BIOS的指纹识别系统设计
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系统采用ＭａｇｎａＣｈｉｐ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ公司的 ＨＶ７１３１ Ｒ彩色ＣＭＯＳ图像传感器采集指纹图像。该 款芯片具有很强的适应性，支持ＶＧＡ模式，有效像素 为６４０×４８０，可通过编程设定成像窗口和帧传输速 率。芯片集成１２ｃ总线接Ｅｌ，１０位Ａ／Ｄ输出，但是通 常仅用高８位传输像素点灰度值，最大帧速度为 ３０ ｆ／ｓ，最高工作频率为２５ ＭＨｚＨｌ。
１ 系统设计方案
本系统以ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０１（以下简称Ｃ５５０１）ＤＳＰ 为核心处理器，它是ｒ１１公司最新推出的高性能、低功 耗１６位定点ＤＳＰ芯片，器件上集成了多种先进的外 设‘２｜。电容式触摸键盘和ＬＣＤ构成的人机交互模块
基于ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０１和ＤＳＰ／ＢＩＯＳ的指纹识别系统设计
·２９·
控制整个系统的运行。通过ＣＭＯＳ图像传感器 ＨＶ７１３１Ｒ采集指纹图像，再经过ＤＳＰ提取特征信息与 用户信息一起存放到Ｆｌａｓｈ存储器中，而ＳＤＲＡＭ则提 供程序数据的暂时存放空间。系统提供的ＵＡＲＴ接口 可以实现系统与其他设备的双向数据通信。
软件设计以嵌入式实时操作系统ＤＳＰ／ＢＩＯＳ为平 台，使用其种类丰富的ＡＰＩ函数，采用ｃ语言和汇编 语言混合编程的方式完成程序的编写。指纹识别算法 是对现有的先进算法进行改进，充分利用Ｃ５５ｘｘ专用 汇编指令，使之在该系统平台上达到最优的图像处理 效果。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｎｇｌｅ ＤＳＰ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｄｅ—
ｓｉｇｎ ｆｌａｗｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ．ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０１ ｉｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ａｎｄ ＨＶ７ １３ １ Ｒ ＣＭＯＳ ｃｏｌｏｒ ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ ｉｓ ｕｓｅｄ韶ｉｍａｇｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｃｈｉｐ．Ｃａｐ ｓｅｎｓｅ ｔｏｕｃｈ ｋｅｙｂｏａｒｄ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｆｏｒ ｉｎｐｕｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｓｉｎｇ ＣＹ８Ｃ２１５３４ ＳｏＣ ｃｈｉｐ．Ｔｈｅ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｍｕｌｔｉ—ｔａｓｋ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｒｅａｌ· ｔｉｍｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ＤＳＰ／ＢＩＯＳ．Ｔｈｅ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｈａｒｄ－
万方数据
ＬＣＤ采用并口方式连接，并行接口线的读写时序使用 ６８００模式，同时与指纹采集器复用ＨＰＩ．ＨＤ［７：０］管 脚。这种连接方式不仅町以节约核心处理器片上管脚 资源，而且编程紧凑，易于移植。
