【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，0]描述00 微處理器接口模式01 SPI接口模式10 USB模式，用內(nèi)部ROM11USB模式，用外部ROMSPI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(shí)、同步地被發(fā)送和接收，而且只用到的信號(hào)有：SCLK, SCS, MOSI, MISO, EXINT。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的微處理器接口使用微處理器接口將用到以下引腳：D[7：0]、、CSEXTINT、。振源可選擇內(nèi)部晶振或者通過使用外部引腳XTALl / XTAL2接外部晶振。在使用微處理器模式時(shí)，SPI模式和USB模式被禁止。指紋傳感器通過目錄地址表去選擇它的功能寄存器。芯片內(nèi)有八位數(shù)據(jù)線（D[7:0]）和一個(gè)地址選擇線（）。此地址線用來選擇目錄寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。若為低，則選中目錄地址；若為高，則通過目錄地址選中數(shù)據(jù)寄存器，而目錄寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)保持原值，直至被重寫或者芯片復(fù)位。芯片有四個(gè)控制輸入引腳：、和CS1。若使為低且CS1為高，則選中芯片，數(shù)據(jù)被鎖存在寫（）的上升邊緣。表34是微處理器接口讀寫真值表。表34 微處理器接口讀寫真值表CS0CS1A0RDWR方式數(shù)據(jù)線HXXXX無效高阻XLXXX無效高阻LHXHH任意高阻LHLLH讀地址寄存器輸出LHLHL寫地址寄存器輸入LHHLH讀數(shù)據(jù)寄存器輸出LHHHL寫數(shù)據(jù)寄存器輸入 數(shù)字信號(hào)處理器TMS320VC5509ATMS320VC5509A是TI公司推出的新一代高性能、低功耗16位定點(diǎn)DSP。它是TMS320VC5509的改進(jìn)版本。其指令周期最快為5ns，片內(nèi)擁有12816k高速RAM，性價(jià)比很高，被廣泛用于嵌入式手持設(shè)備、通信、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域。TMS320VC55x內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖35所示。圖35 TMS320VC55x內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖TMS320VC55x采用基于增強(qiáng)的哈佛結(jié)構(gòu)[4]，可通過三組并行總線訪問多個(gè)存儲(chǔ)空間，它們分別是程序地址總線（PAB）、數(shù)據(jù)讀地址總線（DRAB）和數(shù)據(jù)寫地址總線（DWAB）。由于總線工作是獨(dú)立的，所以可以同時(shí)訪問程序和數(shù)據(jù)空間。由圖35可見，TMS320VC55x由3個(gè)主要部分組成：CPU、存儲(chǔ)空間、片內(nèi)外設(shè)。C55x系列具有統(tǒng)一的CPU內(nèi)核，由4個(gè)功能單元構(gòu)成：指令緩沖單元（I單元）、程序流單元（P單元）、地址—數(shù)據(jù)流單元（A單元）和數(shù)據(jù)運(yùn)算單元（D單元）。C55x中每個(gè)功能單元的具體構(gòu)成和基本功能如下：（1） 指令緩沖單元（I單元）包括3216位指令緩沖隊(duì)列（Instruction Buffer Queue）和指令譯碼器。此單元接收程序代碼并放入指令緩沖隊(duì)列，由指令譯碼器解釋指令，然后再把指令流傳給其他的P單元、A單元和D單元來執(zhí)行這些指令。（2） 程序流單元（P單元）包括程序地址發(fā)生器、程序控制邏輯。此單元產(chǎn)生所有程序空間地址，并送到PAB總線，達(dá)到控制程序流的目的。（3） 地址—數(shù)據(jù)流單元（A單元）包括數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生電路（DAGEN），附加的16位算術(shù)邏輯單元ALU和一組寄存器。此單元產(chǎn)生讀/寫數(shù)據(jù)空間地址，并發(fā)送到BAB、CAB和DAB總線上。