基于TMS320VC5402的指紋識(shí)別系統(tǒng)

1、基于TMS320VC5402的指紋識(shí)別系統(tǒng) 湖 北 民 族 學(xué) 院信息工程學(xué)院DSP課程設(shè)計(jì)報(bào)告書題目: 基于TMS320VC5402的指紋識(shí)別系統(tǒng)信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)（班級(jí)）電氣工程及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)題目基于TMS320VC5402的指紋識(shí)別系統(tǒng)計(jì)技術(shù)參數(shù)TMS320VC54021M的程序空間和64K的數(shù)據(jù)空間。內(nèi)部自帶的16K系統(tǒng)中所采集到的8bits灰度圖像大小為300×256理解TMS320VC54021芯片的結(jié)構(gòu)及其控制字，靈活運(yùn)用芯片與外圍設(shè)備的接口，設(shè)計(jì)一個(gè)芯片使其實(shí)現(xiàn)DSP與PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，DSP與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集處

2、理的同時(shí)還能進(jìn)行各種控制,設(shè)計(jì)了一種基于DSP 和MCU的雙CPU數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)考資料1蘇濤.DSP實(shí)用技術(shù)M. 2010 年 6 月25日 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 專業(yè)（班級(jí)）： 電氣工程及其自動(dòng)化課程設(shè)計(jì)題目：基于TMS320VC5402的指紋識(shí)別系統(tǒng) 成績(jī)： 指導(dǎo)教師： 年 月 日信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表摘 要數(shù)字信號(hào)處理器 DSP 是指以數(shù)值計(jì)算的方法對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理的芯片。它具有處理速度快、靈活、精確、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。DSP應(yīng)用于指紋識(shí)別已經(jīng)成為一個(gè)新的科技領(lǐng)域和獨(dú)立的學(xué)科體系,當(dāng)前已形成了有潛力的產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)。本文選定100MHz DSP TMS320VC

3、5402作為指紋信號(hào)的處理器,利用其流水線編碼的操作特點(diǎn),并結(jié)合指紋識(shí)別技術(shù),實(shí)現(xiàn)基于DSP CCS2.2的指紋識(shí)別預(yù)處理系統(tǒng)。CCS 2.2 Code Composer Studio 是一種針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)TMS320調(diào)試接口的集成開發(fā)環(huán)境 IDE ,由TI公司于1999年推出。 指紋識(shí)別作為生物特征識(shí)別的一種，有其不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。由于可以隨身攜帶這種特殊的“印章”，所以受到越來(lái)越多人的重視。本系統(tǒng)使用TI的TMS320VC5402（以下簡(jiǎn)稱5402）作為核心。DSP與單片機(jī)相比，多用于算法比較復(fù)雜，乘加運(yùn)算量比較大的場(chǎng)合。該芯片為一款定點(diǎn)的DSP，它具有高達(dá)100MIPS的運(yùn)算能力，同時(shí)具有優(yōu)化的

4、CPU結(jié)構(gòu)和一系列的智能外設(shè)。下面著重討論基于該芯片的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。Digital signal processor DSP refers to the method of numerical calculation of digital signal processing chip.It has high processing speed and flexibility, accuracy, strong anti-jamming capability, small volume, convenient, etc. DSP applied to the fingerprint identific

5、ation technology has become a new and independent discipline system has been formed, and the potential of the market and industry. This 100MHz selected TMS320VC5402 DSP as the signal processor, using the fingerprint of the assembly code, combining the characteristics of operation fingerprint identif

6、ication technology, realizing the fingerprint identification based on DSP CCS2.2 pretreatment system. CCS 2.2 Code Composer Studio is a standard interface for TMS320 debugging integrated development environment IDE , by TI company in 1999. The fingerprint identified as biometrics, its incomparable a

7、dvantages. Due to the special can carry the "stamp", more and more people's attention. This system USES the TMS320VC5402 TI hereinafter referred to as the core 5402 . DSP microcontroller, compared with the algorithm is more complex, used by calculation and comparison of the big occasio

8、n. This chip is a fixed-point DSP, it has 100MIPS up the operation ability, also has the optimization of the structure and a series of intelligence CPU peripherals. Based on the chip below emphatically discussed the system design.Keywords: DSP TMS320VC5402 fingerprint identification目 錄1 任務(wù)提出與方案論證61.