３软件设计
软件设计是在嵌入式实时操作系统ＤＳＷＢＩＯＳ下 采用Ｃ语言与汇编语言混合编程，兼顾二者的优点， 使程序既有较好的可读性和可移植性，又具有较高的 效率。
２硬件平台设计
系统硬件平台由以下几个部分组成：核心处理器 （Ｃ５５０１）、存储模块（ＳＤＲＡＭ和Ｆｌａｓｈ）、指纹图像采集 器、人机交互模块（键盘和ＬＣＤ）、数据传输接口 （ＵＡＲＴ接口）和系统电源管理模块。整个系统硬件结 构如图１所示。
机交互世
模块几五
堡：垒竺里叠
ＴＭ￥３２０ＶＣ５５０１ ＤＳＰ
！里坠竺ｌ存储 １函］模块
ｔｔＳＹＮＣ ～：：：：：：：：：Ｊ
ＥＮＢ ＳＣＬ ＳＤＡ
Байду номын сангаас
图３图像采集电路图 图中，ＨＶ７１３１Ｒ外接２５ ＭＨｚ时钟，Ａ／Ｄ转换输出
的高８位ＤＡＴＡ［９：２］接ＨＰＩ．ＨＤ［７：０］作为数据输 入，由于Ａ／Ｄ输出是１０位，因此将低２位ＤＡＴＡ ［１：０］悬空；帧同步信号（ＶＳＹＮＣ）和行同步信号 （ＨＳＹＮＣ）作为信号源分别接到ＴＩＭＯ和ＴＩＭｌ管脚；通 过Ｃ５５０１片上集成的１２Ｃ总线可以访问或修改传感器 内部寄存器值，设置采集参数。系统运行过程中， ＨＶ７１３１Ｒ读取指纹数据，ＬＣＤ接收写入数据。所以，
系统扩展Ｆｌａｓｈ主要有两个作用：一是用以存放 程序代码，上电以后，Ｆｌａｓｈ中的程序代码被装入ＤＳＰ 内部ＤＡＲＡＭ中，系统开始正常工作；另一个作用是存 放指纹处理程序处理完指纹后所获得的指纹特征以及 一些相关的信息数据等。本系统采用的Ｆｌａｓｈ芯片为 ＳＳＴ３９ＶＦ３２０１，存储容量为２ ＭＢ。Ｃ５５０１仅有２０根地 址线，因此最多可以扩展到ｌ ＭＢ。设计中将ＧＰｌ０７连 接到Ｆｌａｓｈ的Ａ２２管脚，使用ＧＰｌ０７扩展地址线来访 问Ｆｌａｓｈ空间。高地址空间存储指纹库，低地址空间 存储系统程序，有效地利用了Ｆｌａｓｈ空间资源。 ２．３采集电路设计
ｗａｒｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｒｕｎｓ ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ ｒｅ－ ｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０１；ｉｍａｇｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；ＤＳＰ／ＢＩＯＳ；ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０１的内部仅有３２ ＫＢ ＤＡＲＡＭ，需要 通过外部存储器接口（ＥＭＩＦ）来扩展存储器。本系统 同时扩展了ＳＤＲＡＭ和Ｆｌａｓｈ。其中，ＳＤＲＡＭ采用了
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ＵＰ ０ ＤＯＷＮ
万方数据
图２控制电路原理图
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《测控技术）２０１０年第２９卷第７期
Ｈｙｎｉｘ公司的ＨＹ５７Ｖ１６１６１０Ｄ，用于用户程序与指纹数 据的暂存。针对图像算法在片内ＤＡＲＡＭ上运行效率 要远远高于外扩存储器的问题，将指纹采集器输出的 图像大小设置为２８０×２８０，采集到的图像经过各行抽 取变成大小为１４０×１４０图像，再把１６位数据空间按 高低位分开放置图像数据，整个图像数据就不到２０ ＫＢ，并且指纹图像处理算法的程序也不超过８ ＫＢ，整 个运行程序不超过３０ ＫＢ。图像处理过程中的程序和 数据都可以在片内ＤＡＲＡＭ上完成，缓解了ＥＭＩＦ总 线接口的压力并提高了系统的数据处理能力。
收稿日期：２００９一ｌｌ一２３ 作者简介：刘慧英（１９５６一），女，陕西西安人，教授，主要从事智 能控制理论与智能交通系统的研究；李飞（１９８２一），男，硕士研 究生，研究方向为控制理论与控制工程。
万方数据
