摘要：闡述一款基于DSP(Digital Signal Processor)的嵌入式指紋識別系統(tǒng)，對其硬件設計電路和軟件設計進行了詳細的論述。設計了雙電源切換系統(tǒng)，通過SPI協(xié)議與指紋采集頭FPC1011C和液晶屏進行通信，能夠方便地進行指紋采集、注冊、匹配，可實時顯示處理結果，并把數據及結果通過RS232傳送到電腦終端。另外，系統(tǒng)既可以脫機使用，也可與PC聯機使用。
關鍵詞：DSP；指紋識別；FPC1011C

引言
    指紋識別系統(tǒng)是日常生活中常見的一種識別方式，其廣泛應用于門禁、考勤和其他安防領域。本指紋識別系統(tǒng)，采用雙供電方式，既可與電腦聯機使用，也可作為便攜式設備使用。作為便攜式時，大約可存儲300～500枚指紋，同時系統(tǒng)有著很高的識別率。
    指紋識別系統(tǒng)應用范圍大、精度高、可以實時快速對指紋進行采集，注冊匹配，廣泛應用于安防領域中。

1 硬件設計
1．1 硬件架構框圖
    本指紋識別系統(tǒng)是以TMS320VC5510A為硬件平臺，配以Flash、SDRAM、指紋傳感器FPC1011C、LCD和鍵盤等外圍設備而成的嵌入式指紋識別系統(tǒng)?？梢詫崿F對指紋的識別、匹配、存儲等功能。系統(tǒng)采用雙電源設計保持系統(tǒng)隨時供電。具體結構框圖如圖1所示。

1．2 指紋傳感器模塊
    FPC1011C是瑞典FingerPrints公司成功推出的一種電容式面裝指紋傳感器，具有高圖像質量(363 dpi的分辨率)、高耐磨(高達100萬次)、高抗靜電(可達15 kV以上)、低功耗(3．3 V工作電壓下的功耗為50 mw)等特點，是一種全新的基于certus傳感器平臺的電容式指紋傳感器。其工作電壓為2．5 V或者3．3 V，傳感器還具有高速的SPI接口，8腳的軟排線可以方便地接入各種系統(tǒng)。
    系統(tǒng)采用3．3 V電壓對指紋傳感器進行供電，把DSP的MCBSP2接口配置為SPI主機模式與傳感器(SPI從機)進行通信。采集圖像大小為200 ×152像素，SPI時鐘頻率由MCBSP2的CLKX2提供，設置為1 MHz。硬件連接如圖2所示。

1．3 電源模塊
    電源模塊由兩部分構成，分別是電源電池自動轉換模塊和DC／DC電平轉換模塊。轉換模塊使系統(tǒng)在掉電的情況下可以自動轉到電池供電，使系統(tǒng)正常運行。DC／DC電平轉換為DSP外設提供3．3V電壓，為內核提供1．6 V電壓。
    自動電源切換電路采用凌特公司的LTC4414，電路如圖3所示。LTC4414通過控制2個P溝道MOSFET，實現一種用于電源切換的近似理想二極管的功能，從而實現兩個電源的高效“或”操作。FDS6975是一款雙P溝道MOSFET芯片。

    電平轉換使用LMl085-3．3 V和LMl085-ADJ可調輸出電壓，輸出電壓VOUT=1．25×(1+R2／R1)。為產生1．6 V電壓，使R2=38．3 Ω，R1=110 Ω，電路如圖4所示。

1．4 人機交互模塊
    為方便操作和直觀顯示處理結果，系統(tǒng)安裝有鍵盤和LCD，可以實時進行操作和顯示。LCD采用的是FYDl2864-0402B，其以ST7920為驅動模塊，內嵌漢字庫，支持串口和并口數據傳輸。此處采用串口SPI協(xié)議傳輸，如圖5所示。

    數據傳輸時，DSP被配置為SPI主模式，以MCBSPl與LCD通信。通信過程中，CS為LCD的片選端，系統(tǒng)中直接接高電平，時鐘SCLK由DSP的CLKXl提供，SID連接MCBSP1的數據輸出口DXl。傳輸過程中要對數據進行打包，使其符合SID顯示的數據格式。其中RW和RS為00時DSP向LCD寫指令，為01時寫數據。因此若向LCD發(fā)送數據“01h”，則實際數據為“FA0010”。時鐘頻率SCLK被設置為100kHz，可滿足實時顯示的需要。
人機交互中的鍵盤由3個按鍵組成，分別對應3個硬件中斷(intO、intl、int2)，來實現指紋采集、注冊和匹配功能。指紋采集后存入SDRAM，注冊時指紋采集2次，匹配成功后存入Flash。匹配時先采集指紋進入SDRAM，再提取Flash中的指紋進行匹配，成功后作其他動作。

2 軟件設計
    在硬件架構上必須有相應的軟件設計才可以實現系統(tǒng)的功能。軟件設計是在DSP的開發(fā)環(huán)境CCS中進行的，運用了嵌入式操作系統(tǒng)DSP／  BIOS，使開發(fā)更加方便快捷。在DSP／BIOS中，可方便地實現內存分配、中斷選擇、任務調度等功能。
    本系統(tǒng)的任務調度主要以3個硬件中斷為觸發(fā)條件，來實現指紋采集、注冊和匹配功能，具體框圖如圖6所示。

    采用SEM對系統(tǒng)任務進行調度，系統(tǒng)上電啟動后，任務處于掛起狀態(tài)，并一直輪詢，等待中斷觸發(fā)。啟動注冊中斷時必須在采集兩枚有效指紋數據成功的情況下觸發(fā)，否則會顯示注冊失敗。注冊中斷觸發(fā)后，對兩枚指紋進行匹配，如匹配成功則指紋特征數據寫入Flash，如果失敗則重新采集兩枚指紋進行注冊。這樣可以降低因為首次指紋采集不清晰，而產生的匹配不成功。指紋匹配中斷觸發(fā)前提是Flash中存有注冊的指紋，同時實時采集新的指紋成功。若匹配失敗，則必須重新采集指紋進行匹配。
    指紋傳感器圖像采集程序如下：

3 總結
    本指紋采集系統(tǒng)可以完美地實現指紋的采集、注冊和匹配功能，其內部算法處理時間<1 s，完全可以滿足實時工作的需要。用各手指進行試驗后，其平均FRR(FalseRejection Rate)和FAR(False Acceptance Rate)可達2．83％和0．17％，完全可以滿足生活中的需要。