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指纹识别作为生物特征识此外一种，有其不成对比的点。由于可以随身携带这类特殊的“印章”，所以遭到越来越多人的重视。本系统使用TI的TMS320VC5402（以下简称5402）作为焦点。DSP与单片机相比，多用于算法比力复杂，乘加运算比力年夜的场所。该芯片为一款定点的DSP，它具有高达100MIPS的运算能力，同时具有化的CPU结构和一系列的智能外设。下面着重计议基于该芯片的系统设计。
1 整体设计
指纹系统整体设计方案如图1所示。
该系统是由指纹收集仪、FPGA、SRAM和Flash等硬件组成。RS232用于数据传输，PC机可以经由过程该接口获得指纹特征数据；Flash存储指纹信息库、LCD用的字符和DSP法式；FPGA在DSP的控制下从取指器中掏出图放进SRAM中；小键盘用于用户输进ID号码，增强该系统的平安品级。
1.1 存储空间的软硬件设计
本系统要会见的存储器有三个：DSP内部DARAM（16K字，用于寄存常和变的数据空间）、SRAM和Flash。由于5402有20根地址线可以用来对法式空间寻址，所以有1M字节的寻址空间，哄骗高地址线A19来区分Flash和SRAM。其中SRAM是BootLoader后法式运行的空间，这样就把Flash放在高地址上往了。5402的数据寻址空间仅为64K，所以要进行分页扩大。为了不和DARAM的会见冲突，不能使用64K一页。由于64K中低地址的16K现实上不能会见，它先被64K中低地址的16K实现上不能会见，它无被DARAM会见，所以定为32K的一数据页。分配一个I/O地址，而后经由过程I/O地址的译码对74LS273进行使能控制，后锁存I/O的数据作数据页。当对数据空间进行会见时，应分为以下几步：
①解析该地址，进行朋分。前（低）15位为页内地址，后（高）6位为页地址。
②判断页地址是否为0。若是为0，则说明会见DARAM，直接使用会见数据的指令；需要的16位地址就是前15位的地址、高位补零，并竣事。
③把页地址用PORTW饬令送到寄存器（所分配的I/O空间地址）里，页地址也就在SRAM的高地址线上了。
④再使用会见数据的指令，需要的16位地址就是前15位的地址、高位补零。
对存储器的经管，需要编写一定的法式。可以设置一个全局变存储页地址。由于扩大页仅为32K，年夜于32K的数组是斥地不出来的，所以使用链表。需要注重的是释放空间时，把相邻的未使用的空间尽毗连成一年夜块，同时需要一个接一个地把用过的仓库拷贝到堆空间的尾部，使自己空间聚合成一个年夜块。
图2、图3划分为外部法式扩大和数据空间扩大示意图。
1.2 RS232通讯接口软硬件设计
该系统使用MAX3110E毗连DSP与PC机，经由过程软件控制分频比可获得通用的300baud～230kbaud的波特率。MAX3110E内部UART与RS232收发器能够自力工作。McBSP的时钟遏制模式可以兼容SPI主-从协议。所谓McBSP的时钟遏制模式是指其时钟会在每次数据传输竣事时遏制，并在下次数据传输起头时立即启动或延半个周期再启动。其接收器和发送器是同步的，即CLKX和FSX划分与CLKR和FSR相连；在传输进程中，CLKX和FSX又划分用做SPI的移位时钟SCK和从方使能SS，可所以输出（主方），也能够输进（从方）。其McBSP初始化编程应遵照以下几个步骤：
①将SPCR中的XRST、RRST置为0，处于复位状态。
②McBSP连结复位的状态下，设置有关的寄存器为需要的值。由于SPI协议要求McBSP在移位输出数据之前，FSX旌旗灯号必需由DXR->XSR发生FSX，所以XCR寄存器中XDATALY位必需设置为1。
③设置SPCR->GRST为1，采样率发生器退出复位状态，起头工作。
④期待两个时钟周期，以确保McBSP在初始化进程中内部能够准确地同步。
而后，设置装备摆设MAX3110E的波特率和发送波形，发送数据时凭据MAX3110E的数据手册拼装成一个16位的字进行发送。接收经由过程DSP的Int0中断进行处置。
1.3 总线控制和驱动
本系统中总线有两种：数据总线和地址总线。数据总线进行数据交换，地址总线进行寻址。由于DSP的数据总线是3.3V的高电平逻辑值，可能泛起不能驱动外部5V的逻辑电平的情况；而且毗连在动能力不足。是以，需要对总线，出格是数据总线进行增强驱动能力的设计。其中数据总线使用SN74LVTH16245来进行驱动向驱动；地址总线是单向的，没有标的目的的控制，也没有使能的控制，使用SN74LVTH16244单向驱动器就能够了。对于数据总线的控制，依照所逻辑合理使用了DSP_MSTRB。DSP_IOSTRB、R/W就能够完成了。
1.4 键盘与LCD接口的硬件设计
键盘和LCD都是I/O器件，分配两个I/O空间的地址，经由过程对地址的译码发生使能控制LCD和键盘。键盘上有12个按键，用10kΩ电阻拉高，同时使用与逻辑毗连这12根线，输出的逻辑电平接DSP中断Int2，在中断服务法式中使用PORTR饬令读进键值。LCD用于显示界面信息。本系统使用LC1611字符点阵模块。
1.5 指纹图像的获取
