基于FPGA的指紋識別系統(tǒng)電路模塊設計

本設計選用具有高集成度、低功耗、短開發(fā)周期的FPGA來完成此項設計，以實現(xiàn)系統(tǒng)的ASIC為研究背景，具有很強的現(xiàn)實意義和廣闊的市場空間。 采用xilinx公司Spartan 3E系列FPGA作為核心控制器件，這款器件采用90ns的先進工藝，最大容量50萬門，可支持32位的RISC處理器，具有128 Mbit 并行Flash，足以滿足設計的要求。該項目利用嵌入式軟核實現(xiàn)系統(tǒng)的管理，利用硬件實現(xiàn)識別算法，保證了系統(tǒng)功能的完整性與識別的正確性。

指紋采集模塊

本設計中采用的是富士通的MBF200指紋傳感器，MBF200硬件框圖如圖6所示，采用SPI模式，所以MBF200與FPGA只通MISO，MOSI，/S/C/S，SCLK四個端口相連接。 /S/C/S為MBF200的使能端，SCLK為MBF200的系統(tǒng)時鐘，當需要采集指紋信號時，F(xiàn)PGA向/S/C/S發(fā)送低電平，則MBF200開始工作。FPGA通過MOSI向MBF200發(fā)送控制命令，控制MBF200的數(shù)據(jù)輸出方式及傳輸模式。VDD[3:1]為數(shù)字電源輸入，VDDA[2:1]為模擬電源輸入，VSS[3:1]為數(shù)字地，VSSA[2:1]為模擬地，所以如圖所接。而為了防止數(shù)字信號對模擬信號的干擾，用10歐電阻隔開。并且數(shù)字電源輸入與相應的數(shù)字地之間均接有電容用來閣除非直流信號。為了防止數(shù)字地與信號地之間的干擾，本設計采用0歐電阻隔離。0歐電阻相當于很窄的電流通路，能夠有效地限制環(huán)路電流，使噪聲得到抑制。電阻在所有頻帶上都有衰減作用(0歐電阻也有阻抗)，這點比磁珠強。

MODE[1:0]引腳是用來設定MBF200所用接口模式的，在本設計中，置MODE[1:0]為01，選定SPI傳輸模式。 在SPI模式當中，AIN，ISET，F(xiàn)EST三個接口都不會用上，但根據(jù)MBF200內(nèi)部電路結構，最好接電阻與地相接。

指紋數(shù)據(jù)處理模塊

由于指紋數(shù)據(jù)處理涉及很多算法，運算量大，所以本系統(tǒng)在Spartan-3E開發(fā)板上嵌入一個Microblaze軟核來進行數(shù)據(jù)處理，首先將SPI口傳輸進來的數(shù)據(jù)送人SDRAM進行存儲，開發(fā)板上帶有32M的SDRAM，完全可以存儲很多張指紋數(shù)據(jù)。在創(chuàng)建指紋數(shù)據(jù)庫時，系統(tǒng)從SDRAM中取出數(shù)據(jù)，放入Microblaze進行處理，再將處理后的指紋數(shù)據(jù)信息存入FLASH組建指紋數(shù)據(jù)庫。在比對模式時，利用Microblaze進行數(shù)據(jù)處理后的數(shù)據(jù)扔存入SDRAM，然后從FLASH和SDRAM分別提取指紋圖像特征數(shù)據(jù)進行比對，得出比對結果。

指紋數(shù)據(jù)存儲模塊

trataFlash與FPGA管腳連接圖如圖7所示。 CE[2:0]為strataFlash使能信號輸入端口當只用一個片子時，CE[2:1]接地只用CE0控制。 由于在本設計中，F(xiàn)PGA與FLASH之間的數(shù)據(jù)傳輸D[0]與FPGA對MBF200的控制線MISO復用，所以從FLASH里取數(shù)據(jù)與控制MBF200產(chǎn)生沖突，時序不好控制，所以本設計中將會給BYTE#置高關閉A0，將strataFlash置于X16模式。 D[7:0]在寫模式下，傳送控制命令在寫CUI時，在緩沖器寫和編程模式下。在讀模式下，D[7:0]發(fā)送CFI、數(shù)據(jù)陣列和標志數(shù)據(jù)。狀態(tài)寄存器的數(shù)據(jù)將不通過這8位傳輸。 VPEN是鎖定使能輸入，當VPEN《VPRNLK時，內(nèi)存將不允許寫入數(shù)據(jù)或者命令。

本系統(tǒng)采用xilinx公司Spartan 3E系列FPGA作為核心控制芯片，通過富士通公司的MBF200指紋傳感器實現(xiàn)對指紋圖象的采集，利用SPI接口傳輸?shù)紽PGA進行數(shù)據(jù)的存儲，利用內(nèi)嵌的MicroBlaze處理器對指紋圖象進行灰度濾波、二值化、二值去噪、細化等預處理，得到清晰的指紋圖象，再從清晰的指紋圖象中提取指紋特征點并存入指紋數(shù)據(jù)庫作為建檔模版。指紋比對時，采用同樣的方法，得到比對模版，然后將比對模版與建檔模版利用指紋識別算法進行比對，得出比對結果。該項目利用嵌入式軟核實現(xiàn)系統(tǒng)的管理，利用硬件實現(xiàn)識別算法，保證了系統(tǒng)功能的完整性與識別的正確性。該識別系統(tǒng)可用于門禁、考勤、證件管理等很多方面，具有很廣泛的應用前景。