为两大类，即联机（ＰＣ）识别系统和嵌入式识别系统。 嵌入式识别系统结构上相对独立，不需要连接计算机 就可以独立完成其设计功能，具有速度快、体积小、接 口多等优点，被应用到各种领域。但是该系统存在两 方面的问题：一是缺少操作系统，程序处于“裸跑”状 态，降低了系统运行的可靠性；二是更多地采用“ＤＳＰ ＋ＦＰＧＡ”的处理器结构，增加了系统功耗与成本，从而 限制了其应用的范围。因此，开发基于操作系统的 ＤＳＰ指纹识别系统具有很大的实际意义。
中图分类号：鹏９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—８８２９（２０１０）０７一００２８—０５
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０ １ ａｎｄ ＤＳＰ／ＢＩｏＳ
ＬＩＵ Ｈｕｉ－ｙｉｎｇ，ＬＩ Ｆｅｉ，ＮＩＮＧ Ｆｅｉ，ＦＵ Ｌｅｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１０１２９，Ｃｈｉｎａ）
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《测控技术）２０１０年第２９卷第７期
基于ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０ １和ＤＳＰ／ＢＩＯＳ的 指纹识别系统设计
刘慧英，李飞，宁飞，傅磊
（西北工业大学自动化学院，陕西西安７１０１２９）
摘要：针对目前嵌入式指纹识别系统设计的不足，提出了基于单ＤＳＰ处理器结构的指纹识别设计方案。 系统硬件采用ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０１作为处理核心，ＣＭＯＳ图像传感器ＨＶ７１３１Ｒ为图像采集器件，片上系统 芯片ＣＹ８Ｃ２１５３４设计的电容性触摸按键提供系统控制输入。系统软件以嵌入式实时操作系统ＤＳＰ／ＢＩ． ＯＳ为开发平台进行实时多任务设计，并对指纹识别算法进行了硬件平台优化和改进。调试结果表明， 该系统运行稳定可靠，匹配精度高，满足设计要求。 关键词：ＴＭｓ３２０ＶＣ５５０１；图像采集；ＤＳＰ／ＢＩＯＳ；指纹识别算法
ＤＳＰ／ＢＩＯＳ是，Ｉ＇Ｉ公司ＤＳＰ集成开发工具ＣＣＳ中 集成的嵌入式实时多任务操作系统，它提供友好的图 形分配界面来进行ＤＳＰ的软、硬件控制，开发者可以 动态地进行操作系统对象设计，也可以很直观地在图 形分配界面中直接进行任务的分配，大大简化了程序 设计步骤＂１。设计ＤＳＰ／ＢＩＯＳ实时嵌入式操作系统的 多个任务时，首先根据系统功能分解任务，创建中断和 任务线程，并划分各个线程的优先级；其次选择任务之 间的通信和同步方式，设计软件流程，并编程实现。 ３．１任务分解
根据软件功能需求，将系统分为指纹注册、指纹匹 配、密码注册、密码匹配和结果显示５个主要任务。使 用ＤＳＰ／ＢＩＯＳ配置工具进行创建线程：静态创建一个 硬件中断，用户按照提示信息，通过键盘输入任务命令 来实现对系统的控制；创建一个软件中断函数Ｋｅｙ—ｉｎ－ ｔｅｒｒｕｐｔ（）来响应键盘的硬件中断，触发各个功能任务； 创建５个任务线程：ＴＳＫ—ｆｉｎｇｅｒ—ｅｎｒｏｌｌ．ＴＳＫ—ｆｉｎｇｅｒ— ｍａｔｃｈ，ＴＳＫ—ｐａｓｓｗｏｒｄ—ｅｎｒｏｌｌ，ＴＳＫ—ｐａｓｓｗｏｒｄ—ｍａｔｃｈ和 ＴＳＫ—ｄｉｓｐｌａｙ。其中，键盘硬件中断优先级最高，软件中 断优先级次之，指纹注册和匹配、密码注册和匹配的优 先级相同，结果显示任务优先级介于软件中断和其他 功能任务之间。 ３．２任务间的调度
指纹采集器
ＨＶ７１３１Ｒ
系统电源管理
数据传输接口
ＵＡＲＴ
图１硬件平台设计图 首先，通过键盘控制发出指纹注册或识别的命令，
９ ＢＡＣＫ ＯＫ ＦＳＣＭＦＮＵ ６
３
指纹传感器接到命令后并在有指纹按下的条件下开始 采集指纹，然后通过主机接口以ＤＭＡ方式将指纹图 像暂存到ＤＳＰ中，最后ＤＳＰ将经过预处理的指纹图像 数据存到数据存储器ＳＤＲＡＭ中。Ｆｌａｓｈ为操作系统 程序、用户程序以及后续的指纹识别算法提供存储空 间。键盘除了用以发出注册或识别命令外，还可以进 行系统复位等操作。外扩的ＬＣＤ可以为键盘控制提 供文字提示，并显示处理结果，提供良好的人机交互。 ２．１控制电路设计