9、1指紋識(shí)別系統(tǒng)的架構(gòu)61.2系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)要點(diǎn)62 總體設(shè)計(jì)72.1存儲(chǔ)空間軟硬件設(shè)計(jì)72.2存儲(chǔ)空間軟硬件設(shè)計(jì)92.3總線控制和驅(qū)動(dòng)102.4總線與LCD接口硬件設(shè)計(jì)102.5指紋圖像獲取113 詳細(xì)設(shè)計(jì)123.1硬件設(shè)計(jì)123.2軟件設(shè)計(jì)193.3指紋識(shí)別預(yù)處理算法223.4指紋圖像在CCS 2.2上的輸入與輸出23實(shí)際指紋圖像預(yù)處理效果233.6系統(tǒng)調(diào)試方法244 總結(jié)25參考文獻(xiàn)261 任務(wù)提出與方案論證隨著計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)的不斷發(fā)展,生物識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越加廣泛. 在各種生物識(shí)別技術(shù)中,指紋識(shí)別是目前生物檢測(cè)學(xué)中研究最深入、應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最成熟的、最有前景的一種識(shí)別技術(shù),它通過(guò)分

10、析指紋的局部特征,從中抽取詳盡的特征點(diǎn),從而可靠地確認(rèn)個(gè)人身份。 指紋識(shí)別的優(yōu)點(diǎn)是指紋作為人體獨(dú)一無(wú)二的特征,它的復(fù)雜度可以提供用于鑒別的足夠特征,具有極高的安全性、實(shí)用性、可行性，是一種比較理想的身份認(rèn)證技術(shù)。指紋識(shí)別技術(shù)是以數(shù)字圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)，而逐步發(fā)展起來(lái)的。相對(duì)于密碼、各種證件等傳統(tǒng)身份認(rèn)證技術(shù)和諸如語(yǔ)音、虹膜等其它生物認(rèn)證技術(shù)而言，指紋識(shí)別是一種更為理想的身份認(rèn)證技術(shù)。使用指紋識(shí)別具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如：每個(gè)人的指紋都不相同，極難進(jìn)行復(fù)制或被盜用；指紋比較固定，不會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)或健康程度的變化而變化；最重要的在于指紋圖像便于獲取，易于開發(fā)識(shí)別系統(tǒng)，具有很高的實(shí)用性和可行性。1.1

11、指紋識(shí)別系統(tǒng)的架構(gòu)本課題設(shè)計(jì)了一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，通過(guò)DSP來(lái)完成指紋圖像的采集和指紋識(shí)別的算法。另外為使系統(tǒng)有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，在設(shè)計(jì)上還采用異步串行通訊方式實(shí)現(xiàn)了DSP和PC之間的數(shù)據(jù)交互。據(jù)此，系統(tǒng)由指紋傳感芯片、復(fù)雜可編程邏輯器件、閃爍存儲(chǔ)器和UART等硬件組成。1.2 系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)要點(diǎn)TMS320VC5402具有很高的性價(jià)比，可以訪問(wèn)1M的程序空間和64K的數(shù)據(jù)空間。內(nèi)部自帶的16K 雙尋址RAM，可以在一個(gè)指令周期內(nèi)完成兩次讀操作或一次讀和一次寫操作。鎖相環(huán)電路則可提供高達(dá)100MHz的工作頻率，從而使VC5402完全有能力在較短的時(shí)間內(nèi)完成指紋的識(shí)別操作。由于指紋圖像具有數(shù)據(jù)量大特

12、點(diǎn)，因此程序的設(shè)計(jì)不可避免的需要較大的存儲(chǔ)空間。系統(tǒng)中所采集到的8bits灰度圖像大小為300×256，則存儲(chǔ)一幅圖像就需要75K的空間，而VC5402可尋址的數(shù)據(jù)空間范圍總共才有64K。為此，可以參照VC5402空間分配結(jié)構(gòu)圖，通過(guò)程序空間頁(yè)擴(kuò)展功能來(lái)解決圖像的存儲(chǔ)和運(yùn)算問(wèn)題，運(yùn)用RPT、READA和WRITA指令完成圖像數(shù)據(jù)在程序空間和數(shù)據(jù)空間的搬移操作。2 總體設(shè)計(jì)指紋系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。 該系統(tǒng)是由指紋采集儀、FPGA、SRAM和Flash等硬件組成。RS232用于數(shù)據(jù)傳輸，PC機(jī)可以通過(guò)該接口得到指紋特征數(shù)據(jù)；Flash存儲(chǔ)指紋信息庫(kù)、LCD用字符和DSP程序；FP

