【正文】 入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。一方面，它與通用的計(jì)算機(jī)平臺有本質(zhì)的區(qū)別（軟硬件可裁剪） ；另一方面，又與以前的單片機(jī)有著本質(zhì)的區(qū)別，因?yàn)閱纹瑱C(jī)幾乎無法使用移植操作系統(tǒng)，而 32 位嵌入式處理器設(shè)備能夠很便捷地移植操作系統(tǒng)。 [2]常見的實(shí)時系統(tǒng)有兩種類型，即軟實(shí)時系統(tǒng)和硬實(shí)時系統(tǒng)，它們各自任務(wù)要求如下：沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5（1）軟實(shí)時系統(tǒng)。（2）硬實(shí)時系統(tǒng)。例如：火星車。常見的實(shí)時操作系統(tǒng)分為以下 3 類。系統(tǒng)響應(yīng)時間在毫秒或者微秒級（如數(shù)控機(jī)床） 。系統(tǒng)響應(yīng)時間在毫秒到幾秒的數(shù)量級上（如電子點(diǎn)機(jī)）。系統(tǒng)響應(yīng)時間約數(shù)十秒以至更長時間（如 MP3 系統(tǒng)）下面列出部分實(shí)時操作系統(tǒng)所具有的特點(diǎn)：高效的任務(wù)管理?？焖凫`活的任務(wù)間通信。（5）高度的可裁剪性。便捷地實(shí)現(xiàn)動態(tài)鏈接與部件增量加載。動態(tài)內(nèi)存管理 [7]。硬件包括處理器／微處理器、存儲器及外設(shè)器件和 I／O 端口、圖形控制器等。有時設(shè)計(jì)人員把這兩種軟件組合在一起。 嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。 （2）具有功能很強(qiáng)的存儲區(qū)保護(hù)功能。 （3）可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，以能最迅速地開展出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式微處理器。 沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)同通用型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比具有以下特點(diǎn)： （1）嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的嵌入式 CPU 與通用型的最大不同就是嵌入式CPU 大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點(diǎn)，能夠把通用 CPU 中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化，移動能力大大增強(qiáng)，跟網(wǎng)絡(luò)的耦合也越來越緊密。這一點(diǎn)就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。 （4）嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它的升級換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場，具有較長的生命周期。 （6）嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成以后用戶通常也是不能對其中的程序功能進(jìn)行修改的，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。具有巨大的市場潛力。 已經(jīng)是一個功能完備的操作系統(tǒng)了，其內(nèi)核寫得緊湊高效，可以充分發(fā)揮硬件的性能，在4MB 內(nèi)存的 80386 機(jī)器上也表現(xiàn)得非常好。