（4） 數(shù)據(jù)運(yùn)算單元（D單元）包括40位桶形移位器、2個(gè)乘加單元（MAC）和1個(gè)40位的算術(shù)邏輯單元ALU和若干寄存器。D單元是CPU中最主要的部分，是主要的數(shù)據(jù)執(zhí)行部件，完成大部分?jǐn)?shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算工作。在圖像處理領(lǐng)域中，由于圖像數(shù)據(jù)量非常大，為了有效實(shí)時(shí)地傳輸信息，必須采用有效的圖像壓縮技術(shù)，同時(shí)海量的圖像數(shù)據(jù)也需要壓縮才能實(shí)現(xiàn)有效的存儲(chǔ)。DSP易于滿足圖像處理中運(yùn)算量大、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸速率高等要求，兼之計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的多媒體交互能力，因此DSP被廣泛地應(yīng)用于圖像處理領(lǐng)域中。設(shè)計(jì)中，由指紋傳感器MBF200采集到的是8bit灰度指紋圖像，其大小為300256，則存儲(chǔ)一幅圖像就需要75KB的空間，然而一般DSP 的數(shù)據(jù)空間僅有64KB，雖然可通過頁擴(kuò)展[5]的方式擴(kuò)大數(shù)據(jù)空間，但使用起來比較麻煩。TMS320VC5509A僅片內(nèi)就有128K16Bit的RAM，再加上片外數(shù)據(jù)空間的擴(kuò)展，最多可達(dá)16MB字節(jié)的數(shù)據(jù)空間，完全滿足算法要求。 邏輯控制芯片XC9572XL本設(shè)計(jì)采用了XILINX公司的邏輯控制芯片XC9572XL，它是一款低功耗、高性能CPLD，系統(tǒng)頻率高達(dá)178MHz。由于DSP的速度較快，要求譯碼的速度也必須較快，利用小規(guī)模邏輯器件譯碼的方式，已不能滿足DSP系統(tǒng)的要求。 同時(shí)，DSP系統(tǒng)中也經(jīng)常需要外部快速部件的配合，這些部件往往是專門的電路，有可編程器件實(shí)現(xiàn)。CPLD的時(shí)序嚴(yán)格，速度較快，可編程性好，非常適合于實(shí)現(xiàn)譯碼和專門電路。因此要在DSP系統(tǒng)中使用CPLD。該邏輯控制芯片在系統(tǒng)中的作用如下：（1） 完成對(duì)訪問地址的解碼，產(chǎn)生片選信號(hào)、地址信號(hào)。（2） 產(chǎn)生必要的邏輯控制和時(shí)序，將圖像數(shù)據(jù)或?qū)⒆x取的寄存器數(shù)據(jù)發(fā)送到DSP，將DSP的設(shè)置數(shù)據(jù)傳送到指紋芯片。（3） 在DSP需要讀取狀態(tài)和圖像數(shù)據(jù)時(shí)，產(chǎn)生必要的邏輯控制和時(shí)序，將數(shù)據(jù)從指紋采集芯片讀取并發(fā)送給DSP。（4） 在DSP寫指紋采集芯片的控制寄存器時(shí)，將控制數(shù)據(jù)傳送到指紋采集芯片的相應(yīng)控制寄存器。第4章 指紋采集和預(yù)處理軟件設(shè)計(jì)本章詳細(xì)介紹了指紋采集軟件和指紋圖像預(yù)處理軟件的設(shè)計(jì)。其中指紋采集部分是通過對(duì)傳感器MBF200編程實(shí)現(xiàn)的，指紋圖像預(yù)處理包括濾波、銳化、二值化和細(xì)化等應(yīng)用程序。所有程序采用標(biāo)準(zhǔn)C語言編寫，并在CCS上通過編譯和運(yùn)行。 CCS開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介TI公司提供的集成開發(fā)環(huán)境CCS主要完成系統(tǒng)的軟件開發(fā)和調(diào)試。它提供一整套的程序編制、維護(hù)、編譯和調(diào)試環(huán)境，CCS支持標(biāo)準(zhǔn)C語言編程，各種標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)都可以使用。只要在應(yīng)用的地方把頭文件*.h包含即可。CCS能將匯編語言和標(biāo)準(zhǔn)C 語言程序編譯連接生成COFF （Common Object File Format 通用對(duì)象文件格式）的可執(zhí)行文件，并能將程序下載到目標(biāo)DSP上運(yùn)行調(diào)試。