Ｃ５５０１的８位主机接口ＨＰＩ．ＨＤ［７：０］配置为 ＧＰＩＯ，通过读写ＨＧＰＩＯＤＡＴ！寄存器来实现数据传输。 图像采集电路如图３所示。
（ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０１（ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０１ １Ｊ
ＨＰＩ．ＨＤ［７：０】 １１Ｍ０ １１Ｍｌ
ＧＰｌ０２ ＳＣＬ ＳＤＡ
两卜＿＿－Ｈｚ
ＭＣＬＫ
ＶＳＹＮＣ佰词 ＤＡＴＡｌ９：２】
系统按键采用Ｃｙｐｒｅｓｓ公司生产的可编程系统级 ＳｏＣ芯片ＣＹ８Ｃ２１５３４设计的电容性触摸按键。 ＣＹ８Ｃ２１５３４共有２８个管脚，其中２４个管脚除了可以 配置为数字Ｌ／Ｏ或模拟输入端口外，还可以通过其内 部模拟总线作为模拟多路输入旧１。控制按键的软件 设计是在ＰＳｏＣ Ｄｅｓｉｇｎｅｒ５．０开发环境中进行的，硬件 电路如图２所示。配置１６个管脚为触摸感应按键，用 作系统控制；配置１个管脚为触摸感应导线，检测指纹 采集器上有无手指；参考电压来自模拟调制器 （ＡＳＥｌ １）。硬件设计中，反馈电阻尺。选择４．７ ｋｌｌ电 阻；外部调制电容Ｃ刊选择０．０１¨Ｆ电容；其他事项参 考相关技术手册，这里不在赘述。控制键盘用１２Ｃ主 机方式向Ｃ５５０１发送命令，ＤＳＰ进入软件中断选择执 行的任务，ＬＣＤ为每一步骤提供文字显示。 ２．２存储电路设计
随着现代社会数字化、信息化和网络化进程的不 断加快，人们之间的信息交流愈加频繁，对身份鉴别技 术的要求也越来越高。传统的身份识别（如钥匙、证 件和密码等）存在容易丢失、磨损以及遗忘等缺点，因 此人们把目光转向生物识别技术。所谓生物识别技术 是指利用人的生理特征或行为特征来进行个人身份的 鉴定。指纹的唯一性和终生不变性，使其成为当前生 物识别的主要研究对象…。指纹识别技术具有很高 的可行性和实用性，因而成为目前应用最广泛的个人 身份认证技术之一。指纹识别技术的应用系统可以分
１ 系统设计方案
本系统以ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０１（以下简称Ｃ５５０１）ＤＳＰ 为核心处理器，它是ｒ１１公司最新推出的高性能、低功 耗１６位定点ＤＳＰ芯片，器件上集成了多种先进的外 设‘２｜。电容式触摸键盘和ＬＣＤ构成的人机交互模块
基于ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０１和ＤＳＰ／ＢＩＯＳ的指纹识别系统设计
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控制整个系统的运行。通过ＣＭＯＳ图像传感器 ＨＶ７１３１Ｒ采集指纹图像，再经过ＤＳＰ提取特征信息与 用户信息一起存放到Ｆｌａｓｈ存储器中，而ＳＤＲＡＭ则提 供程序数据的暂时存放空间。系统提供的ＵＡＲＴ接口 可以实现系统与其他设备的双向数据通信。
软件设计以嵌入式实时操作系统ＤＳＰ／ＢＩＯＳ为平 台，使用其种类丰富的ＡＰＩ函数，采用ｃ语言和汇编 语言混合编程的方式完成程序的编写。指纹识别算法 是对现有的先进算法进行改进，充分利用Ｃ５５ｘｘ专用 汇编指令，使之在该系统平台上达到最优的图像处理 效果。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｎｇｌｅ ＤＳＰ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｄｅ—