13、GA在DSP控制下從取指器中取出圖放入SRAM中；小鍵盤用于用戶輸入ID號(hào)碼，增強(qiáng)該系統(tǒng)安全等級(jí)。 本系統(tǒng)要訪問(wèn)存儲(chǔ)器有三個(gè)：PCbfans提示請(qǐng)看下圖:DSP內(nèi)部DARAM（16K字，用于存放常量和變量數(shù)據(jù)空間）、SRAM和Flash。因?yàn)?402有20根地址線可以用來(lái)對(duì)程序空間尋址，所以有1M字節(jié)尋址空間，利用高地址線A19來(lái)區(qū)分Flash和SRAM。其中SRAM是BootLoader后程序運(yùn)行空間，這樣就把Flash放在高地址上去了。5402數(shù)據(jù)尋址空間僅為64K，所以要進(jìn)行分頁(yè)擴(kuò)展。為了避免和DARAM訪問(wèn)沖突，不能使用64K一頁(yè)。因?yàn)?4K中低地址16K實(shí)際上不能訪問(wèn)，它優(yōu)先被64K

14、中低地址16K實(shí)現(xiàn)上不能訪問(wèn)，它無(wú)被DARAM訪問(wèn)，所以定為32K一數(shù)據(jù)頁(yè)。分配一個(gè)I/O地址，而后通過(guò)I/O地址譯碼對(duì)74LS273進(jìn)行使能控制，最后鎖存I/O數(shù)據(jù)作數(shù)據(jù)頁(yè)。當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)空間進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，應(yīng)分為以下幾步： 解析該地址，進(jìn)行分割。前（低）15位為頁(yè)內(nèi)地址，后（高）6位為頁(yè)地址。 判斷頁(yè)地址是否為0。如果為0，則說(shuō)明訪問(wèn)DARAM，直接使用訪問(wèn)數(shù)據(jù)指令；需要16位地址就是前15位地址、高位補(bǔ)零，并結(jié)束。 把頁(yè)地址用PORTW命令送到寄存器（所分配I/O空間地址）里，頁(yè)地址也就在SRAM高地址線上了。 再使用訪問(wèn)數(shù)據(jù)指令，需要16位地址就是前15位地址、高位補(bǔ)零。 對(duì)存儲(chǔ)器管理，需要編寫

15、一定量程序?？梢栽O(shè)置一個(gè)全局變量存儲(chǔ)頁(yè)地址。由于擴(kuò)展頁(yè)僅為32K，大于32K數(shù)組是開辟不出來(lái)，所以使用鏈表。需要注意是釋放空間時(shí)，把相鄰未使用空間盡量連接成一大塊，同時(shí)需要一個(gè)接一個(gè)地把用過(guò)堆?？截惖蕉芽臻g尾部，使自己空間聚合成一個(gè)大塊。 外部程序擴(kuò)展和數(shù)據(jù)空間擴(kuò)展示意圖分別如下2圖所示：2.2 RS232通信接口軟硬件設(shè)計(jì)該系統(tǒng)使用3110E連接DSP與PC機(jī)，通過(guò)軟件控制分頻比可獲得通用300baud230kbaud波特率。3110E內(nèi)部UART與RS232收發(fā)器能夠獨(dú)立工作。McBSP時(shí)鐘停止模式可以兼容SPI主-從協(xié)議。所謂McBSP時(shí)鐘停止模式是指其時(shí)鐘會(huì)在每次數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時(shí)停止，并

16、在下次數(shù)據(jù)傳輸開始時(shí)立即啟動(dòng)或延半個(gè)周期再啟動(dòng)。其接收器和發(fā)送器是同步，即CLKX和FSX分別與CLKR和FSR相連；在傳輸過(guò)程中，CLKX和FSX又分別用做SPI移位時(shí)鐘SCK和從方使能SS，可以是輸出（主方），也可以輸入（從方）。其McBSP初始化編程應(yīng)遵守以下幾個(gè)步驟： 將SPCR中XRST、RRST置為0，處于復(fù)位狀態(tài)。 McBSP保持復(fù)位狀態(tài)下，設(shè)置有關(guān)寄存器為需要值。由于SPI協(xié)議要求McBSP在移位輸出數(shù)據(jù)之前，F(xiàn)SX信號(hào)必須由DXR- XSR產(chǎn)生FSX，所以XCR寄存器中XDATALY位必須設(shè)置為1。 設(shè)置SPCR- GRST為1，采樣率發(fā)生器退出復(fù)位狀態(tài)，開始工作。 等待兩個(gè)

