基于TMS320VC5402的指纹识别系统

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:重点介绍以TMS320VC5402为核心的指纹识别系统的硬件设计,概括地说明软件设计方法,最后给出其硬件调试方法。 关键词:DSP 指纹识别 TMS320VC5402 指纹识别作为生物特征识别的一种,有其不可比拟的优点。由于可以随身携带这种特殊的“印章”,所以受到越来越多人的重视。本系统使用TI的TMS320VC5402(以下简称5402)作为核心。DSP与单片机相比,多用于算法比较复杂,乘加运算量比较大的场合。该芯片为一款定点的DSP,它具有高达100MIPS的运算能力,同时具有优化的CPU结构和一系列的智能外设。下面着重讨论基于该芯片的系统设计。 1 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用的字符和DSP程序;FPGA在DSP的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,增强该系统的安全等级。 1.1 存储空间的软硬件设计 本系统要访问的存储器有三个: DSP内部DARAM(16K字,用于存放常量和变量的数据空间)、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字节的寻址空间,利用高地址线A19来区分Flash和SRAM。其中SRAM是BootLoader后程序运行的空间,这样就把Flash放在高地址上去了。5402的数据寻址空间仅为64K,所以要进行分页扩展。为了避免和DARAM的访问冲突,不能使用64K一页。因为64K中低地址的16K实际上不能访问,它优先被64K中低地址的16K实现上不能访问,它无被DARAM访问,所以定为32K的一数据页。分配一个I/O地址,而后通过I/O地址的译码对74LS273进行使能控制,最后锁存I/O的数据作数据页。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,直接使用访问数据的指令;需要的16位地址就是前15位的地址、高位补零,并结束。 ③把页地址用PORTW命令送到寄存器(所分配的I/O空间地址)里,页地址也就在SRAM的高地址线上了。 ④再使用访问数据的指令,需要的16位地址就是前15位的地址、高位补零。 对存储器的管理,需要编写一定量的程序。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的数组是开辟不出来的,所以使用链表。需要注意的是释放空间时,把相邻的未使用的空间尽量连接成一大块,同时需要一个接一个地把用过的堆栈拷贝到堆空间的尾部,使自己空间聚合成一个大块。 图2、图3分别为外部程序扩展和数据空间扩展示意图。 1.2 RS232通信接口软硬件设计 该系统使用MAX3110E连接DSP与PC机,通过软件控制分频比可获得通用的300baud~230kbaud的波特率。MAX3110E内部UART与RS232收发器能够独立工作。McBSP的时钟停止模式可以兼容SPI主-从协议。所谓McBSP的时钟停止模式是指其时钟会在每次数据传输结束时停止,并在下次数据传输开始时立即启动或延半个周期再启动。其接收器和发送器是同步的,即CLKX和FSX分别与CLKR和FSR相连;在传输过程中,CLKX和FSX又分别用做SPI的移位时钟SCK和从方使能SS,可以是输出(主方),也可以输入(从方)。其McBSP初始化编程应遵守以下几个步骤: ①将SPCR中的XRST、RRST置为0,处于复位状态。 ②McBSP保持复位的状态下,设置有关的寄存器为需要的值。由于SPI协议要求McBSP在移位输出数据之前,FSX信号必须由DXR->XSR产生FSX,所以XCR寄存器中XDATALY位必须设置为1。 ③设置SPCR->GRST为1,采样率发生器退出复位状态,开始工作。 ④等待两个时钟周期,以确保McBSP在初始化过程中内部能够正确地同步。 而后,配置MAX3110E的波特率和发送波形,发送数据时根据MAX3110E的数据手册拼装成一个16位的字进行发送。接收通过DSP的Int0中断进行处理。 1.3 总线控制和驱动 本系统中总线有两种:数据总线和地址总线。数据总线进行数据交换,地址总线进行寻址。因为DSP的数据总线是3.3V的高电平逻辑值,可能出现不能驱动外部5V的逻辑电平的情况;而且连接在动能力不足。因此,需要对总线,特别是数据总线进行加强驱动能力的设计。其中数据总线使用SN74LVTH16245来进行驱动向驱动;地址总线是单向的,没有方向的控制,也没有使能的控制,使用SN74LVTH16244单向驱动器就可以了。对于数据总线的控制,按照所逻辑合理使用了DSP_MSTRB。DSP_IOSTRB、R/W就可以完成了。 1.4 键盘与LCD接口的硬件设计 键盘和LCD都是I/O器件,分配两个I/O空间的地址,通过对地址的译码产生使能控制LCD和键盘。键盘上有12个按键,用10kΩ电阻拉高,同时使用与逻辑连接这12根线,输出的逻辑电平接DSP中断Int2,在中断服务程序中使用PORTR命令读入键值。LCD用于显示界面信息。本系统使用LC1611字符点阵模块。 1.5 指纹图像的获取 采用Altera公司的Maxplus II软件进行VHDL语言编程。按照一定的时序,把指纹图像放大SRAM的固定地址中,这一部分调试有些麻烦,可以放在最后做,而图像的获取可使用CCS2.0下的file->data->load把图像文件放入指定的内存区域。