ｓｉｇｎ ｆｌａｗｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ．ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０１ ｉｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ａｎｄ ＨＶ７ １３ １ Ｒ ＣＭＯＳ ｃｏｌｏｒ ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ ｉｓ ｕｓｅｄ韶ｉｍａｇｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｃｈｉｐ．Ｃａｐ ｓｅｎｓｅ ｔｏｕｃｈ ｋｅｙｂｏａｒｄ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｆｏｒ ｉｎｐｕｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｓｉｎｇ ＣＹ８Ｃ２１５３４ ＳｏＣ ｃｈｉｐ．Ｔｈｅ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｍｕｌｔｉ—ｔａｓｋ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｒｅａｌ· ｔｉｍｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ＤＳＰ／ＢＩＯＳ．Ｔｈｅ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｈａｒｄ－
万方数据
ＬＣＤ采用并口方式连接，并行接口线的读写时序使用 ６８００模式，同时与指纹采集器复用ＨＰＩ．ＨＤ［７：０］管 脚。这种连接方式不仅町以节约核心处理器片上管脚 资源，而且编程紧凑，易于移植。
３软件设计
软件设计是在嵌入式实时操作系统ＤＳＷＢＩＯＳ下 采用Ｃ语言与汇编语言混合编程，兼顾二者的优点， 使程序既有较好的可读性和可移植性，又具有较高的 效率。
２硬件平台设计
系统硬件平台由以下几个部分组成：核心处理器 （Ｃ５５０１）、存储模块（ＳＤＲＡＭ和Ｆｌａｓｈ）、指纹图像采集 器、人机交互模块（键盘和ＬＣＤ）、数据传输接口 （ＵＡＲＴ接口）和系统电源管理模块。整个系统硬件结 构如图１所示。
机交互世
模块几五
堡：垒竺里叠
ＴＭ￥３２０ＶＣ５５０１ ＤＳＰ
！里坠竺ｌ存储 １函］模块
ｔｔＳＹＮＣ ～：：：：：：：：：Ｊ
ＥＮＢ ＳＣＬ ＳＤＡ
Байду номын сангаас
图３图像采集电路图 图中，ＨＶ７１３１Ｒ外接２５ ＭＨｚ时钟，Ａ／Ｄ转换输出
的高８位ＤＡＴＡ［９：２］接ＨＰＩ．ＨＤ［７：０］作为数据输 入，由于Ａ／Ｄ输出是１０位，因此将低２位ＤＡＴＡ ［１：０］悬空；帧同步信号（ＶＳＹＮＣ）和行同步信号 （ＨＳＹＮＣ）作为信号源分别接到ＴＩＭＯ和ＴＩＭｌ管脚；通 过Ｃ５５０１片上集成的１２Ｃ总线可以访问或修改传感器 内部寄存器值，设置采集参数。系统运行过程中， ＨＶ７１３１Ｒ读取指纹数据，ＬＣＤ接收写入数据。所以，
系统扩展Ｆｌａｓｈ主要有两个作用：一是用以存放 程序代码，上电以后，Ｆｌａｓｈ中的程序代码被装入ＤＳＰ 内部ＤＡＲＡＭ中，系统开始正常工作；另一个作用是存 放指纹处理程序处理完指纹后所获得的指纹特征以及 一些相关的信息数据等。本系统采用的Ｆｌａｓｈ芯片为 ＳＳＴ３９ＶＦ３２０１，存储容量为２ ＭＢ。Ｃ５５０１仅有２０根地 址线，因此最多可以扩展到ｌ ＭＢ。设计中将ＧＰｌ０７连 接到Ｆｌａｓｈ的Ａ２２管脚，使用ＧＰｌ０７扩展地址线来访 问Ｆｌａｓｈ空间。高地址空间存储指纹库，低地址空间 存储系统程序，有效地利用了Ｆｌａｓｈ空间资源。 ２．３采集电路设计
ｗａｒｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｒｕｎｓ ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ ｒｅ－ ｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０１；ｉｍａｇｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；ＤＳＰ／ＢＩＯＳ；ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０１的内部仅有３２ ＫＢ ＤＡＲＡＭ，需要 通过外部存储器接口（ＥＭＩＦ）来扩展存储器。本系统 同时扩展了ＳＤＲＡＭ和Ｆｌａｓｈ。其中，ＳＤＲＡＭ采用了
