種是用外部串行 ROM 來存儲(chǔ)設(shè)備信息。 MBF200 輸出模式選擇 MBF200 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(shí)工作。 (4)第一個(gè)象素的 A/D 轉(zhuǎn)換自動(dòng)開始 。讀該寄存器來讀取 A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。 MBF200 是可編程的傳感器芯片，它所具有的強(qiáng)大功能是通過內(nèi)部寄存器設(shè)置完成的。 ② 帶有 3 種總線接口，即 8 位微處理器 (MCU)總線接口、集成的 USB全速接口及串行周邊設(shè)備接口 (SPI)，使芯片的應(yīng)用設(shè)計(jì)更加靈活。在 SPI 模式下， MBF200 的圖像傳輸速度為 10 幀 /秒。 MBF200 表面運(yùn)用專利技術(shù)制成，表面涂層異常堅(jiān)固耐用，能承受超過 8KV 的靜電放電，即便在惡劣的環(huán)境中也能正常的使用。 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 從圖中可以看出本系統(tǒng)主要有五個(gè)模塊組成 :指紋數(shù)據(jù)采集模塊、微處理器模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、邏輯控制 CPLD 模塊和 USB 通訊模塊。CPLD 采用 Altera 公司的 EPM240 芯片，其功能為控制系統(tǒng)各個(gè)模塊芯片的片選，中斷，讀寫等信號。 (4)邏輯控制 CPLD 模塊 此部分由 CPLD 來完成，實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)方面的功能 :產(chǎn)生系統(tǒng)中各個(gè) 芯片的片選信號 。它指紋傳感器 微處理器 USB 具有非常高的性能、極為豐富的外圍設(shè)備、眾多種類的芯片、大量的開發(fā)工具和豐富的第三方資源 系統(tǒng)總體方案 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)分為硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程設(shè)計(jì)兩大部分。 選擇嵌入式處理器時(shí)主要考慮的因素有 : (1)處理器性能以及外圍功能 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并不要求選擇速度最快的處理器，而是在于選取能夠達(dá)到功能需求的最適合的處理器 。其中 8051 體系占多半，生產(chǎn)這種單片機(jī)的半導(dǎo)體廠家有 20 多個(gè)，共 350 多種衍生產(chǎn)品，僅 Philips 就有近 100 種。指紋識別技術(shù)的巨大市場前景，將對國際、國內(nèi)安防產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。首次使 用一個(gè)生物統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，需要存入使用者的參考圖案或參考數(shù)據(jù)組（所謂的 “ 模板 ” ），在以后每次進(jìn)行識別的時(shí)候，就以這個(gè)模板和使用者的特征進(jìn)行比較，然后參照一個(gè)允許誤差值確定是否屬于同一個(gè)人，對于每一個(gè)特征，系統(tǒng)都會(huì)算出相差或相似的程度。58 致謝 51 4． 4． 1 ARM 對 USB 的控制程序設(shè)計(jì) 44 4． 2． 4 USB 初始化 42 4． 2． 3 MBF200 初始化 06 2． 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 20 3． 2． 2 S3C44BOX 芯片 35 3． 4． 1 CH375 接口電路設(shè)計(jì) 57 5． 2 系統(tǒng)的展望 每個(gè)人 (包括指紋在內(nèi) )皮膚紋路在圖案、斷點(diǎn)和交叉點(diǎn)上各不 相同，也就是說，是唯一的，并且終生不變。