【正文】 緒論第一章 緒論 課題背景和意義在科技、社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的當(dāng)今，城市的面貌發(fā)生了極大的變化，林立的大廈、眾多成片小區(qū)的出現(xiàn)的同時(shí)也產(chǎn)生了不少的安全隱患，不法分子利用高科技手段犯罪的行為也逐漸多了起來(lái)，怎么讓人們利用現(xiàn)代科技手段為自己的人身財(cái)產(chǎn)安全保駕護(hù)航，同時(shí)有效的阻止犯罪行為呢？傳統(tǒng)的門(mén)鎖和防盜門(mén)已經(jīng)不能滿足人們的需求了。本課題就是以ARM為主控制器，將嵌入式技術(shù)和射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到門(mén)禁系統(tǒng)中，利用嵌入式系統(tǒng)豐富的控制器資源、對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力、可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)方便以后功能的完善，同時(shí)射頻技術(shù)來(lái)檢測(cè)IC卡，通行的人用IC卡來(lái)獲得進(jìn)入的權(quán)限。它以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主體，涉及了電子、機(jī)械、光學(xué)、通訊技術(shù)、生物技術(shù)等多種技術(shù)用來(lái)有效的對(duì)出入口進(jìn)行控制，并且限制出入人員的權(quán)限。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 摘 要 門(mén)禁系統(tǒng)作為安防系統(tǒng)中的一個(gè)重要部分，隨著人們的生活水平和工作的質(zhì)量的提升，其技術(shù)要求也得到了相應(yīng)的提升。同時(shí)在樓宇自動(dòng)化中門(mén)禁系統(tǒng)也得了很多的重視。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)門(mén)禁鎖實(shí)現(xiàn)對(duì)出入口的控制，而最多只需要一個(gè)人在中心監(jiān)控室實(shí)現(xiàn)有必要的人為控制。關(guān)鍵字：門(mén)禁系統(tǒng)，嵌入式技術(shù)，身份識(shí)別技術(shù)I攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ABSTRACTABSTRACTAccess control system as an important part of the security system, with the enhancement of people39。在現(xiàn)代化的城市地區(qū)，為樹(shù)立公司、大廈或者機(jī)關(guān)辦公場(chǎng)所規(guī)范化管理形象，提高管理，智能門(mén)禁系統(tǒng)就在這些情況下應(yīng)運(yùn)而生，它的出現(xiàn)讓以前單一的讓保安看守的形式變得多樣化，在高檔辦公區(qū)，可以智能門(mén)卡可以替代門(mén)鎖的作用讓人和人有不同的通過(guò)權(quán)限，被授權(quán)的持卡人可以進(jìn)入其職責(zé)范圍內(nèi)的區(qū)域，同時(shí)可將不受歡迎的人員拒之門(mén)外，例如業(yè)務(wù)推銷員，這些干擾正常辦公秩序的無(wú)關(guān)人等。傳統(tǒng)的機(jī)械門(mén)只能防范一般的的盜竊犯罪行為，無(wú)論材料是多么的堅(jiān)固，設(shè)計(jì)怎樣合理，人們想打開(kāi)還是能夠打開(kāi)的，而且鑰匙的管理是很麻煩的，鑰匙掉了的話需要把鎖和鑰匙一起更換。 門(mén)禁系統(tǒng)的發(fā)展和國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀門(mén)禁系統(tǒng)，又被稱作出入口控制系統(tǒng)，顧名思義就是對(duì)出入口通道進(jìn)行管制的系統(tǒng)，通過(guò)管理來(lái)決定哪些人該進(jìn)，哪些人不該進(jìn)，在何種情況下發(fā)出警報(bào)，記憶出入的情況，從而保障出入安全的目的。門(mén)禁系統(tǒng)出現(xiàn)的首要目的就是身份的識(shí)別，門(mén)禁系統(tǒng)通過(guò)識(shí)別方式可以分成三種：密碼識(shí)別通過(guò)輸入驗(yàn)證密碼的正確性來(lái)獲取進(jìn)入權(quán)限，有成本低操作簡(jiǎn)單，用戶只需要記住密碼即可完成與門(mén)禁的互動(dòng)，無(wú)需帶上卡片等優(yōu)點(diǎn)，可以說(shuō)這是最簡(jiǎn)單的門(mén)禁設(shè)備，也是應(yīng)用時(shí)間最久的門(mén)禁控制設(shè)備，但是這類門(mén)禁的安全性和效率也是最低的，旁人可以通過(guò)觀察或者其他簡(jiǎn)單的渠道就可以獲取大門(mén)的控制密碼，而且由于知道密碼的人眾多，所以還存在著易公開(kāi)但是不方便更換的特點(diǎn)。