1 引言

　　指紋識(shí)別即指通過(guò)比較不同指紋的細(xì)節(jié)特征點(diǎn)來(lái)進(jìn)行鑒別。由于每個(gè)人的指紋不同，就是同一人的十指之間，指紋也有明顯區(qū)別，因此指紋可用于身份鑒定。隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)BI和法國(guó)巴黎警察局于六十年代開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AFIS）用于刑事案件偵破。目前，世界各地的警察局已經(jīng)廣泛采用了指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。九十年代，用于個(gè)人身份鑒定的自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)得到開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。S3C2410處理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T處理器核，采用0.18um制造工藝的32位微控制器。該處理器擁有：獨(dú)立的16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache,MMU,支持TFT的LCD控制器，NAND閃存控制器，3路UART,4路DMA,4路帶PWM的Timer ,I/O口，RTC,8路10位ADC,Touch Screen接口，IIC-BUS 接口，IIS-BUS 接口，2個(gè)USB主機(jī)，1個(gè)USB設(shè)備，SD主機(jī)和MMC接口，2路SPI.S3C2410處理器最高可運(yùn)行在203MHz.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)

　　MCU（Micro Control Unit）中文名稱為微控制單元，又稱單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer）或者單片機(jī)，是指隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及其發(fā)展，將計(jì)算機(jī)的CPU、RAM、ROM、定時(shí)計(jì)數(shù)器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)，為不同的應(yīng)用場(chǎng)合做不同組合控制。

　　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(guò)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(guò)向索引寄存器寫MBF200功能寄存器的索引號(hào)來(lái)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(shuō)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(guò)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(kāi)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(kāi)發(fā)環(huán)境下采用移植性強(qiáng)的C語(yǔ)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(guò)檢測(cè)中斷開(kāi)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(wú)指紋時(shí)引腳INTR是高電平，當(dāng)有指紋時(shí)變?yōu)榈碗娖健Ｒ虼耍瑱z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。

　　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

　　寄存器是中央處理器內(nèi)的組成部分。寄存器是有限存貯容量的高速存貯部件，它們可用來(lái)暫存指令、數(shù)據(jù)和位址。在中央處理器的控制部件中，包含的寄存器有指令寄存器（IR）和程序計(jì)數(shù)器（PC）。在中央處理器的算術(shù)及邏輯部件中，包含的寄存器有累加器（ACC）。寄存器通常都用來(lái)意指由一個(gè)指令之輸出或輸入可以直接索引到的暫存器群組。更適當(dāng)?shù)氖欠Q他們?yōu)?架構(gòu)寄存器".

　?。?）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。

　?。?）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(guò)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(guò)小，則背景區(qū)域較暗，不利于后續(xù)處理，如果該值過(guò)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，

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　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。