【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 DSP的握手信號(hào)都是通過(guò)可編程邏輯器件來(lái)完成的，按其所實(shí)現(xiàn)的功能可分為如下兩個(gè)模塊：（1）DSP尋址空間模塊：VC5402可尋址的數(shù)據(jù)空間為64K，系統(tǒng)中由SRAM和FLASH分時(shí)占用這一空間，該模塊根據(jù)DSP輸出的控制信號(hào)和數(shù)據(jù)空間選擇信號(hào)分時(shí)尋址這兩個(gè)存儲(chǔ)體。（2）芯片讀寫(xiě)信號(hào)模塊：一般而言VC54x系列DSP所提供的接口信號(hào)與外圍芯片所需的信號(hào)不完全一致，為了解決這個(gè)問(wèn)題可以根據(jù)DSP提供的相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合來(lái)滿足不同芯片的要求。 CPLD的選型相對(duì)于其它從事可編程器件研發(fā)的廠家來(lái)說(shuō)，ALTERA公司所開(kāi)發(fā)的CPLD產(chǎn)品占有較大的市場(chǎng)范圍，其MAX7000系列器件更是同性能產(chǎn)品中的佼佼者。（1）MAX7000是用CMOS EEPROM單元實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)的。用戶可編程的MAX7000結(jié)構(gòu)可容納各種各樣，獨(dú)立的組合邏輯和時(shí)序邏輯函數(shù)。在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和調(diào)試階段，MAX7000器件可以快速而有效地重新編程，并保證可編程擦除100次。（2）MAX7000有32～256個(gè)宏單元。每個(gè)宏單元有一個(gè)可編程的“與”陣和固定的“或”陣，以及一個(gè)可以獨(dú)立編程的時(shí)鐘。為了能構(gòu)成復(fù)雜的邏輯函數(shù)，每個(gè)宏單元可使用共享擴(kuò)展乘積項(xiàng)和高速并聯(lián)擴(kuò)展乘積項(xiàng)，向每個(gè)宏單元提供多達(dá)32個(gè)乘積項(xiàng)。（3）MAX7000系列由QUARTUS II開(kāi)發(fā)系統(tǒng)支持，該系統(tǒng)是個(gè)單一的集成軟件包，它提供電路圖、文本和波形等設(shè)計(jì)輸入方式；執(zhí)行編譯和邏輯綜合、仿真和定時(shí)分析，以及器件編程等工作。QUARTUS II具有EDIF、VHDL、Verilog HDL，以及其它的網(wǎng)表接口，便于為工作在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)PC機(jī)和工作站上的各種EDA工具提供附加的設(shè)計(jì)輸入和仿真支持。鑒于MAX7000系列器件的資源情況，本系統(tǒng)采用了MAX7000中的EPM7128SLC84芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)全局邏輯電路設(shè)計(jì)。 DSP尋址空間模塊設(shè)計(jì)TMS320VC5402有3個(gè)片選管腳用于分配外部器件映射到那個(gè)存儲(chǔ)空間中。 IS：I/O空間選擇信號(hào)。默認(rèn)情況下為高電平，只有尋址外部的I/O空間時(shí)才為低電平。 DS：數(shù)據(jù)空間選擇信號(hào)。默認(rèn)情況下為高電平，只有尋址外部的數(shù)據(jù)空間時(shí)才為低電平。DSP數(shù)據(jù)空間是統(tǒng)一編址的，當(dāng)DSP檢測(cè)到所尋址的空間不在內(nèi)部時(shí)，會(huì)自動(dòng)到外部數(shù)據(jù)空間去尋址。 PS：程序空間選擇信號(hào)。默認(rèn)情況下為高電平，只有尋址外部的程序空間時(shí)才為低電平。DSP程序空間也是統(tǒng)一編址的，當(dāng)DSP檢測(cè)到所尋址的空間不在內(nèi)部時(shí)，會(huì)自動(dòng)到外部程序空間去尋址。 系統(tǒng)中的指紋芯片F(xiàn)PS200被映射到DSP的I/O空間中。共分配了兩個(gè)I/O地址空間給FPS200，其索引寄存器端口地址為0x8000，而其數(shù)據(jù)寄存器端口地址為0x8001。系統(tǒng)中FLASH和SRAM都占據(jù)了DSP外部數(shù)據(jù)空間的0x4000～0xFFFF部分。從時(shí)空的角度而言，這兩者是分時(shí)占據(jù)數(shù)據(jù)空間的，所以在分時(shí)訪問(wèn)不同存儲(chǔ)器芯片時(shí)需要分別為它們安排相應(yīng)的選通信號(hào)，該選通信號(hào)由DSP的數(shù)據(jù)空間選擇信號(hào)DS和通用I/O口信號(hào)XF來(lái)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)上電復(fù)位后，XF管腳自動(dòng)輸出高電平，這時(shí)FLASH占據(jù)數(shù)據(jù)空間，通過(guò)“Boot loader”功能并行加載應(yīng)用程序。