因外界磁場(chǎng)很容易造成卡片信息丟失，從而使卡片無(wú)效。卡片很難被復(fù)制。生物識(shí)別通過(guò)檢驗(yàn)人員的生物特性的方式來(lái)識(shí)別，有指紋型、虹膜型、掌形型、面部識(shí)別型，還有手指靜脈識(shí)別型等。同時(shí)對(duì)環(huán)境的要求也很高，例如在黑夜的時(shí)候人的瞳孔會(huì)變大，虹膜識(shí)別很有可能失去原有的功能。中國(guó)門(mén)禁行業(yè)的發(fā)展歷程，也與國(guó)內(nèi)其它行業(yè)一樣經(jīng)歷了探索、仿制、研發(fā)、成熟等幾個(gè)階段。在國(guó)外的門(mén)禁系統(tǒng)有很多品牌，主要有美國(guó)的休斯(HID)、摩托羅拉(MOTOROLA)、英國(guó)的集寶，以色列的SE、西屋（WSE）、洛泰克（NTK）等品牌，國(guó)內(nèi)門(mén)禁系統(tǒng)的品牌主要有清華紫光和捷順等。國(guó)內(nèi)外目前研制和使用主要集中的門(mén)禁系統(tǒng)為感應(yīng)門(mén)禁系統(tǒng)和生物識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)。智能小區(qū)的推廣和智能小區(qū)的安全防范的增強(qiáng)，使智能門(mén)禁系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化成為可能。因此該系統(tǒng)以射頻門(mén)禁讀卡器和嵌入式移植為核心，提出軟件設(shè)計(jì)的詳細(xì)方案，并給出射頻門(mén)禁卡、門(mén)禁控制器的相關(guān)介紹和設(shè)計(jì)的總體思路和具體實(shí)現(xiàn)方法。同時(shí)在門(mén)禁主控制端要進(jìn)行Linux的移植工作，其中包括Uboot、內(nèi)核的制定和裁剪、文件系統(tǒng)的制作。59攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 門(mén)禁系統(tǒng)技術(shù)的介紹第二章 門(mén)禁系統(tǒng)技術(shù)的介紹 RFID射頻識(shí)別技術(shù)的介紹自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是一種自動(dòng)收集數(shù)據(jù)的技術(shù)，用收集相關(guān)的人或者物的信息或數(shù)據(jù)，射頻識(shí)別技術(shù)是眾多自動(dòng)識(shí)別技術(shù)中的一種。這個(gè)號(hào)碼存儲(chǔ)在附屬天線集成電路中，IC和天線一起被稱為電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽附屬于要識(shí)別的物體、地點(diǎn)或者人。無(wú)線電的信號(hào)是通過(guò)調(diào)成無(wú)線電頻率的電磁場(chǎng)，把數(shù)據(jù)從附著在物品上的標(biāo)簽上傳出去，以自動(dòng)辨識(shí)與追蹤該物品。標(biāo)簽包含了電子存儲(chǔ)的信息，數(shù)米之內(nèi)都可以識(shí)別。RFID系統(tǒng)一般是由電子標(biāo)簽和讀寫(xiě)器組成，同時(shí)結(jié)合許多其他組件在現(xiàn)實(shí)生活中也出現(xiàn)過(guò)，例如計(jì)算機(jī)、軟件系統(tǒng)、無(wú)線設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)。典型的RFID系統(tǒng)由以下兩部分組成:1)電子標(biāo)簽，即攜帶數(shù)據(jù)的發(fā)射器（如標(biāo)簽）。根據(jù)使用的電源可以把標(biāo)簽分為主動(dòng)標(biāo)簽、半被動(dòng)標(biāo)簽和被動(dòng)標(biāo)簽，還可以個(gè)根據(jù)其編碼的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分為只讀、讀/寫(xiě)以及讀/寫(xiě)/重寫(xiě)。2）讀寫(xiě)器，即讀取電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)和寫(xiě)入數(shù)據(jù)到電子標(biāo)簽的收發(fā)器（或閱讀器）。