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图２控制电路原理图
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《测控技术）２０１０年第２９卷第７期
Ｈｙｎｉｘ公司的ＨＹ５７Ｖ１６１６１０Ｄ，用于用户程序与指纹数 据的暂存。针对图像算法在片内ＤＡＲＡＭ上运行效率 要远远高于外扩存储器的问题，将指纹采集器输出的 图像大小设置为２８０×２８０，采集到的图像经过各行抽 取变成大小为１４０×１４０图像，再把１６位数据空间按 高低位分开放置图像数据，整个图像数据就不到２０ ＫＢ，并且指纹图像处理算法的程序也不超过８ ＫＢ，整 个运行程序不超过３０ ＫＢ。图像处理过程中的程序和 数据都可以在片内ＤＡＲＡＭ上完成，缓解了ＥＭＩＦ总 线接口的压力并提高了系统的数据处理能力。
收稿日期：２００９一ｌｌ一２３ 作者简介：刘慧英（１９５６一），女，陕西西安人，教授，主要从事智 能控制理论与智能交通系统的研究；李飞（１９８２一），男，硕士研 究生，研究方向为控制理论与控制工程。
万方数据
为两大类，即联机（ＰＣ）识别系统和嵌入式识别系统。 嵌入式识别系统结构上相对独立，不需要连接计算机 就可以独立完成其设计功能，具有速度快、体积小、接 口多等优点，被应用到各种领域。但是该系统存在两 方面的问题：一是缺少操作系统，程序处于“裸跑”状 态，降低了系统运行的可靠性；二是更多地采用“ＤＳＰ ＋ＦＰＧＡ”的处理器结构，增加了系统功耗与成本，从而 限制了其应用的范围。因此，开发基于操作系统的 ＤＳＰ指纹识别系统具有很大的实际意义。
中图分类号：鹏９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—８８２９（２０１０）０７一００２８—０５
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０ １ ａｎｄ ＤＳＰ／ＢＩｏＳ
ＬＩＵ Ｈｕｉ－ｙｉｎｇ，ＬＩ Ｆｅｉ，ＮＩＮＧ Ｆｅｉ，ＦＵ Ｌｅｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１０１２９，Ｃｈｉｎａ）
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《测控技术）２０１０年第２９卷第７期
基于ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０ １和ＤＳＰ／ＢＩＯＳ的 指纹识别系统设计
刘慧英，李飞，宁飞，傅磊
（西北工业大学自动化学院，陕西西安７１０１２９）
摘要：针对目前嵌入式指纹识别系统设计的不足，提出了基于单ＤＳＰ处理器结构的指纹识别设计方案。 系统硬件采用ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０１作为处理核心，ＣＭＯＳ图像传感器ＨＶ７１３１Ｒ为图像采集器件，片上系统 芯片ＣＹ８Ｃ２１５３４设计的电容性触摸按键提供系统控制输入。系统软件以嵌入式实时操作系统ＤＳＰ／ＢＩ． ＯＳ为开发平台进行实时多任务设计，并对指纹识别算法进行了硬件平台优化和改进。调试结果表明， 该系统运行稳定可靠，匹配精度高，满足设计要求。 关键词：ＴＭｓ３２０ＶＣ５５０１；图像采集；ＤＳＰ／ＢＩＯＳ；指纹识别算法
