基于OMAP架構的嵌入式指紋識別系統(tǒng)設計與應用

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

關鍵詞：OMAP； 嵌入式系統(tǒng)； 指紋識別

引言
生物認證技術是信息時代的重要產(chǎn)物之一。人體生物特征具有唯一性與穩(wěn)定性，因此，人們開發(fā)了指紋、臉型、語音、虹膜、遺傳基因(DNA)結構等多種生物特征識別技術。在各種生物特征中，指紋的特征性能優(yōu)異，指紋識別技術也正日趨成熟。因此，針對汽車安防領域的市場需求，本文設計了一種基于OMAP架構的嵌入式指紋識別系統(tǒng)。該系統(tǒng)識別率高、處理速度快、可擴展性強，必然有著廣闊的應用前景和研究價值。
開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，具有集成度高、硬件可靠性和穩(wěn)定性強、速度快、數(shù)據(jù)處理能力強、功耗低、開放性好等優(yōu)點。OMAP平臺透過先進的操作系統(tǒng)平臺不僅開放了ARM，而且開放了DSP。通過DSP/BIOS橋，DSP的資源就如同ARM的外設一樣通過操作系統(tǒng)的API被調(diào)用。DSP/BIOS橋在OMAP平臺上實現(xiàn)了雙核的無縫連接。OMAP平臺支持WinCE、EPOC、Nucleus、VxWorks和Linux等多種操作系統(tǒng)，提供了易于使用的開放式編程環(huán)境。
OMAP平臺采用雙核技術使操作系統(tǒng)的效率和多媒體代碼的執(zhí)行更加優(yōu)化。實時性任務由DSP完成，非實時性任務和系統(tǒng)控制工作由ARM完成，從而使系統(tǒng)的功耗降至最低，成功地解決了性能與功耗的最佳組合問題。

系統(tǒng)硬件設計
基于OMAP架構的嵌入式指紋識別系統(tǒng)(以車載應用為例)主要由OMAP5912嵌入式微處理器、FPS200指紋傳感器、人機界面、CAN總線接口、USB通信接口、電源管理等模塊組成。系統(tǒng)組成原理如圖1所示。
OMAP5912是整個系統(tǒng)的核心。它一方面要控制指紋傳感器FPS200進行指紋樣本的采集，建立指紋樣本庫，并對指紋庫進行管理和維護；另一方面它還要控制DSP內(nèi)核處理復雜的指紋識別算法，進行指紋圖像的處理、指紋特征的提取和匹配。在系統(tǒng)的操作過程中，建立友好的人機界面特別關鍵。在觸摸屏控制器ADS7846和OMAP5912的控制下，用戶可以通過觸摸屏以及LCD液晶顯示屏方便快捷地進行人機對話，如用戶個人身份碼(PIN)認證、指紋庫管理與維護等。開放式系統(tǒng)必然要求信息資源共享，CAN總線接口能使該系統(tǒng)與汽車上的多個控制器(即電控單元ECU)進行通信。USB通信接口的設計使得嵌入式系統(tǒng)的應用更加靈活、方便，令系統(tǒng)與多種類型的外設進行通信成為可能。功能強大的電源管理芯片TPS65010為系統(tǒng)核心部分提供了所需的1.6V、1.8V、3V、3.3V等工作電壓，并合理地進行功耗分配。由于指紋圖像數(shù)據(jù)量大、指紋算法復雜，設計時需要較大的存儲空間，因此系統(tǒng)擴展了1個NOR閃存和1個DDR SDRAM。系統(tǒng)可通過JTAG接口進行在線調(diào)試。
OMAP5912嵌入式微處理器
OMAP5912微處理器是由192MHz的TMS320C55x DSP內(nèi)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，簡稱TC)用于控制對外部內(nèi)存的存取，其最高工作頻率為75MHz。TC提供了外部內(nèi)存快速接口(EMIFF)、外部內(nèi)存慢接口(EMIFS)和內(nèi)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(nèi)還有192K的內(nèi)部存儲器，由ARM和DSP共享。TC可以看作儲存資源的守衛(wèi)，由它內(nèi)部的仲裁器來決定哪個核有權利存取這些資源，以及是否可以讓兩個核同時存取這些資源。OMAP5912中央有一個高性能的9信道系統(tǒng)直接內(nèi)存存取器(DMA)。這個9信道DMA允許在不同的埠間傳送數(shù)據(jù)，而無需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極板，手指則是另一極板，手指紋線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