一旦程序加載完成，系統(tǒng)就不再需要程序存儲(chǔ)器了，因此上電后，利用軟件編程使XF輸出為低電平，釋放FLASH所占用的空間，由SRAM占用數(shù)據(jù)空間。 芯片讀寫(xiě)信號(hào)模塊設(shè)計(jì)TMS320VC5402的讀寫(xiě)控制信號(hào)包括：MSTRB、IOSTRB和R/W。MSTRB：外部存儲(chǔ)器選通信號(hào)，用于訪問(wèn)外部程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，在默認(rèn)狀態(tài)下為高電平，只有在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)才為低電平。IOSTRB：I/O設(shè)備選通信號(hào)，用于訪問(wèn)I/O設(shè)備，在默認(rèn)狀態(tài)下為高電平，只有在訪問(wèn)I/O設(shè)備時(shí)才為低電平。R/W：讀寫(xiě)信號(hào)，用于控制數(shù)據(jù)傳輸方向，在默認(rèn)狀態(tài)下為高電平，作為讀信號(hào)來(lái)使用。VC5402的R/W信號(hào)為MOTOROLA格式，即讀寫(xiě)信號(hào)是通過(guò)同一根信號(hào)線分時(shí)復(fù)用而得的。當(dāng)讀外部芯片時(shí)，此信號(hào)線代表的是讀信號(hào)，輸出為高電平；當(dāng)寫(xiě)外部芯片時(shí)，此信號(hào)代表的是寫(xiě)信號(hào)，輸出為低電平。然而系統(tǒng)中所有外圍器件的讀寫(xiě)控制信號(hào)都是INTEL格式的，即讀寫(xiě)信號(hào)是通過(guò)兩根不同的信號(hào)線來(lái)產(chǎn)生的，且讀寫(xiě)信號(hào)的使能都是低電平有效。為此，需將DSP的讀寫(xiě)控制信號(hào)在CPLD中進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪壿嫿M合后，用于控制外部器件。圖33 CPLD電路設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)通訊單元USB在早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上，常用串口或并口連接外圍設(shè)備。每個(gè)接口都需要占用計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源(如中斷，I/0地址，DMA通道等)。無(wú)論是串口還是并口都是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，一個(gè)接口僅支持一個(gè)設(shè)各。因此每添加一個(gè)新的設(shè)備，就需要添加一個(gè)ISA/EISA或PCI卡來(lái)支持，同時(shí)系統(tǒng)需要重新啟動(dòng)才能驅(qū)動(dòng)新的設(shè)備。 USB通訊特點(diǎn)USB是PC體系中的一套全新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，USB全稱為Universal Serial Bus(通用串行總線)，是1994年11月由IBM、Intel、Compaq、DEC、Microsoft、NEC和NorthTele共同推出的PC外設(shè)接口標(biāo)準(zhǔn)，由于其具有使用方便及成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，迅速得到業(yè)界的強(qiáng)力支持，目前己經(jīng)成為主流的總線標(biāo)準(zhǔn)。USB很好地解決了計(jì)算機(jī)外設(shè)種類(lèi)的日益增加與有限的主板插槽和端口之間的矛盾，并且支持單個(gè)主機(jī)與多個(gè)外設(shè)同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，USB以其即插即用、總線供電、傳輸速度快、支持熱拔插等便捷特點(diǎn)應(yīng)用越來(lái)越廣。 基于CH375的USB電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)針對(duì)指紋數(shù)據(jù)通訊的具體應(yīng)用，設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)USB傳輸模式。USB既是一種總線規(guī)范，又是一種傳輸協(xié)議。本系統(tǒng)采用了南京沁恒電子有限公司研發(fā)的CH375 這款USB通訊芯片來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)USB通訊電路。CH375內(nèi)置固件模式下屏蔽了相關(guān)的USB協(xié)議，自動(dòng)完成標(biāo)準(zhǔn)的USB枚舉配置過(guò)程，完全不需要本地端控制器作任何處理，簡(jiǎn)化了DSP的固件編程。通用Windows 驅(qū)動(dòng)程序提供設(shè)備級(jí)接口，通過(guò)DLL 提供API應(yīng)用層接口。