17、時(shí)鐘周期，以確保McBSP在初始化過(guò)程中內(nèi)部能夠正確地同步。 而后，配置3110E波特率和發(fā)送波形，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)根據(jù)3110E數(shù)據(jù)手冊(cè)拼裝成一個(gè)16位字進(jìn)行發(fā)送。接收通過(guò)DSPInt0中斷進(jìn)行處理。PCbfans提示請(qǐng)看下圖:本系統(tǒng)中總線有兩種：數(shù)據(jù)總線和地址總線。數(shù)據(jù)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，地址總線進(jìn)行尋址。因?yàn)镈SP數(shù)據(jù)總線是3.3V高電平邏輯值，可能出現(xiàn)不能驅(qū)動(dòng)外部5V邏輯電平情況；而且連接在動(dòng)能力不足。因此，需要對(duì)總線，特別是數(shù)據(jù)總線進(jìn)行加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力設(shè)計(jì)。其中數(shù)據(jù)總線使用SN74LVTH16245來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)向驅(qū)動(dòng)；地址總線是單向，沒有方向控制，也沒有使能控制，使用SN74LVTH16244單向

18、驅(qū)動(dòng)器就可以了。對(duì)于數(shù)據(jù)總線控制，按照所邏輯合理使用了DSP_MSTRB。DSP_IOSTRB、R/W就可以完成了。 2.4 鍵盤與LCD接口硬件設(shè)計(jì) 鍵盤和LCD都是I/O器件，分配兩個(gè)I/O空間地址，通過(guò)對(duì)地址譯碼產(chǎn)生使能控制LCD和鍵盤。鍵盤上有12個(gè)按鍵，用10k電阻拉高，同時(shí)使用與邏輯連接這12根線，輸出邏輯電平接DSP中斷Int2，在中斷服務(wù)程序中使用PORTR命令讀入鍵值。LCD用于顯示界面信息。本系統(tǒng)使用LC1611字符點(diǎn)陣模塊。 2.5 指紋圖像獲取 采用Altera公司plus II軟件進(jìn)行VHDL語(yǔ)言編程。按照一定時(shí)序，把指紋圖像放大SRAM固定地址中，這一部分調(diào)試有些麻

19、煩，可以放在最后做，而圖像獲取可使用CCS2.0下file- data- load把圖像文件放入指定內(nèi)存區(qū)域。此圖像文件為CCS數(shù)據(jù)文件，可以編寫一段C程序把BMP文件轉(zhuǎn)換成CCS文件。另一種比較方便方法是用DSP編寫一個(gè)小程序，使用fopen 、fread 等函數(shù)把圖像讀入內(nèi)存，然后使用file- data- save保存成CCS文件。 3 詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1 硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心處理單元是TI 公司推出的高性能數(shù)字信號(hào)處理器TMS320VC5402 , 該芯片具有精度高、靈活性大、可靠性高、時(shí)分復(fù)用等特點(diǎn)。其采用程序空間與數(shù)據(jù)空間完全獨(dú)立的哈佛總線結(jié)構(gòu), 指令的執(zhí)行采用流水線結(jié)構(gòu), 內(nèi)部有一到多

20、個(gè)處理內(nèi)核, 帶有片上硬件乘法器, 指令執(zhí)行速度最快為幾十納秒, 處理能力為100 MIPS。片內(nèi)有8 條總線、片上存儲(chǔ)器和片上外圍電路等硬件, 并且有高度專業(yè)化的指令系統(tǒng)3 。TMS320VC5402 片外直接數(shù)據(jù)尋址空間為64 kB , 程序空間尋址能力可達(dá)1 MB , 但是通過(guò)程序空間來(lái)擴(kuò)展數(shù)據(jù)空間將影響系統(tǒng)處理速度。但是MTS320VC5402 在實(shí)際使用過(guò)程中,程序和數(shù)據(jù)的一次連續(xù)處理一般都不會(huì)超過(guò)64 kB , 所以把核心的程序常駐TMS320VC5402 內(nèi)16 kB 空間, 一般控制在12 kB , 再留78 kB 的空間調(diào)用所需的程序, 程序在片內(nèi)的執(zhí)行速度要比片外的快許多,