采用Altera公司的Maxplus II软件进行VHDL语言编程。依照一定的时序，把指纹图像放年夜SRAM的固定地址中，这一部门调试有些麻烦，可以放在后做，而图像的获取可以使用CCS2.0下的file->data->load把图像文件放进指定的内存区域。此图像文件为CCS数据文件，可以编写一段C法式把BMP文件转换成CCS文件。另外一种比力利便的方式是用DSP编写一个小法式，使用fopen()、fread()等函数把图像读进内存，然后使用file->data->save保留成CCS文件。
2 软件设计
2.1 主法式流程
主流程就是要实现把各部门的法式毗连成一个有机的整体，并能够经由过程液晶显示和小键盘响应实现和用户的交互。所以，它的使命就是能够响应小键盘，凭据分歧的键值执行分歧的操作，同时显示分歧的页面。系统主流程如图4所示。
2.2 键盘中断法式
5402中与中断有关的寄存器有三个：IFR、IMR、PMST。在DspInitial（）函数中，首先要设置好这些寄存器，而后在中断法式中读进键值。为了避免误触发，在中断的一起头延时3ms。其焦点代码以下：
ioport unsigned char port0000;
volatile unsigned int* IMR=(volatile unsigned int *) 0x0000;
……
volatile unsigned int* PMST=(volatile unsigned int *) 0x001D;
main(){
DspInitial();
……
}
interrupt void isr_int0(){
delay3ms();
KEY=port0000&0x0FFF;
Switch(KEY)
……
}
2.3 BootLoader法式设计
该系统为小系统，需要脱脱离发系统运行，是以须进行BootLoader设计。在系统上电以后自动把法式和数据从外部存储器Flash读SRAM中，但问题是用户法式跨越了32K，所以必需采用以下特殊的BOOT方式。
①内部BOOT。哄骗片内的BOOT法式将自己编制的BOOT法式从Flash移至内部的RAM中。
②用户BOOT。内部BOOT完成后，起头执行自己的BOOT法式。哄骗DSP的扩大寻址方式，自已编制的BOOT编程中从Flash读取代码。
③用户BOOT完成后，跳至用户法式起头运行。
2.4 指纹识别焦点算法法式
本系统使用的指纹算法主要分为五部门，其算法的靠得住性已isual C++ 6.0进行了验证，具体算法以下：
①布景分手。采用尺度差阈值跟踪法，图像的指纹部门是由黑白不异的纹理组成的，灰度变化很年夜，具有较年夜的尺度差；而布景部门灰度散布比力平展，尺度差小，是以计较以各点为中心的一组像素的尺度差，当尺度差年夜于某一门限时，就能够肯定该点为前景，否则为布景。
②计较标的目的图。采用基于法线向的方式，其中还触及到标的目的场的平滑。
③标的目的滤波。设计一个水平模板，然后将水平模板旋转到需增强的标的目的进行滤波。
④奇异点检测。区分出奇异点，如核形（core）、三角形（delta）、涡轮形（whorl）。
⑤特征点提取。采用脊跟踪法，其基本思想是直接对图像进行脊线跟踪，在跟踪进程中检测特征点。以上即是所采用指纹算法的焦点思想。
在DSP编程中把它分成五个使命模块，每个模块都必需注重页面寄存器的值，若是法式仅在SRAM中运行会浪费年夜的时钟，所以把部门法式和数据放进DSP的内部。凭据自己编程的体味，法式和数据的一次接连处置不会跨越64K，所以可以把焦点的法式常驻5402内1K的空间，再留有7～8K的空间挪用所需的法式，余下的7K用于寄存数据。但斟酌到该方式法式编写的复杂性，仅在图像滤波中使用，由于滤波方式简单而有纪律。为了提高效率，可以斥地两个存储区（PING-PONG型），当一块用于DMA传输时，另外一块让DSP进行计较。后一点，由于5402是定点的，所以要对整个系统进行定标。
3 系统调试方式
设计并加工好印制电路板后，就进进了硬件调试阶段。首先应对电路板作细致的常规检查，避免短路和断路情况的发生。加电后，检查晶体是否振荡，复位是否准确靠得住，而后用示波器检查5402的输出时钟CLKOUT是否依照指按时钟模式工作。在作完这些检查宾，就能够进进系统硬件调试阶段。在硬件仿真时，首先要设置装备摆设方针系统的存储器映像，这是经由过程设置仿真器饬令文件实现的。可以在仿真调试软件目录下改写emuinit.cmd，使之每次启动仿真器时自动加载，也能够在启动仿真器后手动加载饬令文件以初始化方针存储器映像。一般而言，仿真器存储器映像与毗连器存储器映像应一致。对SRAM的调试的基本思想是，首先对SRAM的两具单元初始化为两个分歧的值，而后调试的主法式不竭交替这两个单元的数值。具体方式是从一个单元读出数据写进另外一个单元，由累加器作为传递单元。使用Debugger软件，查看响应的SRAM单元，若确实将照设定交替变化，则讲明该部门没有问题。对于键盘和LCD的调试，其方式不难，这里不再具体论述。
结语
该系统具有很强的实用性，充实体现了DSP壮大的数值运算能力；但该系统仅实现了软硬件的初步研制与开发， 离产物化还有一段距离，还有许多工作要做。
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