基于S3C2410和MBF200的指紋采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言
    指紋識(shí)別是一項(xiàng)高新技術(shù)，而指紋識(shí)別的前期工作就是指紋圖像采集。采集的圖像質(zhì)量對(duì)指紋識(shí)別丁作有重要影響。S3C2410是為手持設(shè)備設(shè)汁的一款低功耗、高度集成、內(nèi)含一個(gè)ARM920T核的微處理器。該處理器擁有獨(dú)立的16 KB指令Cache和16 KB數(shù)據(jù)Cache、MMU、支持TFT的LCD控制器、NAND閃存控制器、4路DMA、4路帶PWM的Timer、I／O端口、RTC、Touch Screen接口、2個(gè)USB主機(jī)接中、1個(gè)USB設(shè)備接口、SD主機(jī)接口和MMC接口、2路SPI端口、最高運(yùn)行頻率為203 MHz。指紋傳感器MBF200具有體積小、低功耗和低成本等特點(diǎn)，屬于電容性傳感器，其傳感器陣列由二維金屬電極組成，所有金屬電極充當(dāng)一個(gè)電容板，接觸的手指充當(dāng)另一個(gè)電容板，器件表面的鈍化層作為兩板的絕緣層，指紋紋理的凹凸會(huì)在傳感器陣列上產(chǎn)生變化的電容。進(jìn)而引起二維陣列上電壓的變化，形成指紋圖像。結(jié)合兩器件上述特點(diǎn)，這里選用S3C2410和MBF200構(gòu)成指紋采集系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    S3C2410與MBF200通訊支持MCU通訊方式、USB通訊方式和SPI通訊3種數(shù)據(jù)傳輸方式。此系統(tǒng)采用MCU和USB通訊方式。由于MCU通訊方式具有操作簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)傳輸速度快等優(yōu)點(diǎn)，這里討論基于MCU通訊的指紋采集系統(tǒng)。MBF200與S3C2410通訊的硬件框圖與指紋采集系統(tǒng)原理圖分別如圖1、圖2所示。

    D[7：0]實(shí)現(xiàn)與S3C2410的通訊，索引寄存器對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)空間的最低位為0，功能寄存器對(duì)應(yīng)最低位為1；當(dāng)跳針JP1，JP2，JP3跳到右邊時(shí)為MCU通訊方式；nGCS2與選通信號(hào)CSO連接，用于選通MBF200；S3C2410引腳nOE與MBF200的RD引腳連接，產(chǎn)生讀信號(hào)；S3C2410引腳nWE與MBF200的WR引腳連接，產(chǎn)生寫信號(hào)；電路中接2個(gè)LED，與MBF200引腳P1、P0相連，低電平亮，用于測(cè)試硬件電路；JP4連接EINT與MBF200的INTR中斷引腳；WAIT引腳用于在指紋采集時(shí)查看A／D轉(zhuǎn)換是否完成，防止在A／D轉(zhuǎn)換未完成時(shí)讀出隨機(jī)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集失敗；MBF200供電電源選擇S3C2410引腳49提供的VDD33 V。
    硬件平臺(tái)搭建好后通過向MBF200的CTRLC寫數(shù)據(jù)驗(yàn)證是否能控制兩個(gè)LED燈的點(diǎn)亮和熄滅。通過向索引寄存器寫MBF200功能寄存器的索引號(hào)來鎖定該寄存器，當(dāng)功能寄存器被鎖定時(shí)，才可以對(duì)該寄存器進(jìn)行讀寫操作。MBF200進(jìn)行數(shù)據(jù)采集必須正確配置幾個(gè)功能寄存器，它們配合使用才能完成指紋采集工作，下面對(duì)MCU工作模式下幾個(gè)重要寄存器進(jìn)行說明。
    中斷控制寄存器ICR主要控制指紋傳感器的兩個(gè)中斷源：內(nèi)部中斷與外部中斷。其IT[1：0]位與IP[1：0]位需配合使用，通過產(chǎn)生中斷喚醒傳感器，當(dāng)IT[1：O]被設(shè)置成電平觸發(fā)時(shí)，IP [1：0]位要設(shè)置為上升沿或高電平有效；控制寄存器CTRLA寫非“0”值開始A／D轉(zhuǎn)換，讀該寄存器獲取指紋圖像數(shù)據(jù)，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行時(shí)，不能對(duì)該寄存器進(jìn)行寫操作，否則A／D)轉(zhuǎn)換不能繼續(xù)進(jìn)行，要等到上一個(gè)A／D轉(zhuǎn)換完成才能可讀該寄存器，否則會(huì)讀出錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)；控制寄存器CTRLB在初始化時(shí)要將AFDEN置位，以使能器件的自動(dòng)檢測(cè)功能，AUTOINCEN置位以實(shí)現(xiàn)圖像采集時(shí)自動(dòng)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。