21、 通過(guò)來(lái)回到程序, 就能實(shí)現(xiàn)程序的全速運(yùn)行。數(shù)據(jù)空間可以通過(guò)CPLD 片選來(lái)進(jìn)行擴(kuò)展。由于DSP 外部最多支持?jǐn)U展32 k 數(shù)據(jù)空間, 但是我們實(shí)際擴(kuò)展了64 k 的SRAM , 因此SRAM 的A15 地址線由DSP 通過(guò)CPLD 中的邏輯電路來(lái)控制, 由此來(lái)選擇使用SRAM 的高地址段32 k 存儲(chǔ)空間或者地址段32 k 存儲(chǔ)空間, 這樣既符合DSP 的外擴(kuò)空間要求, 又使系統(tǒng)增加了更多的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。CPLD 是由一種被IEEE 認(rèn)定的標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)言VHDL V HDL 主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為、功能和接口 實(shí)現(xiàn)的4 。在系統(tǒng)終端我們選用LCM 液晶顯示模塊, 直接顯示需要的指

22、紋圖像和數(shù)據(jù)結(jié)果。要顯示的圖像或數(shù)據(jù)首先由DSP 存入緩沖器, 再由LCM 讀取, 這樣可以避免了由于DSP和LCM 讀寫速度不匹配而發(fā)生錯(cuò)誤。本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)由圖像采集、圖像處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、圖像顯示和電源部分五個(gè)部分組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1 TMSC5401結(jié)構(gòu)圖：總系統(tǒng)電路部件圖：復(fù)位電路圖：系統(tǒng)連接圖：分 電源部分在系統(tǒng)的硬件部分中占有重要的地位,它將影響到整機(jī)能否可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。其中,要著重考慮以下兩點(diǎn)：第一、要有一套保證DSP芯片內(nèi)核和I/O能同時(shí)上電的解決方案,這樣避免對(duì)芯片造成損害。本系統(tǒng)采用D型邊沿觸發(fā)器來(lái)開關(guān)電源輸出,很好的解決了這個(gè)問(wèn)題;第二、在高速電路板中,開關(guān)的電磁輻射和線路噪

23、音會(huì)干擾器件的實(shí)際工作電壓,而DSP芯片一般要求工作電壓偏差不超過(guò)5%,否則,長(zhǎng)時(shí)間工作在非正常電壓容易縮短芯片壽命甚至于燒毀。因此,本系統(tǒng)中特別設(shè)計(jì)了電壓監(jiān)控電路來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控電壓。根據(jù)本系統(tǒng)特點(diǎn),采用了TI公司的TPS芯片。 圖像采集電路及流程圖像采集電路是整個(gè)系統(tǒng)中極其重要的部分, 高質(zhì)量指紋圖像的采集大大的降低了鑒定指紋時(shí)的誤識(shí)率和拒識(shí)率, 提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。系統(tǒng)采用的是美國(guó)Veridicom 公司的FPS200 固態(tài)指紋傳感器作為圖像采集電路的核心器件。該芯片適用于更復(fù)雜的指紋和更惡劣的氣候條件。它采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS 工藝制造, 獲取圖像為256 ×300 像素, 分辨率500

24、dpi 。提供三種接口方式:標(biāo)準(zhǔn)8 位微處理器總線、集成高速USB 接口、串行外設(shè)接口SPI5 。圖像傳輸速度分別為30 幀/ s、13 幀/ s、10 幀/ s。FPS200 芯片由256 列和300 行電容陣列組成, 芯片內(nèi)設(shè)計(jì)有兩個(gè)采樣保持電路用于指紋圖像的采集。通過(guò)測(cè)量每個(gè)傳感單元在每次充電后的電壓值和放電后的電壓值的差來(lái)獲得每個(gè)傳感單元的電容值。每次捕捉每行圖像后, 在該行內(nèi)的每個(gè)傳感單元內(nèi)就有待數(shù)字化的電容值。因此通過(guò)改變放電電流大小和放電時(shí)間就可以改變FPS200 的靈敏度。整個(gè)圖像采集流程圖如下圖所示：G接口JTAG Joint Test Action Group 聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)