CCS開發(fā)界面如圖41所示。圖41 CCS開發(fā)界面CCS一般工作在兩種模式下：軟件仿真器和與硬件開發(fā)板相結(jié)合的在線編程。前者可以脫離DSP芯片，在計(jì)算機(jī)上模擬DSP的指令集和工作機(jī)制，用于前期的算法驗(yàn)證和調(diào)試；后者實(shí)時(shí)運(yùn)行在DSP芯片上，可以在線編程和調(diào)試應(yīng)用程序。設(shè)計(jì)過程中，指紋采集部分采用硬件仿真方式實(shí)現(xiàn)，指紋圖像的預(yù)處理先通過軟件仿真方式對(duì)采集得到的指紋圖像進(jìn)行處理，待各個(gè)預(yù)處理算法通過驗(yàn)證之后，再使用硬件仿真方式進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。 指紋采集軟件設(shè)計(jì) 指紋采集技術(shù)指紋圖像的采集技術(shù)是指紋識(shí)別中的關(guān)鍵技術(shù)之一。獲得高質(zhì)量的原始指紋圖像是進(jìn)行精確的指紋識(shí)別的前提和保證。由于指紋的表面積相對(duì)較小，日常生活中手指常常會(huì)受到磨損，所以獲得優(yōu)質(zhì)的指紋細(xì)節(jié)圖像是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作。目前所用的指紋圖像采集設(shè)備主要基于三種技術(shù)：光學(xué)技術(shù)、半導(dǎo)體硅技術(shù)和超聲波技術(shù)。按指紋傳感器的工作原理分主要有：光電式、電容式、壓敏式、熱敏式和超聲波式指紋傳感器。 光學(xué)指紋采集技術(shù)光學(xué)指紋采集技術(shù)是最古老也是目前應(yīng)用最廣泛的指紋采集技術(shù)，光學(xué)指紋采集設(shè)備始于1971年，其原理是光的全反射。光線照到壓有指紋的玻璃表面，反射光線由CCD （Charge Coupled Device, 電荷耦合裝置）去獲得，反射光的量依賴于壓在玻璃表面指紋的脊和谷的深度以及皮膚與玻璃間的油脂和水分。光線經(jīng)玻璃照射到谷的地方后在玻璃與空氣的界面發(fā)生全反射，光線被反射到CCD，但射向脊的光線不發(fā)生全反射，而是被脊與玻璃的接觸面吸收或者漫反射到別的地方，這樣就在CCD上形成了指紋圖像。 半導(dǎo)體指紋采集技術(shù)半導(dǎo)體傳感器是1998年在市場(chǎng)上才出現(xiàn)的，這些含有微型晶體的平面通過多種技術(shù)來繪制指紋圖像。 其中硅電容指紋圖像傳感器這是最常見的半導(dǎo)體指紋傳感器，它通過電子度量來捕捉指紋。在半導(dǎo)體金屬陣列上能結(jié)合大約100，000個(gè)電容傳感器，其外面是絕緣的表面。傳感器陣列的每一點(diǎn)是一個(gè)金屬電極，充當(dāng)電容器的一極，按在傳感面上的手指頭的對(duì)應(yīng)點(diǎn)則作為另一極，傳感面形成兩極之間的介電層。由于指紋的脊和谷相對(duì)于另一極之間的距離不同（紋路深淺的存在），導(dǎo)致硅表面電容陣列的各個(gè)電容值不同，測(cè)量并記錄各點(diǎn)的電容值，就可以獲得具有灰度級(jí)的指紋圖像。半導(dǎo)體指紋采集設(shè)備可以獲得相當(dāng)精確的指紋圖像，分辨率可高達(dá)600dpi，并且指紋采集時(shí)不需要像光學(xué)采集設(shè)備那樣，要求有較大面積的采集頭。由于半導(dǎo)體芯片的體積小巧，功耗很低，可以集成到許多現(xiàn)有設(shè)備中。 超聲波指紋采集技術(shù)Ultrascan公司首開超聲波指紋圖像采集設(shè)備產(chǎn)品先河。超聲波指紋圖像采集技術(shù)被認(rèn)為是指紋采集技術(shù)中最好的一種，但在指紋識(shí)別系統(tǒng)中還不多見，成本很高，而且還處于實(shí)驗(yàn)室階段。超聲波指紋取像的原理是：當(dāng)超聲波掃描指紋的表面，緊接著接收設(shè)備獲取的其反射信號(hào)，由于指紋的脊和谷的聲阻抗的不同，導(dǎo)致反射回接收器的超聲波的能量不同，測(cè)量超聲波能量大小，進(jìn)而獲得指紋灰度圖像。積累在皮膚上的臟物和油脂對(duì)超聲波取像影響不大。所以這樣獲取的圖像是實(shí)際指紋紋路凹凸的真實(shí)反映。 幾種指紋傳感器的比較下表41是基于上述三種指紋采集技術(shù)的指紋傳感器在體積、耐用性、成像能力、耗電以及成本各個(gè)方面的比較結(jié)果[6]。