1．引言

     由于網(wǎng)絡(luò)與通訊的高速發(fā)展，帶動(dòng)了信息家電、信息工業(yè)的潮流，嵌入式系統(tǒng)己經(jīng)成為不可或缺的產(chǎn)品，而且它的發(fā)展方向是功能越來越強(qiáng)大．綜合數(shù)字處理能力、管理能力、控制能力通訊能力為一體的系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心．以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ) 。軟硬件可剪裁 ，適用于對功能 、可靠性、成本 、體積功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它的最大特點(diǎn)在于能夠根據(jù)特定用戶的需求 。對軟硬件進(jìn)行合理剪裁 。具有功耗低 、體積小集成度高等特點(diǎn)，有利于整個(gè)系統(tǒng)的小型化．提高系統(tǒng)的智能化和網(wǎng)絡(luò)化程度。

    現(xiàn)有成熟的指紋識(shí)別系統(tǒng)依賴于 PC平臺(tái)．這就極大的限制了指紋識(shí)別設(shè)備的使用范圍，并且提高了系統(tǒng)成本。也有相當(dāng)一部分嵌入式系統(tǒng)采用51系列單片機(jī)作為系統(tǒng)的CPU．這些系統(tǒng)存在著性能差、人機(jī)界面簡單、改進(jìn)余地不大等問題。由于ARM處理器具有低功耗、低成本、高性能、小體積的優(yōu)點(diǎn)．故基于ARM嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)的研究具有重要的目的和意義。

2．系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

    嵌入式系統(tǒng)的架構(gòu)可以分為四個(gè)部分：處理器 、存儲(chǔ)器、輸入輸出和軟件。

    首先．嵌入式系統(tǒng)最核心的部分就是嵌入式處理器。當(dāng)前世界上具有嵌入式功能特點(diǎn)的處理器 已經(jīng)超過了1000多種 ，3O多個(gè)系列。不同的處理器有其 不同的功能和優(yōu)勢。但是低成本、低功耗、高性能是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的特殊要求。

    其次，存儲(chǔ)器也是構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)的重要部分。本系統(tǒng)就需要外擴(kuò) Flash。雖然存儲(chǔ)器的選擇依賴于處理器的選擇．但是就功能需求來說，需要考慮容量大的，性能穩(wěn)定的存儲(chǔ)器。就 Flas來說，還需要考慮 Flash的擦除等軟件操作是否方便。

    最后，要結(jié)合實(shí)際情況和處理器的功能 。確定系統(tǒng)的外田設(shè)備。

3．ARM介紹

    ARM是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè) ．該企業(yè)設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的RISC處理器 、相關(guān)技術(shù)及軟件。ARM3位體系結(jié)構(gòu)目前被公認(rèn)為是業(yè)界領(lǐng)先的32位嵌人式 RISC微處理器結(jié)構(gòu) ，所有 ARM處理器共享這一體系結(jié)構(gòu)。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點(diǎn)。適用于多種領(lǐng)域．比如嵌人控制、消費(fèi)，教育類多媒體 、DSP和移動(dòng)式應(yīng)用等 。

4．嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

    根據(jù)方案設(shè)計(jì) ，考慮到用戶的需求 、成本問題和開發(fā)的難易程度等 ．本系統(tǒng)采用Philips公司生產(chǎn)的 32位 高性能嵌人式處理器LPC2104芯片 ．它帶有一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真的ARM7TDMI—CPU，并嵌人了128KB高速Flash存儲(chǔ)器和16K SRAM．CPU操作頻率可達(dá)6OMHz。由于其非常小的尺寸和極低的功耗．很適合于將小型化和低功耗作為主要要求的應(yīng)用系統(tǒng) ．系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖 1所示。

     J]rAG調(diào)試是采用最多的一種調(diào)試方式 ．它是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測試接口．用于測試和系統(tǒng)未正常工作前的下載。它可以通過現(xiàn)有的JTAG邊界掃描與 ARM CPU核進(jìn)行通信．屬于完全非插人式(不占片上資~)iat試。調(diào)試主機(jī) PC負(fù)責(zé)對 ARM源程序進(jìn)行編詳聯(lián)接，然后使用

調(diào)試程序（如AXD調(diào)試器）進(jìn)行JTAG調(diào)試。

    蜂鳴器電路，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能和指示指紋識(shí)別系統(tǒng)的工作狀況。

    LPC211M要使 用兩組電源 ，I／0 訂供電電源為 3-3V，內(nèi)核供電電源為 1．8V，故采用 TPPMO110電源芯片 ，。其輸入 電源為5V。

    看門狗時(shí)鐘 電路通過I℃ 總線與處理器通訊 ．本系統(tǒng)采用X1228芯片 ．可實(shí)現(xiàn)看門狗作，H。當(dāng)芯片電壓偏高或偏低時(shí) ，復(fù)位電路 ．也可以存一些數(shù)據(jù)。在使用 I℃ 之前．設(shè)置 I／O連接到 IZC總線．然后設(shè)置通訊的速率，再使能主 I℃，即可發(fā)送，接收數(shù)據(jù) 。