25、小組 是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議（IEEE 1149.1兼容），主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試?，F(xiàn)在多數(shù)的高級(jí)器件都支持JTAG協(xié)議，如DSP、FPGA器件等。標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口是4線：TMS、 TCK、TDI、TDO，分別為模式選擇、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。 JTAG最初是用來(lái)對(duì)芯片進(jìn)行測(cè)試的，基本原理是在器件內(nèi)部定義一個(gè)TAP（Test Access Port�測(cè)試訪問(wèn)口）通過(guò)專用的JTAG測(cè)試工具對(duì)進(jìn)行內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。JTAG測(cè)試允許多個(gè)器件通過(guò)JTAG接口串聯(lián)在一起，形成一個(gè)JTAG鏈，能實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)器件分別測(cè)試?，F(xiàn)在，JTAG接口還常用于實(shí)現(xiàn)ISP（In-System rogra

26、mmable�在線編程），對(duì)FLASH等器件進(jìn)行編程。 JTAG編程方式是在線編程，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中先對(duì)芯片進(jìn)行預(yù)編程現(xiàn)再裝到板上因此而改變，簡(jiǎn)化的流程為先固定器件到電路板上，再用JTAG編程，從而大大加快工程進(jìn)度。JTAG接口可對(duì)PSD芯片內(nèi)部的所有部件進(jìn)行編程 JTAG的一些說(shuō)明 通常所說(shuō)的JTAG大致分兩類，一類用于測(cè)試芯片的電氣特性，檢測(cè)芯片是否有問(wèn)題；一類用于Debug；一般支持JTAG的CPU內(nèi)都包含了這兩個(gè)模塊。 一個(gè)含有JTAG Debug接口模塊的CPU，只要時(shí)鐘正常，就可以通過(guò)JTAG接口訪問(wèn)CPU的內(nèi)部寄存器和掛在CPU總線上的設(shè)備，如FLASH，RAM，SO

27、C（比如4510B，44Box，AT91M系列）內(nèi)置模塊的寄存器，象UART，Timers，GPIO等等的寄存器。 上面說(shuō)的只是JTAG接口所具備的能力，要使用這些功能，還需要軟件的配合，具體實(shí)現(xiàn)的功能則由具體的軟件決定。 例如下載程序到RAM功能。了解SOC的都知道，要使用外接的RAM，需要參照SOC DataSheet的寄存器說(shuō)明，設(shè)置RAM的基地址，總線寬度，訪問(wèn)速度等等。有的SOC則還需要Remap，才能正常工作。運(yùn)行Firmware時(shí)，這些設(shè)置由Firmware的初始化程序完成。但如果使用JTAG接口，相關(guān)的寄存器可能還處在上電值，甚至?xí)r錯(cuò)誤值，RAM不能正常工作，所以下載必然要失敗

28、。要正常使用，先要想辦法設(shè)置RAM。在ADW中，可以在Console窗口通過(guò)Let 命令設(shè)置，在AXD中可以在Console窗口通過(guò)Set命令設(shè)置。,TMS320VC5402 通過(guò)總線操作對(duì)FPS200 進(jìn)行設(shè)置, 然后進(jìn)入指紋圖像采集階段。在該階段TMS320VC5402 處于空閑狀態(tài),CPLD 占用數(shù)據(jù)總線, 將數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)到圖像RAM 中。采集完一幀指紋圖像后由CPLD 通知DSP 進(jìn)入數(shù)據(jù)處理階段。在該階段TMS320VC5402 先將圖像RAM 中的數(shù)據(jù)分塊送到用戶ROM 中, 然后對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理, 特征點(diǎn)提取等運(yùn)算。最后通過(guò)USB 將結(jié)果輸出給上位機(jī)。上位機(jī)調(diào)出指紋數(shù)據(jù)庫(kù),并將提