RFID技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)就是減少了人工干預(yù)，可以在商業(yè)活動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程中自動(dòng)收集數(shù)據(jù)，且收集數(shù)據(jù)不需要貼別的動(dòng)作。因?yàn)闊o(wú)需打開(kāi)物品包裝盒就可以掃描貨品來(lái)收集數(shù)據(jù)，RFID還節(jié)約時(shí)間和降低成本的好處。RFID技術(shù)廣泛應(yīng)用于供應(yīng)物流鏈管理、公共管理、人員管理、門(mén)禁控制、交通領(lǐng)域、生產(chǎn)領(lǐng)域中。作為知識(shí)產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，ARM公司不直接從事芯片生產(chǎn)，而是轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可，由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片。目前，采用ARM技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）核的處理器已遍布及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和無(wú)線電系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng)，基于ARM技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位RISC微處理器的大部分市場(chǎng)份額，ARM技術(shù)正逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面。指令執(zhí)行速度更快；4) 大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；5) 尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高；6) 指令長(zhǎng)度固定；除了上述特點(diǎn)之外，ARM體系結(jié)構(gòu)還采用了下面一些特別的技術(shù)，在保證高性能的前提下盡量縮小芯片的面積，并降低功耗：1) 所有的指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結(jié)果決定是否被執(zhí)行，從而提高指令的執(zhí)行效率；2) 可用加載/存儲(chǔ)指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率；3) 可在一條數(shù)據(jù)處理指令中間同時(shí)完成邏輯處理和移位處理；4) 在循環(huán)處理中使用地址的自動(dòng)增減來(lái)提高運(yùn)行效率；到目前為止 ARM微處理器及技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)深入到以下的許多領(lǐng)域:1) 工業(yè)控制領(lǐng)域 :作為32的RISC架構(gòu)基于ARM核的微控制器芯片不但占據(jù)了高端微控制器市場(chǎng)的大部分市場(chǎng)份額同時(shí)也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展,ARM微控制器的低功耗、高性價(jià)比，向傳統(tǒng)的8位/16位微控制器提出了挑戰(zhàn)。3）網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用ARM技術(shù)的ADSL芯片正逐步獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。4）消費(fèi)類電子產(chǎn)品：技術(shù)在目前流行的數(shù)字音頻播放器數(shù)字機(jī)頂盒和游戲機(jī)中得 到廣泛采用。手機(jī)中的32位SIM智能卡也采用了ARM技術(shù)。[] 嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)、電子和信息技術(shù)，以產(chǎn)品和設(shè)備為目標(biāo)，集硬件和軟件于一體的專用系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)及用戶的應(yīng)用程序幾個(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)別的控制、監(jiān)控和或者管理等功能。