此图像文件为CCS数据文件,可以编写一段C程序把BMP文件转换成CCS文件。另一种比较方便的方法是用DSP编写一个小程序,使用fopen()、fread()等函数把图像读入内存,然后使用file->data->save保存成CCS文件。 2 软件设计 2.1 主程序流程 主流程就是要实现把各部分的程序连接成一个有机的整体,并能够通过液晶显示和小键盘响应实现和用户的交互。所以,它的任务就是能够响应小键盘,根据不同的键值执行不同的操作,同时显示不同的页面。系统主流程如图4所示。 2.2 键盘中断程序 5402中与中断有关的寄存器有三个:IFR、IMR、PMST。在DspInitial()函数中,首先要设置好这些寄存器,而后在中断程序中读入键值。为了防止误触发,在中断的一开始延时3ms。其核心代码如下: ioport unsigned char port0000; volatile unsigned int* IMR=(volatile unsigned int *) 0x0000; …… volatile unsigned int* PMST=(volatile unsigned int *) 0x001D; main(){ DspInitial(); …… } interrupt void isr_int0(){ delay3ms(); KEY=port0000%26;amp;0x0FFF; Switch(KEY) …… } 2.3 BootLoader程序设计 该系统为最小系统,需要脱离开发系统运行,因此须进行BootLoader设计。在系统上电以后自动把程序和数据从外部存储器Flash读SRAM中,但问题是用户程序超过了32K,所以必须采用以下特殊的BOOT方法。 ①内部BOOT。利用片内的BOOT程序将自己编制的BOOT程序从Flash移至内部的RAM中。 ②用户BOOT。内部BOOT完成后,开始执行自己的BOOT程序。利用DSP的扩展寻址方法,自已编制的BOOT编程中从Flash读取代码。 ③用户BOOT完成后,跳至用户程序开始运行。 2.4 指纹识别核心算法程序 本系统使用的指纹算法主要分为五部分,其算法的可靠性已经isual C++ 6.0进行了验证,具体算法如下: ①背景分离。采用标准差阈值跟踪法,图像的指纹部分是由黑白相同的纹理组成的,灰度变化很大,具有较大的标准差;而背景部分灰度分布比较平坦,标准差小,因此计算以各点为中心的一组像素的标准差,当标准差大于某一门限时,就可以确定该点为前景,否则为背景。 ②计算方向图。采用基于法线向量的方法,其中还涉及到方向场的平滑。 ③方向滤波。设计一个水平模板,然后将水平模板旋转到需增强的方向进行滤波。 ④奇异点检测。区分出奇异点,如核形(core)、三角形(delta)、涡轮形(whorl)。 ⑤特征点提取。采用脊跟踪法,其基本思想是直接对图像进行脊线跟踪,在跟踪过程中检测特征点。以上便是所采用指纹算法的核心思想。 在DSP编程中把它分成五个任务模块,每一个模块都必须注意页面寄存器的值,如果程序仅在SRAM中运行会浪费大量的时钟,所以把部分程序和数据放入DSP的内部。根据自己编程的体会,程序和数据的一次连续处理不会超过64K,所以可以把核心的程序常驻5402内1K的空间,再留有7~8K的空间调用所需的程序,余下的7K用于存放数据。但考虑到该方法程序编写的复杂性,仅在图像滤波中使用,因为滤波方法简单而有规律。为了提高效率,可以开辟两个存储区(PING-PONG型),当一块用于DMA传输时,另一块让DSP进行计算。最后一点,因为5402是定点的,所以要对整个系统进行定标。 3 系统调试方法 设计并加工好印制电路板后,就进入了硬件调试阶段。首先应对电路板作细致的常规检查,防止短路和断路情况的发生。加电后,检查晶体是否振荡,复位是否正确可靠,而后用示波器检查5402的输出时钟CLKOUT是否按照指定时钟模式工作。在作完这些检查宾,就可以进入系统硬件调试阶段。在硬件仿真时,首先要配置目标系统的存储器映像,这是通过设置仿真器命令文件实现的。可以在仿真调试软件目录下改写emuinit.cmd,使之每次启动仿真器时自动加载,也可以在启动仿真器后手动加载命令文件以初始化目标存储器映像。一般而言,仿真器存储器映像与连接器存储器映像应一致。对SRAM的调试的基本思想是,首先对SRAM的两具单元初始化为两个不同的值,而后调试的主程序不断交替这两个单元的数值。具体方法是从一个单元读出数据写入另一个单元,由累加器作为传递单元。使用Debugger软件,查看相应的SRAM单元,若确实将照设定交替变化,则表明该部分没有问题。对于键盘和LCD的调试,其方法不难,这里不再详细阐述。 结语 该系统具有很强的实用性,充分体现了DSP强大的数值运算能力;但该系统仅实现了软硬件的初步研制与开发,离产品化还有一段距离,还有许多工作要做。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/dsp/200703/11603.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部

小广播

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 安防电子 医疗电子 工业控制

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved