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【摘 要】：嵌入式系統具有功耗低、體積小、集成度高等特點，有利于整個 系統的小型化。本文將時基于ARM嵌入式系統的硬件平臺設計及其如何嵌入指紋識別模塊做整體地介紹。
1．引言
由于網絡與通訊的高速發展 。帶動了信息家電、信息工業的潮流，嵌入式系統己經成為不可或缺的產品，而且 。它的發展方向是功能越來越強大．綜合數字處理能力、管理能力、控制能力通訊能力為一體的系統。嵌入式系統是以應用為中心．以計算機技術為基礎 。軟硬件可剪裁 ，適用于對功能 、可靠性、成本 、體積功耗嚴格要求的專用計算機系統。它的最大特點在于能夠根據特定用戶的需求 。對軟硬件進行合理剪裁 。具有功耗低 、體積小集成度高等特點，有利于整個系統的小型化．提高系統的智能化和網絡化程度。
現有成熟的指紋識別系統依賴于 PC平臺．這就極大的限制了指紋識別設備的使用范圍，并且提高了系統成本。也有相當一部分嵌入式系統采用51系列單片機作為系統的CPU．這些系統存在著性能差、人機界面簡單、改進余地不大等問題。由于ARM處理器具有低功耗、低成本、高性能、小體積的優點．故基于ARM嵌入式指紋識別系統的研究具有重要的目的和意義。
2．系統總體方案設計
嵌入式系統的架構可以分為四個部分：處理器 、存儲器、輸入輸出和軟件。
首先．嵌入式系統最核心的部分就是嵌入式處理器了前 ．世界上具有嵌入式功能特點的處理器 已經超過了1000多種 ，3O多個系列。不同的處理器有其 不同的功能和優勢。但是低成本、低功耗、高性能是嵌入式系統應用的特殊要求。
其次，存儲器也是構建嵌入式系統的重要部分。本系統就需要外擴 Flash。雖然存儲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，性能穩定的存儲器。就 Flas來說，還需要考慮 Flash的擦除等軟件操作是否方便。
最后，要結合實際情況和處理器的功能 。確定系統的外田設備。
3．ARM介紹
ARM是微處理器行業的一家知名企業 ．該企業設計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器 、相關技術及軟件。ARM3位體系結構目前被公認為是業界領先的32位嵌人式 RISC微處理器結構 ，所有 ARM處理器共享這一體系結構。技術具有性能高、成本低和能耗省的特點。適用于多種領域．比如嵌人控制、消費，教育類多媒體 、DSP和移動式應用等 。
4．嵌入式系統的硬件平臺設計
根據方案設計 ，考慮到用戶的需求 、成本問題和開發的難易程度等 ．本系統采用Philips公司生產的 32位 高性能嵌人式處理器LPC2104芯片 ．它帶有一個支持實時仿真的ARM7TDMI—CPU，并嵌人了128KB高速Flash存儲器和16K SRAM．CPU操作頻率可達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用系統 ．系統的結構圖如圖 1所示。
J]rAG調試是采用最多的一種調試方式 ．它是一個標準的測試接口．用于測試和系統未正常工作前的下載。它可以通過現有的JTAG邊界掃描與 ARM CPU核進行通信．屬于完全非插人式(不占片上資~)iat試。調試主機 PC負責對 ARM源程序進行編詳聯接，然后使用
調試程序（如AXD調試器）進行JTAG調試。
蜂鳴器電路，實現報警功能和指示指紋識別系統的工作狀況。
LPC211M要使 用兩組電源 ，I／0 訂供電電源為 3-3V，內核供電電源為 1．8V，故采用 TPPMO110電源芯片 ，。其輸入 電源為5V。
看門狗時鐘 電路通過I℃ 總線與處理器通訊 ．本系統采用X1228芯片 ．可實現看門狗作，H。當芯片電壓偏高或偏低時 ，復位電路 ．也可以存一些數據。在使用 I℃ 之前．設置 I／O連接到 IZC總線．然后設置通訊的速率，再使能主 I℃，即可發送，接收數據 。
鍵盤采用掃描方式 ．總共設 置六 個按鈕 。可分別 實現上移 、下移 、左移 、右移、進入 、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、時間 ．本系統采SMG12864B點陣型的液晶屏 。使用前要進行初始化．控制器內部設有 1個數據地址頁指針(指令碼為 B8H+頁碼)和 1個數據地址列指針(指令碼為40H+~ll碼)，用戶通過它們來訪問內部的全部 512字節RAM。
F1ash存儲器以其低 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(應用軟件)和數據f用戶文件1存儲的理想媒體。從而廣泛應用于嵌入式系統中。本系統選用的是 SAMSUNG公司的 K9F6408u0b芯片 ．用于存儲系統的數據主要有指紋庫數據，用戶信息，出入記錄庫等。其 8位串行口可作為地址和數據復用，又可作命令的輸入弓l腳，根據時序采用分時循環。
通訊模塊是本文的主要工作。LPC2104有 兩個 UAlit．具有基本相同的寄存器．分別實現與上位機 PC和指紋識別模塊通訊。由于采用 RS232協議．因此需要 RS232電平轉換電路。
由于LPC2104數據處理的操作只針對寄存器的內容。而不直接對存儲器進行操作．操作起來比較簡單 ．發送數據只要把數據寫到發送緩沖區即可。接收數據采片{的是 FrQ中斷，其中UART0具有最高優先級 。當接收緩 沖區接收到 數據時 。就會產生中斷 ．執行中斷程序。
系統中采用 RS232的電平轉換芯片 MAX3232。具有兩路RS232電平轉換 ．可實現與兩個 串口進行通訊 。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，先要設置TXD0、RXD0管腳連接。然后設置串El的波特率及工作模式。即可進行數據發送及接收。
5．嵌入指紋識別模塊及其軟件設計
整個硬件平臺設計完后．通過UARTO串121嵌入指紋識別模塊與系統進行通訊本系統采用的是中正公司的SM一60指紋識別模塊，較適用于低功耗場合。該模塊采用光學指紋傳感器，由高性能 DSP處理器和 FLASH等芯片構成．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等項功能，通過各種指令的組合實現更復雜的功能。
根據指紋識別模塊的協議 。編寫系統的程序 。主要分為通訊和管理兩個部分 ，一方面是發送指令幀 、接收數據及其校驗 ，另一方面。朋戶信息添加到數據庫和門禁開啟的用戶記錄(如號 、姓名、用戶信息和開啟時間)存人數據庫。通過鍵盤和 LCD液晶顯示 。進行現場顯示和控制操作 ，同時在液晶屏菜單上進行選擇，實現增加或刪除指紋庫 ，及修改個人信息，并在LPC210單片機的命令下 ．能夠完成指紋錄人 、圖像處理 、特征提取 、模板生成、模板存儲、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。當有手指或鍵盤按下時，則執行相應的程序。
6，結論
通過ARM 公司的ADS軟件進行仿真 ．能夠仿真實現指紋設備所應該具有的功能 。最后 ．把程序固化到LPC2104的Flash芯片中 ．可實現脫機值守工作 。因此，基于ARM嵌入式系統的指紋識別系統 ．能夠滿足用戶對低價格、高性能 、小型化和低功耗的要求 ．應 該可以說小型化和嵌入式是今后指紋識別設備發展的主流方 向本系統將指紋識別與嵌人式技術結合在一起 ．降低了系統成本可廣泛用于生活小區物業管理 ．軍事 、政府部門的身份鑒別等具有廣泛的應用前景。
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