基于Blackfin ADSP-BF533處理器的虹膜識別鼠標(biāo)方案

韓國Qritek公司開發(fā)的IRIBIO鼠標(biāo)配置了虹膜識別系統(tǒng)。虹膜識別系統(tǒng)使用微型照相機(jī)與嵌入式虹膜認(rèn)證引擎電路板，該系統(tǒng)放入鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)了與主計算機(jī)的物理與邏輯分離，避免黑客威脅。該系統(tǒng)選用了ADI公司的Blackfin ADSP-BF533處理器驅(qū)動認(rèn)證算法并存儲和管理系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)字化虹膜數(shù)據(jù)。

IRIBIO鼠標(biāo)利用用戶特有的虹膜模式作為口令處理認(rèn)證。注冊和認(rèn)證數(shù)據(jù)也安全地存儲在鼠標(biāo)內(nèi)部，與PC機(jī)分開，避免來自黑客的威脅。IRIBIO鼠標(biāo)使用信號處理器驅(qū)動認(rèn)證算法并存儲和管理系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)字化虹膜數(shù)據(jù)，并且要求處理器尺寸還要足夠小，能夠安裝在鼠標(biāo)內(nèi)部，并且運(yùn)行功耗還要低。

圖1：配備虹膜識別的IRIBIO鼠標(biāo)

IRIBIO鼠標(biāo)虹膜識別系統(tǒng)工作原理

Qritek公司的IRIBIO鼠標(biāo)系統(tǒng)采用ODS公司制作的硬件, 它是600 DPI光電鼠標(biāo)（包括USB接口），內(nèi)部嵌入虹膜照相機(jī)。照相機(jī)包括CMOS傳感器、白光LED、紅外LED以及15mm 凹面鏡。其工作過程如下：用戶拿起鼠標(biāo)，窺視凹面鏡以聚焦眼睛，虹膜照相機(jī)在這點(diǎn)計算眼睛的位置，根據(jù)眼睛行為、感光以及眼睛大小進(jìn)行調(diào)整，包括東西方眼睛形狀的差異。接著，照相機(jī)進(jìn)行黑白成像，覆蓋圖像上的圓柵格，并識別亮暗區(qū)域。然后，同數(shù)據(jù)庫中存儲的以前模版進(jìn)行核對。

Pixel Plus有限公司為虹膜照相機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的CMOS圖像傳感器可以捕獲虹膜數(shù)據(jù)。由于Qritek公司的快速算法以及Blackfin處理器的高速與高性能，IRIBIO鼠標(biāo)的虹膜注冊時間為7至10秒，虹膜識別時間為1至2秒。Blackfin ADSP-BF533處理器安裝在Qritek公司的嵌入式引擎板上，該引擎板也安裝在鼠標(biāo)內(nèi)。Qritek公司使用500 MHz的ADSP-BF533處理器來驅(qū)動該公司獲得專利的虹膜識別算法以及加密的通信協(xié)議。該處理器配備16 MB SDRAM和1 MB閃存，用于嵌入式系統(tǒng)并存儲生物測定數(shù)據(jù)。每使用一次系統(tǒng)時，Qritek公司的"自學(xué)" 算法實(shí)現(xiàn)更快的性能，因?yàn)樗軌蚋菀椎刈R別用戶并更新數(shù)據(jù)。

IRIBIO鼠標(biāo)還包括稱作“IRIBIO Protector”的、基于Windows的軟件，為了通過虹膜識別系統(tǒng)識別用戶，該軟件必須安裝在PC上。除了系統(tǒng)認(rèn)證，IRIBO Protector程序還保護(hù)用戶文件、文件夾和驅(qū)動器。IRIBIO鼠標(biāo)還包括API/SDK，允許系統(tǒng)開發(fā)人員在服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)上使用IRIBIO鼠標(biāo)。

圖2：配備虹膜識別的IRIBIO鼠標(biāo)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

IRIBIO鼠標(biāo)選擇Blackfin處理器

對于IRIBIO鼠標(biāo)虹膜識別來說，快速視頻處理非常重要；ADSP-BF533的500 MHz運(yùn)行速度不僅能夠提供所需的性能，而且價格適中。Blackfin ADSP-BF533處理器的高時鐘速率和大容量內(nèi)部緩存存儲器可以很容易地處理Qritek公司的虹膜識別算法。

