基于TMS320VC5402的指纹识别系统

【本文由PB创新网为您整理】
摘要：重点介绍以TMS320VC5402为核心的指纹识别系统的硬件设计，概括地说明软件设计方法，最后给出其硬件调试方法。

    关键词：DSP 指纹识别 TMS320VC5402

指纹识别作为生物特征识别的一种，有其不可比拟的优点。由于可以随身携带这种特殊的“印章”，所以受到越来越多人的重视。本系统使用TI的TMS320VC5402（以下简称5402）作为核心。DSP与单片机相比，多用于算法比较复杂，乘加运算量比较大的场合。该芯片为一款定点的DSP，它具有高达100MIPS的运算能力，同时具有优化的CPU结构和一系列的智能外设。下面着重讨论基于该芯片的系统设计。

1 总体设计

指纹系统总体设计方案如图1所示。

该系统是由指纹采集仪、FPGA、SRAM和Flash等硬件组成。RS232用于数据传输，PC机可以通过该接口得到指纹特征数据；Flash存储指纹信息库、LCD用的字符和DSP程序；FPGA在DSP的控制下从取指器中取出图放入SRAM中；小键盘用于用户输入ID号码，增强该系统的安全等级。

1.1 存储空间的软硬件设计

本系统要访问的存储器有三个：javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>DSP内部DARAM（16K字，用于存放常量和变量的数据空间）、SRAM和Flash。因为5402有20根地址线可以用来对程序空间寻址，所以有1M字节的寻址空间，利用高地址线A19来区分Flash和SRAM。其中SRAM是BootLoader后程序运行的空间，这样就把Flash放在高地址上去了。5402的数据寻址空间仅为64K，所以要进行分页扩展。为了避免和DARAM的访问冲突，不能使用64K一页。因为64K中低地址的16K实际上不能访问，它优先被64K中低地址的16K实现上不能访问，它无被DARAM访问，所以定为32K的一数据页。分配一个I/O地址，而后通过I/O地址的译码对74LS273进行使能控制，最后锁存I/O的数据作数据页。当对数据空间进行访问时，应分为以下几步：

①解析该地址，进行分割。前（低）15位为页内地址，后（高）6位为页地址。

②判断页地址是否为0。如果为0，则说明访问DARAM，直接使用访问数据的指令；需要的16位地址就是前15位的地址、高位补零，并结束。

③把页地址用PORTW命令送到寄存器（所分配的I/O空间地址）里，页地址也就在SRAM的高地址线上了。

④再使用访问数据的指令，需要的16位地址就是前15位的地址、高位补零。

对存储器的管理，需要编写一定量的程序。可以设置一个全局变量存储页地址。由于扩展页仅为32K，大于32K的数组是开辟不出来的，所以使用链表。需要注意的是释放空间时，把相邻的未使用的空间尽量连接成一大块，同时需要一个接一个地把用过的堆栈拷贝到堆空间的尾部，使自己空间聚合成一个大块。

图2、图3分别为外部程序扩展和数据空间扩展示意图。

1.2 RS232通信接口软硬件设计

该系统使用MAX3110E连接DSP与PC机，通过软件控制分频比可获得通用的300baud～230kbaud的波特率。MAX3110E内部UART与RS232收发器能够独立工作。McBSP的时钟停止模式可以兼容SPI主-从协议。所谓McBSP的时钟停止模式是指其时钟会在每次数据传输结束时停止，并在下次数据传输开始时立即启动或延半个周期再启动。其接收器和发送器是同步的，即CLKX和FSX分别与CLKR和FSR相连；在传输过程中，CLKX和FSX又分别用做SPI的移位时钟SCK和从方使能SS，可以是输出（主方），也可以输入（从方）。其McBSP初始化编程应遵守以下几个步骤：

①将SPCR中的XRST、RRST置为0，处于复位状态。

②McBSP保持复位的状态下，设置有关的寄存器为需要的值。由于SPI协议要求McBSP在移位输出数据之前，FSX信号必须由DXR->XSR产生FSX，所以XCR寄存器中XDATALY位必须设置为1。

③设置SPCR->GRST为1，采样率发生器退出复位状态，开始工作。

④等待两个时钟周期，以确保McBSP在初始化过程中内部能够正确地同步。

而后，配置MAX3110E的波特率和发送波形，发送数据时根据MAX3110E的数据手册拼装成一个16位的字进行发送。接收通过DSP的Int0中断进行处理。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

1.3 总线控制和驱动

本系统中总线有两种：数据总线和地址总线。数据总线进行数据交换，地址总线进行寻址。因为DSP的数据总线是3.3V的高电平逻辑值，可能出现不能驱动外部5V的逻辑电平的情况；而且连接在动能力不足。因此，需要对总线，特别是数据总线进行加强驱动能力的设计。其中数据总线使用SN74LVTH16245来进行驱动向驱动；地址总线是单向的，没有方向的控制，也没有使能的控制，使用SN74LVTH16244单向驱动器就可以了。对于数据总线的控制，按照所逻辑合理使用了DSP_MSTRB。DSP_IOSTRB、R/W就可以完成了。

1.4 键盘与LCD接口的硬件设计

键盘和LCD都是I/O器件，分配两个I/O空间的地址，通过对地址的译码产生使能控制LCD和键盘。键盘上有12个按键，用10kΩ电阻拉高，同时使用与逻辑连接这12根线，输出的逻辑电平接DSP中断Int2，在中断服务程序中使用PORTR命令读入键值。LCD用于显示界面信息。本系统使用LC1611字符点阵模块。

1.5 指纹图像的获取

采用Altera公司的Maxplus II软件进行VHDL语言编程。按照一定的时序，把指纹图像放大SRAM的固定地址中，这一部分调试有些麻烦，可以放在最后做，而图像的获取可使用CCS2.

[1] [2]  下一页