由于不排斥商家對自由軟件的進(jìn)一步開發(fā)，不排斥在 Linux 上開發(fā)商業(yè)軟件，故而使 Linux 又開始了一次飛躍，出現(xiàn)了很多的 Linux 發(fā)行版，如 Slackware、Redhat 、TruboLinux、OpenLinux 等 10 多種，而且還在增加，還有一些公司在 Linux 上開發(fā)商業(yè)軟件或把其他 UNIX 平臺的軟件移植到 Linux 上來，如今很多 IT 界的大腕，如沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7IBM、Intel 、Oracle、Infomix、Sysbase、Nestcape、Novell 等都宣布支持 Linux！商家的加盟彌補(bǔ)了純自由軟件的不足和發(fā)展障礙，Linux 得以迅速普及。Linux 的目標(biāo)是保持和 POSIX 的兼容。（2）Linux 的發(fā)行遵守 GNU 的通用公共許可證（GPL） 。 ARM 介紹1990 年，ARM 公司成立于英國劍橋，ARM 公司自己并不生產(chǎn)芯片，而是出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從 ARM 公司購買的 ARM 微處理器內(nèi)核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，從而形成自己?ARM 微處理器芯片進(jìn)入市場?，F(xiàn)在 ARM 的合作伙伴包括許多世界頂級的半導(dǎo)體公司，前 10 大半導(dǎo)體公司都使用了 ARM 的技術(shù)授權(quán)，全世界有近百家大公司生產(chǎn) ARM 芯片。 ARM 技術(shù)正在逐步滲入到人們生活的各個方面。 ARM 微處理器介紹 到目前為止，ARM 處理器及技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)深入到各個領(lǐng)域。作為 32 位的 RISC 架構(gòu)，基于 ARM 核的微處理器芯片不但占據(jù)了高端微控制器市場的大部分市場份額，同時也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展。（2）無線通信領(lǐng)域。（3）網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。（4）消費(fèi)類電子產(chǎn)品。此外，ARM 在語音及視頻處理上得到優(yōu)化，并獲得了廣泛的支持，同時也對 DSP 的應(yīng)用領(lǐng)域提出了挑戰(zhàn)。（5）成像和安全產(chǎn)品。（6）海量存儲設(shè)備。（7）汽車上使用的 ARM 技術(shù)的芯片也無處不在，包括駕駛、娛樂、安全等方面的電子應(yīng)用都使用 ARM 系列芯片。 指紋識別原理介紹指紋是手指末端正面皮膚上凹凸不平產(chǎn)生的紋路。指紋特征可分為兩類：總體特征和局部特征?；炯y路圖案有環(huán)型、弓型、螺旋型。這些指紋特征點(diǎn)可用以下 4 種特性來描述。（2）方向：該特征點(diǎn)所在的局部脊線的方向。最典型的終結(jié)點(diǎn)和分叉點(diǎn)如圖 21 所示。特征點(diǎn)對應(yīng)的脊線用在該脊線上的采樣點(diǎn)來表示。圖 21 典型的指紋特征點(diǎn)指紋識別技術(shù)通常使用指紋的總體特征和紋形、三角點(diǎn)等來進(jìn)行分類，再用局部特征如位置和方向等來進(jìn)行識別用戶身份。由于兩枚不同的指紋不會產(chǎn)生相同的特征數(shù)據(jù)，所以通過對所采集到的指紋圖像的特征數(shù)據(jù)和存放在數(shù)據(jù)庫中的指紋特征數(shù)據(jù)進(jìn)行模式匹配，計(jì)算出它們的相似程度，最終得到兩個指紋的匹配結(jié)果，根據(jù)匹配結(jié)果來鑒別用戶身份。其基本原理框圖如圖 22 所示。其過程也受傳感技術(shù)的發(fā)展影響和推動。另一種是在被采集人未知的狀況下，如刑偵現(xiàn)場，通過各種化學(xué)的、物理的方式顯影指紋并采集的過程。第一代指紋采集技術(shù)采用“按壓留痕” 的方式來采集指紋，利用的是指紋 “觸物留痕”的特性。