由于嵌入式系統(tǒng)是一種專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所以嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)也和PC的體系結(jié)構(gòu)類似，主要包括硬件、操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序三部分。在PC中，CPU的體系結(jié)構(gòu)幾乎是x86系列的天下。其中ARM、PowerPC、MIPS等應(yīng)用最為廣泛。顯然，嵌入式存儲(chǔ)器的性能和容量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上PC中的DDR內(nèi)存和硬盤(pán)的。嵌入式操作系統(tǒng)用來(lái)管理中斷處理、任務(wù)間通信、存儲(chǔ)器分配和定時(shí)器的相應(yīng)的軟件模塊集合，對(duì)其要求通常有實(shí)時(shí)的作用，因此，嵌入式操作系統(tǒng)往往又是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。而免費(fèi)開(kāi)源的Linux嵌入式操作系統(tǒng)，在功能上和性能上并不遜色于以上的商業(yè)軟件，因此在嵌入式領(lǐng)域有著強(qiáng)大的生命力和發(fā)展前景。它可以由一個(gè)任務(wù)來(lái)完成也可以由多個(gè)任務(wù)共同完成。4） 對(duì)代碼的要求高質(zhì)量、高可靠性。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖其中門(mén)禁控制器和門(mén)禁讀卡器將會(huì)是該門(mén)禁系統(tǒng)的核心部分，讀卡器讀取射頻門(mén)禁卡上面的數(shù)據(jù)，并且對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼分析，然后將卡的信息通過(guò)USB發(fā)送給門(mén)禁控制器，門(mén)禁控制器再做相應(yīng)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)門(mén)禁控制的功能。本文的主要任務(wù)是USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動(dòng)的移植和射頻讀卡器應(yīng)用程序的編寫(xiě)。其中門(mén)禁控制器采用了S3C6410處理器芯片，門(mén)禁控制器外接基于STC12C5A60S2單片機(jī)的射頻讀卡器，通過(guò)USB接口連接。S3c6410才用64/32位內(nèi)部總線架構(gòu)，由AXI、AHB和APB總線組成。內(nèi)部集成的一個(gè)多格式編碼器支持MPEG4/，同時(shí)這個(gè)硬件解碼器支持實(shí)時(shí)視頻會(huì)議和NTSC、PAL模式的TV輸出。 3c6410結(jié)構(gòu)框圖如下圖： S3c6410結(jié)構(gòu)框圖S3c6410處理器特性主要如下：l 基于CPU子系統(tǒng)的ARM1176JZFS具有Java加速引擎，16KB/16KB I/D緩存和16KB/16KB I/D TCM；l V時(shí)達(dá)533 MHz， V時(shí)達(dá)677 MHz；l 一個(gè)8位ITU 601/656相機(jī)接口，支持4M像素（縮放）或者16M像素（未縮放）；l 多標(biāo)準(zhǔn)解碼器提供30幀每秒MPEG4/；l 具有BITBLIT和旋轉(zhuǎn)的2D圖形加速；l 3D圖形加速在133MHz時(shí)可達(dá)4M的三角形運(yùn)算能力；l AC97音頻編解碼接口和PCM串行音頻接口；l 支持1,2,4或8像素/位調(diào)色彩色顯示及16像素/位無(wú)調(diào)色真彩顯示；l IIS和IIC接口支持；l 專用的IrDA接口支持MIR、FIR及SIR；l 靈活配置的GPIO端口；l OTG端口支持高速傳輸（480 Mbps，片上收發(fā)器）；l （12 Mbps，片上收發(fā)器）；l SD/MMC/SDIO/CEATA 兼容卡主控制器；l 實(shí)時(shí)時(shí)鐘，鎖相環(huán)，具有PWM的定時(shí)器和看門(mén)狗定時(shí)器；l 32通道DMA控制器；l 支持8 X 8 鍵盤(pán)矩陣；l 先進(jìn)電源的管理適用于手機(jī)應(yīng)用；l 存儲(chǔ)器子系統(tǒng)支持8位或16位數(shù)據(jù)總線的SRAM/ROM/NOR Flash接口；支持16位數(shù)據(jù)總線的混合式OneNAND閃存接口；支持8位數(shù)據(jù)總線的NANDFlash接口；支持32位數(shù)據(jù)總線的SDRAM接口；支持32位數(shù)據(jù)總線的移動(dòng)SDRAM接口；支持32位數(shù)據(jù)總線的移動(dòng)DDR接口； MF RC500射頻讀寫(xiě)芯片Philips 公司的MIFARE 非接觸式智能標(biāo)簽在非接觸標(biāo)簽應(yīng)用領(lǐng)域占有全球80%的市場(chǎng)份額，是目前非接觸智能標(biāo)簽的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也成為 ISO/IEC 1444322001 的工作草案。