3 軟件接口設(shè)計(jì)
3．1 主程序設(shè)計(jì)
    軟件設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)S3C2410控制MBF200驅(qū)動(dòng)程序的編寫。在ADS 1．2開發(fā)環(huán)境下采用移植性強(qiáng)的C語言編寫程序，目標(biāo)板上電后初始化整個(gè)采集系統(tǒng)，包括ARM系統(tǒng)的初始化和MBF200的初始化。
    MBF200器件采集圖像通過檢測(cè)中斷開始，首先使能中斷，中斷寄存器清零。本程序采用電平觸發(fā)方式，在無指紋時(shí)引腳INTR是高電平，當(dāng)有指紋時(shí)變?yōu)榈碗娖?。因此，檢測(cè)中斷信號(hào)就是檢測(cè)引腳INTR的信號(hào)。程序向CTRLA寄存器寫0x02，采集整個(gè)區(qū)域的指紋圖像，圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在CTRLA寄存器。注意要等到上一個(gè)A／D轉(zhuǎn)換完成才能讀該寄存器，否則會(huì)讀出錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。主程序流程如圖3所示。

    [!--empirenews.page--]MBF200的功能寄存器中除SRA、CIDH、CIDL外，在指紋采集前必須對(duì)其初始化。指紋采集主程序源代碼如下：

3．2 寄存器參數(shù)選擇
    (1)門限值THR的選擇門限值THR和周圍環(huán)境的溫度、濕度等有關(guān)，周圍環(huán)境不同，門限值也不同。當(dāng)門限值不合適時(shí)，器件在空閑狀態(tài)會(huì)被認(rèn)為是有手指按下，中斷信號(hào)為低電平。因此，在采集時(shí)必須選擇門限值。門限值選擇流程如圖4所示。

    (2)DTR、DCR、PGC寄存器參數(shù)選擇DTR、DCR、PGC 3個(gè)寄存器參數(shù)選擇直接決定采集圖片的質(zhì)量。DTR寄存器控制電容放電時(shí)間，它對(duì)圖片的背景有很大影響，如果過小，則背景區(qū)域較暗，不利于后續(xù)處理，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其值最好不小于0x2e；DCR寄存器控制電容放電電流，它對(duì)圖片的前景區(qū)和背景區(qū)都有很大影響，如果過小，則背景區(qū)域較暗，不利于后續(xù)處理，如果該值過大，則圖片很淡，亦不利于后續(xù)處理，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其值最好為0x01；PGC寄存器是可編程增益寄存器，它對(duì)圖片的前景背景都有很大影響，如果過小，則前景區(qū)域較淺，不利于后續(xù)處理，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其值最好不小于0x0c。圖5為凋整好參數(shù)后所采集的圖片。其中，DTR=0x32，DCR=0x01．PGC=0x0e。

4 結(jié)束語
    隨著社會(huì)發(fā)展，信息安全被提到更高的位置，指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景。指紋采集模塊對(duì)識(shí)別工作有很大影響。結(jié)合S3C2410與MBF200的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)由S3C2410控制的基于MCU通信方式的指紋采集系統(tǒng)，該指紋采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、采集速度快，適合于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。