Blackfin處理器將1個32 bit RISC指令集、雙16 bit乘法累加（MAC）數(shù)字信號處理功能以及8 bit視頻處理能力結(jié)合在一起。Qritek公司利用該處理器的I/O能力控制白光和紅外LED，并與CMOS傳感器相連。ADSP-BF533處理器是一個高度集成的系統(tǒng)芯片解決方案。它將工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口與高性能信號處理內(nèi)核相結(jié)合。因此Qritek等用戶可以迅速開發(fā)具成本效益的解決方案，而且不需要昂貴的外部元件。系統(tǒng)外設(shè)包括1個UART端口、1個SPI端口、2個串行端口(SPORT)、4個通用定時器(其中3個定時器具有PWM能力)、1個實(shí)時時鐘、1個看門狗定時器以及1個并行外設(shè)接口(PPI)。該處理器的系統(tǒng)擴(kuò)展能力強(qiáng)化了外設(shè)。ADSP-BF533處理還包括高速串行與并行端口，用于同各種音頻、視頻以及調(diào)制解調(diào)器編解碼器功能進(jìn)行接口；中斷控制器用于片上外設(shè)或外部信號源的中斷管理；以及電源管理控制功能。

Qritek公司對這個項(xiàng)目的主要需求之一是低功耗。當(dāng)電池供電的便攜式應(yīng)用需要長時間運(yùn)行時，Blackfin處理器因其低功耗而成為理想的選擇。由于Blackfin處理器采用0.13υm CMOS工藝制造，同競爭產(chǎn)品相比，功耗大約降低一半。此外，利用片上電源管理特性（可編程電壓調(diào)節(jié)器與鎖相環(huán)以及低功耗模式），可以僅消耗需要數(shù)量的處理功耗，從而使電池壽命最長。Qritek公司稱，德州儀器公司的處理器功耗太大，因此對其移動項(xiàng)目來說不是良好的匹配。不過，Blackfin處理器功耗低，是天作之合。

Qritek公司使用ADI公司的VisualDSP++ 集成軟件開發(fā)與調(diào)試環(huán)境（IDDE），VisualDSP++工具可以在單一接口內(nèi)，自始至終地實(shí)現(xiàn)高效的項(xiàng)目管理。因?yàn)轫?xiàng)目開發(fā)與調(diào)試是集成的，開發(fā)人員可以在編輯、構(gòu)建與調(diào)試行為之間迅速而容易地進(jìn)行變換。VisualDSP++的主要特性包括：內(nèi)在的C/C++編譯器、高級圖解繪圖工具、統(tǒng)計監(jiān)測器（statistical profiling）以及VisualDSP++ 核心（VDK），允許在容易擴(kuò)展方式結(jié)構(gòu)內(nèi)實(shí)現(xiàn)代碼。其他特性包括：匯編器、鏈接器、庫、分離器、精確周期及精確功能編譯的模擬器、仿真器支持等諸多性能。VisualDSP++為編程人員提供功能強(qiáng)大、具有靈活性的易用編程工具，可以縮短面市時間。Qritek公司開發(fā)人員稱，將其虹膜算法引導(dǎo)至Blackfin處理器根本沒有耗費(fèi)多少時間。

Qritek公司還利用ADI公司的HP-USB-ICE JTAG仿真器，該仿真器同VisualDSP++ IDDE配合使用，它利用ADI處理器的JTAG接口幫助開發(fā)人員開發(fā)、測試并調(diào)試高級處理器應(yīng)用軟件。

適合IT系統(tǒng)的生物識別與虹膜識別

Biometrics（生物測定學(xué)）一詞來自古希臘詞語"bios"和"metron," 意味著"生命"和"測量"，是根據(jù)生理或行為特性識別個人的自動化方法的研究。生物測定認(rèn)證技術(shù)測量并分析物理特性與行為特性，包括指紋、眼睛視網(wǎng)膜與虹膜、面部模式與手掌測量，還有步態(tài)、聲音模式等其他特征。

處理器驅(qū)動的認(rèn)證算法，利用一個或多個物理或行為識別特征將個人注冊到數(shù)據(jù)庫。該算法可以生成特性的數(shù)字模板，作為用戶以后每次登錄系統(tǒng)的比較基礎(chǔ)。目前，生物測定技術(shù)已經(jīng)成為高安全識別與個人驗(yàn)證系統(tǒng)的基礎(chǔ)，正受到越來越多的歡迎。

作為識別手段，虹膜是一種極好的器官，要比指紋好得多。這是因?yàn)椋好總€人都擁有唯一的虹膜與指紋。不過，可以利用266個虹膜區(qū)別特征識別個體。相反，指紋僅有40個可供比較的數(shù)據(jù)點(diǎn)。此外，虹膜不會衰老,而且不受環(huán)境變化的影響。

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