將指紋技術(shù)的最前端環(huán)節(jié)指紋傳感器、嵌入式中應(yīng)用的非常廣泛的 ARM 處理器融為一體，設(shè)計(jì)出一套指紋圖像采集系統(tǒng)，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想 指紋采集技術(shù)是指紋識別技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，指紋采集系統(tǒng)原理框圖如圖 所示。 (3)功耗以及成本 現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)增長最快的市場是手持設(shè)備、手機(jī)、智能加電等消費(fèi)類電子產(chǎn)品。系統(tǒng)以 ARM 處理器為核心，它驅(qū)動(dòng)指紋傳感器采集指紋，并將指紋數(shù)據(jù)放入存儲(chǔ)器中，此數(shù)據(jù)可以被 PC 通過 USB接口獲取，也可以永久的保存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。 (5) USB 通訊模塊 考慮到數(shù)據(jù)上傳的速度問題，指紋數(shù)據(jù)的上傳采用了 USB 串口方式，大大提高了上傳的速度。系統(tǒng)軟件框圖如圖 所示 圖 系統(tǒng)軟件框圖 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 整個(gè)指紋采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為兩部分 :系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。下面就主要從傳感器的選擇、主要特性、采集原理和接口電路的設(shè)計(jì)幾個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)的介紹。 (3) 適 應(yīng) 更 復(fù) 雜 的 手 指 識 別 。 MCU:通過自動(dòng)增加行列地址寄存器的值以及模數(shù)轉(zhuǎn)換的路徑優(yōu)化功能， MBF200 內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn) 8 位微處理器總線的性能大大加強(qiáng)，圖像傳輸速度達(dá)到 30 幀 /秒，可以滿足連續(xù)指紋圖像的采集和比對。功能寄存器用于對芯片進(jìn)行操作控制 。另外， THR 用于在自動(dòng)檢測指紋時(shí)設(shè)置門限電壓。向 GETSUB,GETIMG 和 GETROW 中的任意一位寫入一個(gè) “1”，都將放棄當(dāng)前對應(yīng)模式的圖像獲取并重新開始新的該模式的圖像獲取，而且這三位每次最多只能有一位被置成 “1”。 (2) CTRLB(控制寄存器 B) CTRLB 寄存器用于控制 MBF200 的啟動(dòng)并顯示其工作狀態(tài)，必須在程序的最開始對它的位 0 和位 2 置 “1”，以使能 MBF200。 表 MBF200 的操作模式 MODE [1， 0] 描述 00 MCU 接口模式 01 SPI 接口模式 10 USB 模式，用內(nèi)部 ROM 11 USB 模式，用外部 ROM 在微處理器接口模式中，可將 MFB200 與 ARM 相連，且其接口形式非常簡單。 MBF200 接口電路設(shè)計(jì) 指紋采集電路原理圖如圖 所示 圖 指紋采集電路原理圖 使用微處理器接口 (Microprocessor Bus Interface)將用到 MBF200的以下引腳 : D[7:0], A0,/RD,/WR,/CSO,CS1,EXTINT,/INTR,/WAIT。 目前應(yīng)用較多的是下面幾個(gè)系列。 (4)代碼密度高并兼容 16 位的 Thumb 指令集。 圖 S3C44B0X 管腳結(jié)構(gòu) (2) S3C44B0X 功能引腳的配置 S3C44B0X 采用 LQFP160 封裝，除去通用的 71 個(gè) I/O 外，還有很多功能引腳，在系統(tǒng)的初始化程序中，根據(jù)系統(tǒng)本身對處理器的要求可通過 Boot Loader 程序用軟件的方式來設(shè)置一些功能引腳，但是一些功能引腳我們必須用硬件的方式來設(shè)置它的屬性，所以，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的初期，我們必須了解一些關(guān)鍵的功能引腳的屬性，然后才能來設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理圖。 