29、取的結(jié)果與采集的指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì), 判斷采集的指紋是否與庫(kù)中指紋匹配, 最后給出結(jié)論。數(shù)字信號(hào)處理器 DSP 是指以數(shù)值計(jì)算的方法對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理的芯片。它具有處理速度快、靈活、精確、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。DSP應(yīng)用于指紋識(shí)別已經(jīng)成為一個(gè)新的科技領(lǐng)域和獨(dú)立的學(xué)科體系,當(dāng)前已形成了有潛力的產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)。本文選定100MHz DSP TMS320VC5402作為指紋信號(hào)的處理器,利用其流水線編碼的操作特點(diǎn),并結(jié)合指紋識(shí)別技術(shù),實(shí)現(xiàn)基于DSP CCS2.2的指紋識(shí)別預(yù)處理系統(tǒng)。CCS 2.2 Code Composer Studio 是一種針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)TMS320調(diào)試接口的集成開發(fā)環(huán)境

30、IDE ,由TI公司于1999年推出。指紋識(shí)別的處理流程如下圖所示：指紋處理過(guò)程可分為三個(gè)階段: 1 獲取原始指紋圖像,進(jìn)行預(yù)處理; 2 提取指紋特征點(diǎn); 3 指紋識(shí)別分析判斷。 在上述三個(gè)階段中,指紋圖像的預(yù)處理階段尤為重要,該階段對(duì)圖像處理的好壞直接關(guān)系到后面兩個(gè)階段工作的開展。本文結(jié)合TMS320VC5402的特點(diǎn),重點(diǎn)研究指紋識(shí)別的預(yù)處理算法及其DSP實(shí)現(xiàn)問(wèn)題,其中包括指紋的極值濾波、平滑濾波、拉普拉斯銳化、迭代二值化和該算法在DSP開發(fā)平臺(tái)CCS2.2的C5000上的仿真實(shí)現(xiàn)。這一問(wèn)題的解決,可為未來(lái)指紋識(shí)別系統(tǒng)的脫機(jī)應(yīng)用提供很有價(jià)值的參考。 主程序流程主流程就是要實(shí)現(xiàn)把各部分的程序

31、連接成一個(gè)有機(jī)的整體，并能夠通過(guò)液晶顯示和小鍵盤響應(yīng)實(shí)現(xiàn)和用戶的交互。所以，它的任務(wù)就是能夠響應(yīng)小鍵盤，根據(jù)不同的鍵值執(zhí)行不同的操作，同時(shí)顯示不同的頁(yè)面。系統(tǒng)主流程所示。 鍵盤中斷程序5402中與中斷有關(guān)的寄存器有三個(gè)：IFR、IMR、PMST。在DspInitial（）函數(shù)中，首先要設(shè)置好這些寄存器，而后在中斷程序中讀入鍵值。為了防止誤觸發(fā)，在中斷的一開始延時(shí)3ms。其核心代碼如下：ioport unsigned char port0000; volatile unsigned int* IMR volatile unsigned int * 0x0000; volatile unsigne

32、d int* PMST volatile unsigned int * 0x001D; main DspInitial ; interrupt void isr_int0 delay3ms ; KEY port0000&0x0FFF; Switch KEY BootLoader程序設(shè)計(jì)該系統(tǒng)為最小系統(tǒng)，需要脫離開發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行，因此須進(jìn)行BootLoader設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)上電以后自動(dòng)把程序和數(shù)據(jù)從外部存儲(chǔ)器Flash讀SRAM中，但問(wèn)題是用戶程序超過(guò)了32K，所以必須采用以下特殊的BOOT方法。內(nèi)部BOOT。利用片內(nèi)的BOOT程序?qū)⒆约壕幹频腂OOT程序從Flash移至內(nèi)部的RAM中。用戶B

33、OOT。內(nèi)部BOOT完成后，開始執(zhí)行自己的BOOT程序。利用DSP的擴(kuò)展尋址方法，自已編制的BOOT編程中從Flash讀取代碼。用戶BOOT完成后，跳至用戶程序開始運(yùn)行。2.4 指紋識(shí)別核心算法程序系統(tǒng)使用的指紋算法主要分為五部分，其算法的可靠性已經(jīng)isual C 6。0進(jìn)行了驗(yàn)證，具體算法如下：背景分離。采用標(biāo)準(zhǔn)差閾值跟蹤法，圖像的指紋部分是由黑白相同的紋理組成的，灰度變化很大，具有較大的標(biāo)準(zhǔn)差；而背景部分灰度分布比較平坦，標(biāo)準(zhǔn)差小，因此計(jì)算以各點(diǎn)為中心的一組像素的標(biāo)準(zhǔn)差，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)差大于某一門限時(shí)，就可以確定該點(diǎn)為前景，否則為背景。計(jì)算方向圖。采用基于法線向量的方法，其中還涉及到方向場(chǎng)的平滑。