通用的本地8 位數(shù)據(jù)總線：讀選通、寫(xiě)選通、片選輸入、中斷輸出。塊端點(diǎn)上傳下傳緩沖區(qū)各64字節(jié)，輔助端點(diǎn)上傳下傳緩沖區(qū)各8字節(jié)。CH375是一個(gè)USB總線的通用接口芯片，支持USBHOST主機(jī)方式和USBDEVICE/SLAVE設(shè)備方式。本系統(tǒng)采用了USBDEVICE/SLAVE設(shè)備方式。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CH375的配套軟件提供了簡(jiǎn)潔易用的操作接口，與本地端的DSP通訊就如同讀寫(xiě)文件。CH375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。在內(nèi)置固件模式下，CH375自動(dòng)處理默認(rèn)端點(diǎn)0的所有事務(wù)，本地端DSP只要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交換，所以DSP程序非常簡(jiǎn)潔。其硬件電路設(shè)計(jì)如圖34所示。圖34 USB電路設(shè)計(jì)CH375芯片內(nèi)部集成了PLL倍頻器、主從USB接口SIE、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、被動(dòng)并行接口、異步串行接口、命令解釋器、控制傳輸?shù)膮f(xié)議處理器、通用的固件程序等。PLL 倍頻器用于將外部輸入的12MHz 時(shí)鐘倍頻到48MHz，作為USB接口SIE時(shí)鐘。主從USB 接口SIE是USB主機(jī)方式和USB設(shè)備方式的一體式SIE，用于完成物理的USB數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，自動(dòng)處理位跟蹤和同步、NRZI 編碼和解碼、位填充、并行數(shù)據(jù)與串行數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換、CRC數(shù)據(jù)校驗(yàn)、事務(wù)握手、出錯(cuò)重試、USB 總線狀態(tài)檢測(cè)等。4 指紋采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)當(dāng)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件算法確定，而且核心處理器DSP選擇了后，就應(yīng)該考慮如何完成應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)。本設(shè)計(jì)中有三大軟件系統(tǒng)，即為DSP、USB和上位機(jī)的程序。TMS320VC5402提供兩種編程語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言和C/C++。一般的功能的代碼兩種語(yǔ)言都可以使用；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。USB的固件編程方面因?yàn)镃H375的強(qiáng)大功能可以省去很大DSP的軟件開(kāi)銷(xiāo)。上位機(jī)則使用VC++來(lái)編寫(xiě)控制接收界面和以后要進(jìn)行指紋識(shí)別的框架。系統(tǒng)上電系統(tǒng)初始化包括外圍芯片的初始化手指在否指紋采集指紋預(yù)處理指紋數(shù)據(jù)上傳省電模式否是質(zhì)量合格是否顯示不合格報(bào)警 圖41 主程序流程圖 系統(tǒng)軟件概述軟件實(shí)現(xiàn)包括三大部分，一是指紋采集控制部分，二是指紋數(shù)據(jù)預(yù)處理，最后是指紋數(shù)據(jù)的上傳。指紋數(shù)據(jù)采集控制部分是使用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，而指紋數(shù)據(jù)傳輸采用C/C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，之后調(diào)用TMS320VC5402 C編譯器將其編譯成匯編語(yǔ)言，然后再送TMS320VC5402匯編器進(jìn)行匯編。指紋采集系統(tǒng)的主程序流程圖如圖41所示。目標(biāo)板上電后就對(duì)整個(gè)采集系統(tǒng)進(jìn)行初始化操作，包括DSP系統(tǒng)的初始化和目標(biāo)板上外設(shè)的初始化，對(duì)他們進(jìn)行參數(shù)配置。初始化完成后就開(kāi)始檢測(cè)指紋傳感器上是否有手指，如果有則進(jìn)行指紋圖像的采集，采集完成后就對(duì)這枚指紋圖像進(jìn)行預(yù)處理工作。在預(yù)處理的前端對(duì)采集進(jìn)來(lái)的這枚指紋圖像進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估，以判斷是否需要繼續(xù)進(jìn)行指紋圖像的預(yù)處理工作，若這枚指紋采集的質(zhì)量比較好則繼續(xù)剩