PLLCAP: pin66:PLL 濾波電容。一般情況下， ARM 處理器的外設(shè)片選引腳都應(yīng)該與相應(yīng)的 nGCS 引腳相連。 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 目前所有的微控制器均為時(shí)序電路，需要一個(gè)時(shí)鐘信號才能工作，大多數(shù)微控制器具有部分晶體振蕩器電路。復(fù)位電路原理圖如圖 所示。TMS 為測試模式選擇， TMS 用來設(shè)置 JTAG 接口處于某種特定的測試模式 。 存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì) S3C44B0X 自身不具有 ROM，只有一個(gè) 8K 的 Cache，起一個(gè)數(shù)據(jù)緩存作用，因此必須外接 ROM 器件來存儲(chǔ)掉電后仍需要保存的代碼和數(shù)據(jù)。同時(shí)在后續(xù)的軟件編程時(shí)也需要注意選擇存儲(chǔ)下載程序的地址。 9． (2) SDRAM 存儲(chǔ)電路 10． 同步內(nèi)存 (SRAM)就是指它同系統(tǒng)時(shí)鐘同步，系統(tǒng)時(shí)鐘控制CPU 和 SDRAM,可以取消等待周期，減少數(shù)據(jù)存取時(shí)間。 系統(tǒng)中多數(shù)外圍器件與 ARM 的握手信號都是通過可編程邏輯器件來完成的，按照其所實(shí)現(xiàn)的功能， CPLD 在系統(tǒng)中主要有以下幾點(diǎn) : (1)產(chǎn)生各個(gè)芯片的片選信號。 (4)布局布線 :將 .edf 文件調(diào)入 PLD 廠家提供的軟件中進(jìn)行布線，即把設(shè)計(jì)好的邏輯安放到 PLD/FPGA 內(nèi) 。 (2)系統(tǒng)硬件描述能力強(qiáng) 。 Vccint 引腳始終接 電平，根據(jù)輸出的需要，可以把 Vccio 引腳連接到 或 電源。當(dāng)系統(tǒng)中不使用這四個(gè)引腳時(shí)，要將它們接地，防止這些管腳處于 “浮動(dòng) ”狀態(tài)，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在 USB 主機(jī)方式下，CH375 還提供了串行通訊方式，通過串行輸入、串行輸出和中斷輸出與單片機(jī) /ARM/MCU/MPU 等相連接。 端點(diǎn) 1 包括上傳端點(diǎn)和下傳端點(diǎn)，上傳和下傳緩沖區(qū)各是 8 個(gè)字節(jié)，上傳端點(diǎn)的端點(diǎn)號是 81H，下傳端點(diǎn)的端點(diǎn)號是 01H。一般的功能的代碼兩種語言都可以使用 。如果采集圖像的質(zhì)量很差，則沒傳感器等待手指 必要進(jìn)行指紋圖像的預(yù)處理了，因?yàn)槔^續(xù)處理會(huì)影響最終指紋識別的正確性，作廢這枚指紋數(shù)據(jù)，要求重新采集一枚指紋數(shù)據(jù)。 // CH375 Initialization TiemrOInitialization()。 FingerPrintProcess()。由于 Boot Loader 與硬件結(jié)合非常緊密，所以對于不同結(jié)構(gòu)的CPU 其 Boot Loader 程序都是不同的。依賴于 CPU 體系結(jié)構(gòu)的代碼，比如設(shè)備初始化代碼等，都放在 stage1 中，并且都用匯編語言來實(shí)現(xiàn)，以達(dá)到短小精悍的目的。 (2)下載內(nèi)核及根文件系統(tǒng)的映像文件到系統(tǒng)存儲(chǔ)器 (3)將 kernel 映像和根文件系統(tǒng) 映像從 flash 上讀到 RAM 空間中。 (3)設(shè)置缺省中斷處理函數(shù) 。 (4)調(diào)整傳感器放電參數(shù)和增益 。為 USB 設(shè)備的枚舉操作簡化了很多繁瑣的步驟 !源代碼如下： void CH375Initialization( void) { unsigned char i, k。 Datum=xReadCH375Data()。 } if(k= =0)mStopIfError(USB_ ERROR)。i100。系統(tǒng)中使 MBF200 工作在獲取矩形圖像的工作方式上，初始化芯片時(shí)先設(shè)置 RAH, RAL,