第二代指紋采集技術(shù)采用自動化、數(shù)字化的采集方式。指紋采集原理和過程：指紋采集的過程本質(zhì)上是指紋成像的過程。指紋的幾何特性是指在空間上嵴是突起的，峪是凹下的。指紋的生物特性是指嵴和峪的導(dǎo)電性不同，與空氣之間形成的介電常數(shù)不同、溫度不同等。指紋采集的方法有兩種，一種是由指紋采集器件主動向手指發(fā)出探測信號，然后分析反饋信號，以形成指紋嵴與峪的圖案。另一種是指紋采集器件是被動感應(yīng)的方式。如熱敏采集、半導(dǎo)體電容采集和半導(dǎo)體壓感采集屬于第二種?？紤]到設(shè)備功耗，在無手指接觸時，采集設(shè)備處在休眠狀態(tài)。對于半導(dǎo)體類指紋采集設(shè)備大多具有這種敏銳的指紋察覺技術(shù)。隨著活體采集技術(shù)的研究進(jìn)展，指紋采集設(shè)備還會判別是否為活體手指，這可以通過檢測手指的活體特性（如出汗、血液流動、導(dǎo)電性等）來實(shí)現(xiàn)。指紋采集器件以每秒幾十幀甚至幾百幀的速度來產(chǎn)生指紋圖像。對于感應(yīng)式采集的器件，根據(jù)感應(yīng)到的嵴與峪所形成的信號大小來繪制指紋圖像。如果圖像質(zhì)量過低，不能達(dá)到預(yù)先設(shè)定的質(zhì)量要求，會通過 AGC 自動增益電路，增加探測信號或感應(yīng)信號的強(qiáng)度，以達(dá)到理想的取圖效果。理想情況下，如果在采集過程中外界噪聲足夠小，得到的指紋圖像則是干凈的、真實(shí)的。 指紋傳感器指紋傳感器介紹：指紋傳感器（又稱指紋 Sensor）是實(shí)現(xiàn)指紋自動采集的關(guān)鍵器件。指紋傳感器的制造技術(shù)是一項(xiàng)綜合性強(qiáng)、技術(shù)復(fù)雜度高、制造工藝難的高新技術(shù)。一顆不足 平方厘米的晶片表面集成了 10000 個以上的半導(dǎo)體傳感單元。目前半導(dǎo)體指紋傳感器的靈敏度高，分辨率也達(dá)到了 500dpi 或以上。沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12半導(dǎo)體指紋傳感器目前朝小型化方向發(fā)展。全球最小的滑動式采集芯片只有 12x5 mm,是由Authentec 最近推出的 1610。在類似考勤機(jī)、門禁等大設(shè)備上使用沒有體積限制的問題，但在 U 盤、移動硬盤、手持設(shè)備上使用，體積成了最大的障礙，所以光學(xué)指紋傳感器也出現(xiàn)了滑動式的。如何在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中作好傳感器的選型是產(chǎn)品開發(fā)重要的一環(huán)。絕大多數(shù)指紋傳感器通過光學(xué)掃描、半導(dǎo)體熱敏、半導(dǎo)體電容等三種主要傳感技術(shù)采集指紋圖像。（1） 成像質(zhì)量指紋傳感器成像質(zhì)量是衡量指紋傳感器性能的首要指標(biāo)。性能良好的指紋傳感器產(chǎn)生的圖像失真 和形變非常小，后續(xù)圖像處理時可以忽略不計(jì)。分辨率越高，也就是單位面積上傳感單越多，其獲得的指紋圖像就越細(xì)致真實(shí)。指紋傳感器需要能夠?qū)λ羞@些情況有效兼容，是其適用能力的表現(xiàn)。沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13圖 23 指紋采集圖（3） 圖像采集速度第三看采集速度。指紋采集速度的快慢直接影響到用戶的使用體驗(yàn)。電氣特性主要關(guān)注兩個參數(shù)，工作電壓和功耗。大部分指紋SENOSR 的電壓都在 以下（含） 。硬件接口能力直接影響指紋圖像數(shù)據(jù)的傳送方式，影響著與指紋處理模塊之間的通訊方式和通訊速度。而沒有 USB 接口的，就需要通過 USB 控制器來實(shí)現(xiàn)，給產(chǎn)品化增加一道技術(shù)門檻。一般在這些接口中定義了上層應(yīng)用如何啟動或終止指紋傳感，以及如何控制指紋傳感器的數(shù)據(jù)傳輸。對于滑動式（SWIPE）指紋采集芯片來講，還包括指紋重構(gòu)（拼接）的命令接口等。