隨著其應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，如公共交通、路橋收費(fèi)、電子機(jī)票、身份證、付費(fèi)電話等，再加上應(yīng)用裝置的增加，與MIFARE相關(guān)的行業(yè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。該讀卡IC系列利用先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念。此外，還支持用于驗(yàn)證MIGARE系列產(chǎn)品的快速CRYPTO1加密算法。MF RC500的功能框圖圖下圖所示。MF RC500的外部接口包括數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線（包含中斷和讀寫(xiě)信號(hào)等）和電源等。數(shù)據(jù)處理部分執(zhí)行數(shù)據(jù)的串行/并行轉(zhuǎn)換。MF RC500以完全透明的模式進(jìn)行操作，因此支持ISO/IEC 144322001的所有層。當(dāng)與MIFARE Standard 和 MIFARE 通信時(shí)，使用高速CRYPTO1流密碼單元和一個(gè)可靠的非易失性密鑰存儲(chǔ)器。接收器可以檢測(cè)到并解碼非常弱的應(yīng)答信號(hào)。為達(dá)到EMC特性和信號(hào)解耦方面實(shí)現(xiàn)最佳性能期間使用了3個(gè)獨(dú)立的電源。MF RC500的具有以下的優(yōu)良特性：高集成度模擬電路用于電子標(biāo)簽應(yīng)答的解調(diào)和解碼；緩沖輸出驅(qū)動(dòng)電路使用最少數(shù)目的外部元件連接到天線；近距離操作（可達(dá)100mm）；；時(shí)鐘頻率監(jiān)視；硬件復(fù)位是低功耗的；軟件實(shí)現(xiàn)掉電模式；并行微處理器接口帶有地址鎖存和IRQ線；微處理器并行接口類型可以自動(dòng)檢測(cè)；接受FIFO緩沖區(qū)和易用的發(fā)送；面向位和字節(jié)的幀；唯一的序列號(hào)；支持防碰撞過(guò)程；片內(nèi)時(shí)鐘電路；支持MIFARE PRO和ISO/IEC 1444322001(透明模式且T = “CL”)；支持Mifare Classic；CRYPTO1以及具有可靠的內(nèi)部非易失性的密鑰存儲(chǔ)器；支持MIFARE有源天線；在高安全性的終端上非常適用。一般包括Boot Loader、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式文件系統(tǒng)和應(yīng)用程序。嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如下圖： 嵌入式系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 選擇Linux操作系統(tǒng)的理由在嵌入式領(lǐng)域有很多成熱的操作系統(tǒng),它們廣泛的應(yīng)用在各種領(lǐng)域，如Linux、WindowsCE、Vxworks、pSOS等，本設(shè)計(jì)中選擇Linux作為嵌入式開(kāi)發(fā)的操作系統(tǒng),以下列舉了選擇嵌入式開(kāi)發(fā)的Linux操作系統(tǒng)所具有的一些優(yōu)勢(shì)：（1） 嵌入式Linux有開(kāi)放的源代碼。（2） 成本低，可以不用花錢(qián)就能獲得源代碼。而商業(yè)操作系統(tǒng)每個(gè)拷貝售價(jià)在幾百美元到幾萬(wàn)美元不等,如果需要操作系統(tǒng)的源代碼，則還需要另外購(gòu)買(mǎi)。相比之下，嵌入式Linux這一優(yōu)點(diǎn)對(duì)于對(duì)成本和能耗極為敏感的嵌入式產(chǎn)品是十分重要的。Linux操作系統(tǒng)作為類Unix操作系統(tǒng)的典型，繼承了在服務(wù)器方面Unix安全可靠高效的特點(diǎn)，并且繼承了Unix支持的標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)協(xié)議，可以非常方便地搭建起一個(gè)簡(jiǎn)易的服務(wù)器系統(tǒng)，長(zhǎng)期運(yùn)行，使得基于