基于TMS320VC5402的指纹识别系统设计.docx

目 录 TOC \o 1-3 \u 1 任务提出与方案论证 6 1.1指纹识别系统的架构 6 1.2系统各部分设计要点 6 2 总体设计 7 2.1存储空间软硬件设计 7 2.2存储空间软硬件设计 9 2.3总线控制和驱动 10 2.4总线与LCD接口硬件设计 10 2.5指纹图像获取 11 3 详细设计 12 3.1硬件设计 12 3.2软件设计 19 3.3指纹识别预处理算法 22 3.4指纹图像在CCS 2.2上的输入与输出 23 3.5实际指纹图像预处理效果 23 3.6系统调试方法 24 4 总结 25 参考文献 26 1 任务提出与方案论证 随着计算机与信息技术的不断发展,生物识别技术的应用越来越加广泛. 在各种生物识别技术中,指纹识别是目前生物检测学中研究最深入、应用最广泛、发展最成熟的、最有前景的一种识别技术,它通过分析指纹的局部特征,从中抽取详尽的特征点,从而可靠地确认个人身份。 指纹识别的优点是指纹作为人体独一无二的特征,它的复杂度可以提供用于鉴别的足够特征,具有极高的安全性、实用性、可行性，是一种比较理想的身份认证技术。指纹识别技术是以数字图像处理技术为基础，而逐步发展起来的。相对于密码、各种证件等传统身份认证技术和诸如语音、虹膜等其它生物认证技术而言，指纹识别是一种更为理想的身份认证技术。使用指纹识别具有许多优点，例如：每个人的指纹都不相同，极难进行复制或被盗用；指纹比较固定，不会随着年龄的增长或健康程度的变化而变化；最重要的在于指纹图像便于获取，易于开发识别系统，具有很高的实用性和可行性。 1.1 指纹识别系统的架构 本课题设计了一个嵌入式系统，通过DSP来完成指纹图像的采集和指纹识别的算法。另外为使系统有更广阔的应用领域，在设计上还采用异步串行通讯方式实现了DSP和PC之间的数据交互。据此，系统由指纹传感芯片、复杂可编程逻辑器件、闪烁存储器和UART等硬件组成。 1.2 系统各部分设计要点 TMS320VC5402具有很高的性价比，可以访问1M的程序空间和64K的数据空间。内部自带的16K 双寻址RAM，可以在一个指令周期内完成两次读操作或一次读和一次写操作。锁相环电路则可提供高达100MHz的工作频率，从而使VC5402完全有能力在较短的时间内完成指纹的识别操作。由于指纹图像具有数据量大特点，因此程序的设计不可避免的需要较大的存储空间。系统中所采集到的8bits灰度图像大小为300×256，则存储一幅图像就需要75K的空间，而VC5402可寻址的数据空间范围总共才有64K。为此，可以参照VC5402空间分配结构图，通过程序空间页扩展功能来解决图像的存储和运算问题，运用RPT、READA和WRITA指令完成图像数据在程序空间和数据空间的搬移操作。 2 总体设计 指纹系统总体设计方案如图1所示。 该系统是由指纹采集仪、FPGA、SRAM和Flash等硬件组成。RS232用于数据传输，PC机可以通过该接口得到指纹特征数据；Flash存储指纹信息库、LCD用字符和DSP程序；FPGA在DSP控制下从取指器中取出图放入SRAM中；小键盘用于用户输入ID号码，增强该系统安全等级。 2.1存储空间软硬件设计 本系统要访问存储器有三个：PC提示请看下图: DSP内部DARAM（16K字，用于存放常量和变量数据空间）、SRAM和Flash。因为5402有20根地址线可以用来对程序空间寻址，所以有1M字节寻址空间，利用高地址线A19来区分Flash和SRAM。其中SRAM是BootLoader后程序运行空间，这样就把Flash放在高地址上去了。5402数据寻址空间仅为64K，所以要进行分页扩展。为了避免和DARAM访问冲突，不能使用64K一页。因为64K中低地址16K实际上不能访问，它优先被64K中低地址16K实现上不能访问，它无被DARAM访问，所以定为32K一数据页。分配一个I/O地址，而后通过I/O地址译码对74LS273进行使能控制，最后锁存I/O数据作数据页。当对数据空间进行访问时，应分为以下几步： ①解析该地址，进行分割。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。如果为0，则说明访问DARAM，直接使用访问数据指令；需要16位地址就是前15位地址、高位补零，并结束。 ③把页地址用PORTW命令送到寄存器（所分配I/O空间地址）里，页地址也就在SRAM高地址线上了。 ④再使用访问数据指令，需要16位地址就是前15位地址、高位补零。 对存储器管理，需要编写一定量程序。可以设置一个全局变量存储页地址。由于扩展页仅为32K，大于32K数组是开辟不出来，所以使用链表。需要注意是释放空间时，把相邻未使用空间尽量连接成一大块，同时需要一个接一个地把用过堆栈拷贝到堆空间尾部，使自己空间聚