基于DSP芯片TMS320DM642的虹膜識別系統設計

1 前言

近年來(lái)興起的生物特征識別技術(shù)具有很好的可靠性。虹膜作為重要的身份鑒別特征，具有唯一性、穩定性、可采集性和非侵犯性等優(yōu)點(diǎn)。與臉像、聲音等身份鑒別方法相比，虹膜具有更高的準確性。據統計虹膜識別的錯誤率是各種生物識別中最低的。目前，虹膜識別系統可應用于電子商務(wù)、條件登錄、授權支付、權限信息和金融交易等領(lǐng)域。本文提出了基于TMS320DM642 DSP的虹膜識別系統，給出了系統硬件和軟件的實(shí)現方案。

2 系統硬件設計

本系統的硬件平臺由五個(gè)部分組成，分別是圖像采集、圖像處理、數據存儲、圖像顯示和電源部分。其結構框圖如圖1所示

圖1 系統結構框圖

2.1 圖像采集

圖像采集是將CCD攝像機采集到的虹膜圖像，經(jīng)高精度的A/D轉換后得到數字虹膜圖像。A/D轉換器采用TI公司的TVP5145芯片，其采樣精度達到10bit，輸出支持CCIR-656和BT656等格式。

2.2 圖像處理

數字多媒體處理器TM320DM642屬于TI公司C6000系列，是一款新型高性能的DSP。它是整個(gè)虹膜識別系統的核心。它的任務(wù)是對得到的數字虹膜圖像進(jìn)行處理和識別，將處理的數據存入數據存儲器，將識別的結果送到LCD顯示器進(jìn)行顯示。

TMS320DM642基于C64x內核，采用高級甚長(cháng)指令字(VelociTI)體系結構。具有64個(gè)32位通用寄存器，8個(gè)獨立計算的功能單元。它可在600MHz時(shí)鐘速率工作，每個(gè)指令周期可并行執行8條32位指令，峰值計算速率可達4800MIps。TMS320DM642有L1和L2兩級緩存，第一級包括L1P(16KB)程序緩存和L1D(16KB)數據緩存;第二級緩存L2(256KB)可靈活配置成緩存或片上內存。TMS320DM642具有64個(gè)獨立通道的EDMA(擴展的直接存儲器訪(fǎng)問(wèn))控制器，負責片內L2與其它外設之間的數據傳輸。DM642具有豐富的外圍設備接口：包括三個(gè)可配置的雙通道視頻接口(Video Port)，可以和視頻輸入，輸出或傳輸流輸入無(wú)縫連接;具有多通道音頻串行端口(McASP)，便于音頻應用開(kāi)發(fā);10/100Mbps以太網(wǎng)口(EMAC)，便于網(wǎng)絡(luò )應用;66MHz32bit的PCI接口;以及64 bit的外部存儲器接口(EMIF)，可連接異步或同步的存儲器，如SDRAM。此外，還具有I2C總線(xiàn)模塊、數據管理輸入輸出模塊(MDIO)等。

TM320DM642具有以上的特點(diǎn)，能滿(mǎn)足虹膜圖像處理的實(shí)時(shí)性要求。

2.3 數據存儲

數據存儲部分包括FLASH、SDRAM和CF卡三部分。FLASH存儲器具有可在系統進(jìn)行電擦寫(xiě)，掉電后信息不丟失的功能，用它來(lái)保存系統自啟動(dòng)代碼以及系統程序代碼，本系統選用ATMEL公司的AT29LV020 FLASH芯片，它是NOR型的FLASH芯片，總容量為256KB，數據總線(xiàn)為8位。DSP 選擇了EMIFA boot模式時(shí)，上電后自動(dòng)從CE1空間裝載程序，所以FLASH 必須接在EMIF的CE1空間。SDRAM存儲器的存取速度較高，用它來(lái)存放系統運行時(shí)的代碼以及臨時(shí)圖像數據，本系統選用四片三星公司的SDRAM K4S561632E，每片為16位，32MB，接在DSP的EMIF接口的CE0空間。CF卡接在EMIF的CE2空間，用來(lái)存儲原始圖像數據和識別結果。

2.4 圖像顯示

圖像顯示部分采用數字LCD，可省去數模轉換芯片，而只需一片可編程邏輯器件CPLD驅動(dòng)LCD，該CPLD選用Altera公司的MAX3000系列。

2.5 電源部分

電源部分在系統的硬件部分中占有重要的地位，它將影響到整機能否可靠運轉。其中，要著(zhù)重考慮以下兩點(diǎn)：第一、要有一套保證DSP芯片內核和I/O能同時(shí)上電的解決方案，這樣避免對芯片造成損害。本系統采用D型邊沿觸發(fā)器來(lái)開(kāi)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(kāi)關(guān)的電磁輻射和線(xiàn)路噪音會(huì )*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(cháng)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，本系統中特別設計了電壓監控電路來(lái)實(shí)時(shí)監控電壓。根據本系統特點(diǎn)，采用了TI公司的TPS3307芯片。