由表可見，硅半導(dǎo)體指紋傳感器有許多無可替代優(yōu)點(diǎn)，它將是指紋傳感器應(yīng)用的主流。因此本課題采用半導(dǎo)體指紋傳感器MBF200是非常合理的。表41幾種指紋傳感器的比較比較項(xiàng)目光學(xué)指紋傳感器硅半導(dǎo)體傳感器超聲波指紋傳感器體積大大中耐用性非常耐用耐用一般成像能力干手指差，但汗多和稍臟的手指成像模糊干手指好，但汗多和稍臟的手指不易成像非常好 耗電較多較少 較多成本低低 很高 DSP的初始化DSP芯片的初始化是設(shè)定DSP芯片工作狀態(tài)的重要步驟，只有正確進(jìn)行DSP芯片的初始化，才能保證芯片的正確運(yùn)行。在調(diào)試軟件的過程中，如果發(fā)現(xiàn)程序運(yùn)行不正確，應(yīng)首先查看芯片各寄存器的初始化狀態(tài)設(shè)置是否正確，然后再調(diào)試用戶程序，否則就會(huì)降低調(diào)試效率。初始化DSP主要包括以下幾個(gè)方面：DSP 主頻、擴(kuò)展存儲(chǔ)器EMIF 接口和定時(shí)器等，初始化程序見附錄3。 MBF200的初始化初始化MBF200時(shí)，首先啟動(dòng)內(nèi)部ADC并對(duì)特殊功能寄存器CTRLB的第2位置位，以確定A/D轉(zhuǎn)換后的地址是否自動(dòng)增加，同時(shí)設(shè)置芯片時(shí)鐘源并使能傳感器。然后，調(diào)整參數(shù)，設(shè)置放電時(shí)間寄存器（DTR），設(shè)置放電電流速率的寄存器（DCR），設(shè)置可編程增益控制寄存器（PGC），主要用來設(shè)置放大器的增益。對(duì)傳感器進(jìn)行初始化包括以下幾個(gè)初始化內(nèi)容：（1） 對(duì)控制寄存器A（CTRLA）的初始化FPWriteReg (FP_CTRLA,0x00)（2） 設(shè)置傳感器門限值 FPWriteReg(FP_THR,FP_THV_STARTUP | FP_THC_ STARTUP)（3） 設(shè)置傳感器控制寄存器B（CTRLB） FPWriteReg(FP_CTRLB,FP_ENABLE|FP_XTALSEL|FP_AUTOINCEN|AFDEN)（4） 調(diào)整傳感器放電參數(shù) FPAdjustParams(FP_DT_STARTUP,FP_DC_STARTUP,FP_GAIN_STARTUP) （5） 清除所有中斷 FPWriteReg(FP_ ISR,0x03)（6） 最后，打開傳感器指紋檢測(cè)中斷，一旦有手指放下將開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。 void FPSensorlnit() {FPWriteReg(CTRLA,0x00)。 FPWriteReg(FP_THR,FP_THV_STARTUP|FP_THC_STARTUP)。 //設(shè)域值FPWriteReg(FP_CTRLB,FP_ENABLE|FP_XTALSEL|FP_AUTOINCEN|AFDEN。//寫CTRLB FPAdjustParams(FP_DT_STARTUP,FP_DC_STARTUP, FP_GAIN_STARTUP)。 //設(shè)置放電參數(shù)FPWriteReg (FP_ISR, 0x03)。//清除所有中斷FPWriteReg (FP_ICR, FP_IP_FINGER|FP_ IT_FINGER|FP_IE_FINGER)。 //手指探測(cè)中斷}除了對(duì)上述寄存器進(jìn)行初始化外，對(duì)傳感器初始化還有兩個(gè)重要工作，一是使能傳感器，二是使傳感器在非工作模式下處于低耗電狀態(tài)下。下面的函數(shù)作用是使傳感器不斷地檢測(cè)是否有手指放下。主要是對(duì)控制寄存器B（CTRLB）的參數(shù)設(shè)置，即設(shè)置CTRLB的使能位。void FPEnable(void){FPWriteReg (FP_CTRLB, (FPReadReg (FP_CTRLB)|FP_ENABLE))。//配置CTRLB的使能位}下面的函數(shù)作用是使傳感器處于低耗電模式下。主要是對(duì)控制寄存器B(CTRLB)的參數(shù)設(shè)置，與傳感器使能函數(shù)相反，即清除CTRLB的使能位。void FPLowPower (void){FPWriteReg (FP_CTRLB, (FPReadReg(FP_CTRLB)amp。~FP_ENABLE))。 //清除CTRLB的使能位} 指