ＤＳＰ／ＢＩＯＳ是，Ｉ＇Ｉ公司ＤＳＰ集成开发工具ＣＣＳ中 集成的嵌入式实时多任务操作系统，它提供友好的图 形分配界面来进行ＤＳＰ的软、硬件控制，开发者可以 动态地进行操作系统对象设计，也可以很直观地在图 形分配界面中直接进行任务的分配，大大简化了程序 设计步骤＂１。设计ＤＳＰ／ＢＩＯＳ实时嵌入式操作系统的 多个任务时，首先根据系统功能分解任务，创建中断和 任务线程，并划分各个线程的优先级；其次选择任务之 间的通信和同步方式，设计软件流程，并编程实现。 ３．１任务分解
根据软件功能需求，将系统分为指纹注册、指纹匹 配、密码注册、密码匹配和结果显示５个主要任务。使 用ＤＳＰ／ＢＩＯＳ配置工具进行创建线程：静态创建一个 硬件中断，用户按照提示信息，通过键盘输入任务命令 来实现对系统的控制；创建一个软件中断函数Ｋｅｙ—ｉｎ－ ｔｅｒｒｕｐｔ（）来响应键盘的硬件中断，触发各个功能任务； 创建５个任务线程：ＴＳＫ—ｆｉｎｇｅｒ—ｅｎｒｏｌｌ．ＴＳＫ—ｆｉｎｇｅｒ— ｍａｔｃｈ，ＴＳＫ—ｐａｓｓｗｏｒｄ—ｅｎｒｏｌｌ，ＴＳＫ—ｐａｓｓｗｏｒｄ—ｍａｔｃｈ和 ＴＳＫ—ｄｉｓｐｌａｙ。其中，键盘硬件中断优先级最高，软件中 断优先级次之，指纹注册和匹配、密码注册和匹配的优 先级相同，结果显示任务优先级介于软件中断和其他 功能任务之间。 ３．２任务间的调度
指纹采集器
ＨＶ７１３１Ｒ
系统电源管理
数据传输接口
ＵＡＲＴ
图１硬件平台设计图 首先，通过键盘控制发出指纹注册或识别的命令，
９ ＢＡＣＫ ＯＫ ＦＳＣＭＦＮＵ ６
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指纹传感器接到命令后并在有指纹按下的条件下开始 采集指纹，然后通过主机接口以ＤＭＡ方式将指纹图 像暂存到ＤＳＰ中，最后ＤＳＰ将经过预处理的指纹图像 数据存到数据存储器ＳＤＲＡＭ中。Ｆｌａｓｈ为操作系统 程序、用户程序以及后续的指纹识别算法提供存储空 间。键盘除了用以发出注册或识别命令外，还可以进 行系统复位等操作。外扩的ＬＣＤ可以为键盘控制提 供文字提示，并显示处理结果，提供良好的人机交互。 ２．１控制电路设计
Ｃ５５０１的８位主机接口ＨＰＩ．ＨＤ［７：０］配置为 ＧＰＩＯ，通过读写ＨＧＰＩＯＤＡＴ！寄存器来实现数据传输。 图像采集电路如图３所示。
（ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０１（ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０１ １Ｊ
ＨＰＩ．ＨＤ［７：０】 １１Ｍ０ １１Ｍｌ
ＧＰｌ０２ ＳＣＬ ＳＤＡ
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系统按键采用Ｃｙｐｒｅｓｓ公司生产的可编程系统级 ＳｏＣ芯片ＣＹ８Ｃ２１５３４设计的电容性触摸按键。 ＣＹ８Ｃ２１５３４共有２８个管脚，其中２４个管脚除了可以 配置为数字Ｌ／Ｏ或模拟输入端口外，还可以通过其内 部模拟总线作为模拟多路输入旧１。控制按键的软件 设计是在ＰＳｏＣ Ｄｅｓｉｇｎｅｒ５．０开发环境中进行的，硬件 电路如图２所示。配置１６个管脚为触摸感应按键，用 作系统控制；配置１个管脚为触摸感应导线，检测指纹 采集器上有无手指；参考电压来自模拟调制器 （ＡＳＥｌ １）。硬件设计中，反馈电阻尺。选择４．７ ｋｌｌ电 阻；外部调制电容Ｃ刊选择０．０１¨Ｆ电容；其他事项参 考相关技术手册，这里不在赘述。控制键盘用１２Ｃ主 机方式向Ｃ５５０１发送命令，ＤＳＰ进入软件中断选择执 行的任务，ＬＣＤ为每一步骤提供文字显示。 ２．２存储电路设计
随着现代社会数字化、信息化和网络化进程的不 断加快，人们之间的信息交流愈加频繁，对身份鉴别技 术的要求也越来越高。传统的身份识别（如钥匙、证 件和密码等）存在容易丢失、磨损以及遗忘等缺点，因 此人们把目光转向生物识别技术。所谓生物识别技术 是指利用人的生理特征或行为特征来进行个人身份的 鉴定。指纹的唯一性和终生不变性，使其成为当前生 物识别的主要研究对象…。指纹识别技术具有很高 的可行性和实用性，因而成为目前应用最广泛的个人 身份认证技术之一。指纹识别技术的应用系统可以分