基于OMAP架構的嵌入式指紋識別系統設計與應用

摘    要：本文介紹了基于開(kāi)放式多媒體應用平臺(OMAP)架構的嵌入式指紋識別系統的設計方案及其在汽車(chē)安防領(lǐng)域的應用，具體說(shuō)明了嵌入式指紋識別系統的硬件設計和軟件開(kāi)發(fā)，并提出“個(gè)人身份碼(PIN)+指紋識別”的雙重認證技術(shù)。

關(guān)鍵詞：OMAP； 嵌入式系統； 指紋識別

引言
生物認證技術(shù)是信息時(shí)代的重要產(chǎn)物之一。人體生物特征具有唯一性與穩定性，因此，人們開(kāi)發(fā)了指紋、臉型、語(yǔ)音、虹膜、遺傳基因(DNA)結構等多種生物特征識別技術(shù)。在各種生物特征中，指紋的特征性能優(yōu)異，指紋識別技術(shù)也正日趨成熟。因此，針對汽車(chē)安防領(lǐng)域的市場(chǎng)需求，本文設計了一種基于OMAP架構的嵌入式指紋識別系統。該系統識別率高、處理速度快、可擴展性強，必然有著(zhù)廣闊的應用前景和研究?jì)r(jià)值。
開(kāi)放式多媒體應用平臺OMAP
TI公司的OMAP(Open Multimedia Applications Platform)平臺是基于DSP的開(kāi)放式多媒體應用平臺。它采用雙核結構，把高性能低功耗的DSP核與控制性能強的ARM微處理器結合起來(lái)，具有集成度高、硬件可靠性和穩定性強、速度快、數據處理能力強、功耗低、開(kāi)放性好等優(yōu)點(diǎn)。OMAP平臺透過(guò)先進(jìn)的操作系統平臺不僅開(kāi)放了ARM，而且開(kāi)放了DSP。通過(guò)DSP/BIOS橋，DSP的資源就如同ARM的外設一樣通過(guò)操作系統的API被調用。DSP/BIOS橋在OMAP平臺上實(shí)現了雙核的無(wú)縫連接。OMAP平臺支持WinCE、EPOC、Nucleus、VxWorks和Linux等多種操作系統，提供了易于使用的開(kāi)放式編程環(huán)境。
OMAP平臺采用雙核技術(shù)使操作系統的效率和多媒體代碼的執行更加優(yōu)化。實(shí)時(shí)性任務(wù)由DSP完成，非實(shí)時(shí)性任務(wù)和系統控制工作由ARM完成，從而使系統的功耗降至最低，成功地解決了性能與功耗的最佳組合問(wèn)題。

系統硬件設計
基于OMAP架構的嵌入式指紋識別系統(以車(chē)載應用為例)主要由OMAP5912嵌入式微處理器、FPS200指紋傳感器、人機界面、CAN總線(xiàn)接口、USB通信接口、電源管理等模塊組成。系統組成原理如圖1所示。
OMAP5912是整個(gè)系統的核心。它一方面要控制指紋傳感器FPS200進(jìn)行指紋樣本的采集，建立指紋樣本庫，并對指紋庫進(jìn)行管理和維護；另一方面它還要控制DSP內核處理復雜的指紋識別算法，進(jìn)行指紋圖像的處理、指紋特征的提取和匹配。在系統的操作過(guò)程中，建立友好的人機界面特別關(guān)鍵。在觸摸屏控制器ADS7846和OMAP5912的控制下，用戶(hù)可以通過(guò)觸摸屏以及LCD液晶顯示屏方便快捷地進(jìn)行人機對話(huà)，如用戶(hù)個(gè)人身份碼(PIN)認證、指紋庫管理與維護等。開(kāi)放式系統必然要求信息資源共享，CAN總線(xiàn)接口能使該系統與汽車(chē)上的多個(gè)控制器(即電控單元ECU)進(jìn)行通信。USB通信接口的設計使得嵌入式系統的應用更加靈活、方便，令系統與多種類(lèi)型的外設進(jìn)行通信成為可能。功能強大的電源管理芯片TPS65010為系統核心部分提供了所需的1.6V、1.8V、3V、3.3V等工作電壓，并合理地進(jìn)行功耗分配。由于指紋圖像數據量大、指紋算法復雜，設計時(shí)需要較大的存儲空間，因此系統擴展了1個(gè)NOR閃存和1個(gè)DDR SDRAM。系統可通過(guò)JTAG接口進(jìn)行在線(xiàn)調試。
OMAP5912嵌入式微處理器
OMAP5912微處理器是由192MHz的TMS320C55x DSP內核和192MHz的低功耗、增強型ARM926微處理器組成的雙核應用處理器。
流量控制器(Traffic Controller，簡(jiǎn)稱(chēng)TC)用于控制對外部?jì)却娴拇嫒?，其最高工作頻率為75MHz。TC提供了外部?jì)却婵焖俳涌?EMIFF)、外部?jì)却媛涌?EMIFS)和內部存儲器接口 (IMIF)。其中，EMIFF可與SDRAM連接，而EMIFS只能與閃存和速度稍慢的ROM連接。OMAP5912內還有192K的內部存儲器，由ARM和DSP共享。TC可以看作儲存資源的守衛，由它內部的仲裁器來(lái)決定哪個(gè)核有權利存取這些資源，以及是否可以讓兩個(gè)核同時(shí)存取這些資源。OMAP5912中央有一個(gè)高性能的9信道系統直接內存存取器(DMA)。這個(gè)9信道DMA允許在不同的埠間傳送數據，而無(wú)需ARM干涉。DMA可作業(yè)的端口包括EMIFF、EMIFS、IMIF和周邊組件。
FPS200指紋傳感器
FPS200 是Veridicom 公司基于標準CMOS工藝的指紋傳感器。利用半導體硅電容效應，硅傳感器成為電容的一個(gè)極板，手指則是另一極板，手指紋線(xiàn)的脊和谷相對于平滑的硅傳感器之間的電容差，即可形成8位的指紋灰度圖像。FPS200 指紋傳感器的工作電壓在3.3V至5V之間，低功耗、高效率，可以在較小(1.28cm