34、方向?yàn)V波。設(shè)計(jì)一個(gè)水平模板，然后將水平模板旋轉(zhuǎn)到需增強(qiáng)的方向進(jìn)行濾波。奇異點(diǎn)檢測(cè)。區(qū)分出奇異點(diǎn)，如核形（core）、三角（elta）、渦輪形（whorl）。特征點(diǎn)提取。采用脊跟蹤法，其基本思想是直接對(duì)圖像進(jìn)行脊線跟蹤，在跟蹤過(guò)程中檢測(cè)特征點(diǎn)。以上便是所采用指紋算法的核心思想。在DSP編程中把它分成五個(gè)任務(wù)模塊，每一個(gè)模塊都必須注意頁(yè)面寄存器的值，如果程序僅在SRAM中運(yùn)行會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)鐘，所以把部分程序和數(shù)據(jù)放入DSP的內(nèi)部。根據(jù)自己編程的體會(huì)，程序和數(shù)據(jù)的一次連續(xù)處理不會(huì)超過(guò)64K，所以可以把核心的程序常駐5402內(nèi)1K的空間，再留有78K的空間調(diào)用所需的程序，余下的7K用于存放數(shù)據(jù)。但考慮

35、到該方法程序編寫的復(fù)雜性，僅在圖像濾波中使用，因?yàn)闉V波方法簡(jiǎn)單而有規(guī)律。為了提高效率，可以開辟兩個(gè)存儲(chǔ)區(qū)（PING-PONG型），當(dāng)一塊用于DMA傳輸時(shí)，另一塊讓DSP進(jìn)行計(jì)算。最后一點(diǎn)，因?yàn)?402是定點(diǎn)的，所以要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行定標(biāo)。 取鄰域相關(guān)像素的均值為Ai,i 1,2,.8 ,并以四個(gè)像素為一組處理單元,則改進(jìn)的極值濾波1算法可表述如下: 如果A0 Ai ,i 1,2,.8 ,則 s1 s2 s4 s0 min A1,A2,A4 s2 s3 s5 s0 min A2,A3,A5 s4 s6 s7 s0 min A4,A6,A7 3 s5 s7 s8 s0 min A5,A7,A8 如果

36、min Ai Ai Ai ,i 系數(shù)取1/15而非原來(lái)的1/17的原因在于提高圖像的對(duì)比度;而卷積核中心像素加權(quán)系數(shù)取為5是為了突出該點(diǎn)像素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該改進(jìn)是可行的,有利于突出中心像素并有效去除隨機(jī)噪聲。 銳化濾波 對(duì)于由于積分運(yùn)算所造成的模糊圖像,有必要對(duì)其模糊進(jìn)行校正,進(jìn)而增強(qiáng)指紋圖像的邊界。具體做法為增強(qiáng)指紋脊線與谷的對(duì)比度。這種增強(qiáng)指紋圖像的高頻成分,使其邊緣清晰的方法稱為銳化。因此,銳化的目的在于使經(jīng)過(guò)平均或積分運(yùn)算后變得模糊的圖像的邊緣和輪廓變得清晰,并使細(xì)節(jié)清晰2。在本文中,銳化卷積核采用拉普拉斯算子3: 通過(guò)該卷積核對(duì)圖像進(jìn)行卷積預(yù)算,能實(shí)現(xiàn)高通濾波,進(jìn)而得到銳化后的指紋脊線。 值二值化 指紋圖像經(jīng)過(guò)極值濾波、平滑濾波、拉普拉斯銳化濾波、平滑濾波后,大多數(shù)噪聲都已被消除,這就為特征點(diǎn)提取提供了基礎(chǔ)。為了提取特征點(diǎn),需對(duì)指紋圖像進(jìn)行分割。本文采取迭代閥值的方法對(duì)指紋圖像進(jìn)行閥值分割。在圖像處理中,反復(fù)地用一種運(yùn)算直至條件滿足而得到輸出圖像的方法稱為迭代。迭代閥值方法如下: 設(shè)定初始灰度閥值T 如令T127 ,把指紋圖像的灰度值分為兩組R1和R2。 計(jì)算兩組的平均灰度值u1和u2。 重新設(shè)定新的灰度閥值T。新的T定義為:T