    鍵盤采用掃描方式 ．總共設(shè) 置六 個(gè)按鈕 。可分別 實(shí)現(xiàn)上移 、下移 、左移 、右移、進(jìn)入 、退出的功能 。

    LCD液晶JI豐I來顯示門禁開啟的 ID號、姓名 、用戶信息、時(shí)間 ．本系統(tǒng)采SMG12864B點(diǎn)陣型的液晶屏 。使用前要進(jìn)行初始化．控制器內(nèi)部設(shè)有 1個(gè)數(shù)據(jù)地址頁指針(指令碼為 B8H+頁碼)和 1個(gè)數(shù)據(jù)地址列指針(指令碼為40H+~ll碼)，用戶通過它們來訪問內(nèi)部的全部 512字節(jié)RAM。

    F1ash存儲(chǔ)器以其低 成本 。高 可靠 性的讀寫 ．非易失性 。可擦寫性和操作簡便而成為一系列程序代碼(應(yīng)用軟件)和數(shù)據(jù)f用戶文件1存儲(chǔ)的理想媒體。從而廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。本系統(tǒng)選用的是 SAMSUNG公司的 K9F6408u0b芯片 ．用于存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要有指紋庫數(shù)據(jù)，用戶信息，出入記錄庫等。其 8位串行口可作為地址和數(shù)據(jù)復(fù)用，又可作命令的輸入弓l腳，根據(jù)時(shí)序采用分時(shí)循環(huán)。

    通訊模塊是本文的主要工作。LPC2104有 兩個(gè) UAlit．具有基本相同的寄存器．分別實(shí)現(xiàn)與上位機(jī) PC和指紋識(shí)別模塊通訊。由于采用 RS232協(xié)議．因此需要 RS232電平轉(zhuǎn)換電路。

    由于LPC2104數(shù)據(jù)處理的操作只針對寄存器的內(nèi)容。而不直接對存儲(chǔ)器進(jìn)行操作．操作起來比較簡單 ．發(fā)送數(shù)據(jù)只要把數(shù)據(jù)寫到發(fā)送緩沖區(qū)即可。接收數(shù)據(jù)采片{的是 FrQ中斷，其中UART0具有最高優(yōu)先級 。當(dāng)接收緩 沖區(qū)接收到 數(shù)據(jù)時(shí) 。就會(huì)產(chǎn)生中斷 ．執(zhí)行中斷程序。

    系統(tǒng)中采用 RS232的電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX3232。具有兩路RS232電平轉(zhuǎn)換 ．可實(shí)現(xiàn)與兩個(gè) 串口進(jìn)行通訊 。MAX3232芯片的TTL／CMOS輸人輸 出信號與 LPC2104的 UART輸人輸出連 接 ．MAX3232輸人輸出 IZl與串日 9針連接 器相 連。接線 圖如圖2所示。在使用 UART0時(shí)，先要設(shè)置TXD0、RXD0管腳連接。然后設(shè)置串El的波特率及工作模式。即可進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送及接收。

5．嵌入指紋識(shí)別模塊及其軟件設(shè)計(jì)

    整個(gè)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)完后．通過UARTO串121嵌入指紋識(shí)別模塊與系統(tǒng)進(jìn)行通訊本系統(tǒng)采用的是中正公司的SM一60指紋識(shí)別模塊，較適用于低功耗場合。該模塊采用光學(xué)指紋傳感器，由高性能 DSP處理器和 FLASH等芯片構(gòu)成．具有指紋圖像處理模板提取、模板匹配、指紋搜索和模板存儲(chǔ)等項(xiàng)功能，通過各種指令的組合實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能。

    根據(jù)指紋識(shí)別模塊的協(xié)議 。編寫系統(tǒng)的程序 。主要分為通訊和管理兩個(gè)部分 ，一方面是發(fā)送指令幀 、接收數(shù)據(jù)及其校驗(yàn) ，另一方面。朋戶信息添加到數(shù)據(jù)庫和門禁開啟的用戶記錄(如號 、姓名、用戶信息和開啟時(shí)間)存人數(shù)據(jù)庫。通過鍵盤和 LCD液晶顯示 。進(jìn)行現(xiàn)場顯示和控制操作 ，同時(shí)在液晶屏菜單上進(jìn)行選擇，實(shí)現(xiàn)增加或刪除指紋庫 ，及修改個(gè)人信息，并在 LPC210單片機(jī)的命令下 ．能夠完成指紋錄人 、圖像處理 、特征提取 、模板生成、模板存儲(chǔ)、指紋比對(1：1)或指紋搜索(1：N)等功能。其總體流程圖如圖3所示。當(dāng)有手指或鍵盤按下時(shí)，則執(zhí)行相應(yīng)的程序。

6，結(jié)論

     通過ARM 公司的ADS軟件進(jìn)行仿真 ．能夠仿真實(shí)現(xiàn)指紋設(shè)備所應(yīng)該具有的功能 。最后 ．把程序固化到LPC2104的Flash芯片中 ．可實(shí)現(xiàn)脫機(jī)值守工作 。因此，基于ARM嵌入式系統(tǒng)的指紋識(shí)別系統(tǒng) ．能夠滿足用戶對低價(jià)格、高性能 、小型化和低功耗的要求 ．應(yīng) 該可以說小型化和嵌入式是今后<