（7） 使用壽命在考查指紋傳感器使用壽命時，一是從器件本身的衰變考慮，二是從指紋采集面的防磨損防腐蝕能力考慮。部分半導(dǎo)體指紋傳感器表面可以用手指正常刮擦 1000 萬次以上。（8） 可裝配性指紋傳感的體積、外形和封裝，以及使用對象（如勞工、軍人與 OFFICE 人員指紋的區(qū)別） ，對產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)也會產(chǎn)生較大影響。（9） 附加功能部分半導(dǎo)體指紋傳感器除了具備指紋圖像采集能力之外，還能夠感知手指的移動方向、手指的點(diǎn)擊方式（單擊雙擊） ，這被稱之為導(dǎo)航能力。筆者見過的一款導(dǎo)航能力非凡的指紋傳感器，可以非常靈活的玩貪吃蛇游戲。這些都是除了基本功能之外，指紋傳感器廠商附加的功能。 指紋識別技術(shù)步驟由指紋識別的基本原理可知，指紋技術(shù)主要經(jīng)過以下 4 個步驟：指紋圖像的獲取、沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15指紋圖像的預(yù)處理、指紋特征的提取和指紋特征匹配。（1）指紋圖像的獲取。光學(xué)取像設(shè)備應(yīng)用的歷史最久，它依據(jù)的是光的全反射原理。電容傳感器就是其中的一種，它通過電子度量被設(shè)計(jì)來捕獲指紋圖像。電容器的電容值由于金屬間的距離而變化，這里指的是脊（近的）和谷（遠(yuǎn)的）之間的距離。一般采集到的指紋圖像都是存成 256 級灰度的圖像。為了得到比較準(zhǔn)確的指紋特征點(diǎn)，指紋圖像預(yù)處理一般要經(jīng)過圖像增強(qiáng)（濾波去掉噪聲） 、計(jì)算方向圖、二值化和細(xì)化等過程。一般來說，剛獲得的指紋圖像都有很多噪聲，比如，手指被弄臟，手指有疤痕、太干、太濕或撕破等，所以如何在獲取指紋圖像之后，有效地過濾圖像噪聲是指紋識別技術(shù)中的難題之一。圖像增強(qiáng)的方法有很多，但大多數(shù)是通過過濾圖像與脊局部方向相匹配。然后設(shè)計(jì)合適的，相匹配的濾鏡，使之適用于圖像上所有的像素（空間場是其中的一個） 。由于后者含有橫跨脊的噪聲，所以其垂直于脊的局部方向上的那些不正確的“橋”會被濾鏡過濾掉。方向圖也可以看做是原始指紋源圖像的一種變換表示方法，即用紋線上某點(diǎn)的方向來表示該紋線的方向。計(jì)算方向圖的基本思想是：在原始灰度指紋圖像中計(jì)算每一點(diǎn)（或每一塊）在各個方向上的某個統(tǒng)計(jì)量（如灰度差、梯度等） ，根據(jù)這些統(tǒng)計(jì)量在各個方向上的差異，確定該點(diǎn)（該塊）的方向。塊方向圖可以由點(diǎn)方向圖得到，也可以用最小均方估計(jì)算法求得二值化首先，根據(jù)指紋的脊線和谷線等寬的假設(shè)，再結(jié)合局部灰度分布的考察，可以得到具有自適應(yīng)性的自動門限。然而考慮到噪聲的影響，故應(yīng)該去掉最大最小值后的點(diǎn)的平均值再加上一修正值作為閥值。第三，為解決二值化在分割圖像中視野太小的局限，并同時對模糊區(qū)域和孤立噪聲進(jìn)行處理，采用廣義的拉普拉斯算子對圖像進(jìn)行濾波。圖像二值化后，隨后的處理就會比較容易。而且單一圖像的對照物是變化的，比如，由于手在中心地帶按得比較緊，因此一個叫“局部自適應(yīng)的閥值”的方法被用來決定局部圖像強(qiáng)度的閥值。細(xì)化是在不影響原圖的拓?fù)溥B接關(guān)系下，將脊的寬度降為單個像素的寬度的處理過程。人為因素主要有毛刺和短脊線，這些都造成提取出來的特征中有很多的偽特征。這樣，在對圖像的處理中能簡化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)然也有外輪廓計(jì)算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等細(xì)化方法。如表 24 所示，特征提取用一個 3*3 的模板來檢測特征點(diǎn)的位置與類型，M 是被檢測的指紋特征點(diǎn)，N0， 表 24 特征點(diǎn)的位置與類型N3 N2 N1N4 M N0N5 N6 N7進(jìn)