基于指紋識別專用芯片F(xiàn)CHIP2的功能特性及應(yīng)用方案

目前進(jìn)行身份識別的方法多種多樣。相比之下，指紋識別作為一種生物特征識別方法，具有唯一性和相對的穩(wěn)定性。使用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行指紋身份驗(yàn)證具有驗(yàn)證設(shè)備使用簡單、成本低廉、識別精度高、便于攜帶等諸多優(yōu)點(diǎn)?？梢哉f指紋識別是一種適于廣泛應(yīng)用、可靠有效的身份驗(yàn)證方法。 從歷史上看，人們早就認(rèn)識到了人的指紋對于身份驗(yàn)證的唯一性，而且不乏使用先例。例如契約押印、犯罪破案等。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形識別技術(shù)的進(jìn)步，使用計(jì)算機(jī)或微處理器進(jìn)行指紋身份驗(yàn)證得到越來越廣泛地應(yīng)用。911之后，美國的舉國“反恐”體制更是將指紋身份驗(yàn)證作為最基本的國家防范手段之一；現(xiàn)在有些國家和地區(qū)正在籌備實(shí)行指紋身份證。中國國內(nèi)也已出現(xiàn)了指紋門禁、指紋門鎖、指紋保險(xiǎn)柜、指紋考勤機(jī)等產(chǎn)品。目前指紋身份驗(yàn)證的發(fā)展方興未艾，并將具有越來越廣泛地應(yīng)用領(lǐng)域與使用價(jià)值。

圖1：具有高運(yùn)算性能的FCHIP2芯片

目前，世界上對于使用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行指紋身份驗(yàn)證還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，那么如何來評價(jià)一個(gè)指紋識別設(shè)備的性能？現(xiàn)在行業(yè)中流行的主要有3個(gè)相關(guān)的參數(shù)：

1. “誤識率”—‘張冠李戴’地錯(cuò)誤識別了其他人的指紋；

2. “拒識率”—已經(jīng)存入設(shè)備的指紋不予識別；

3. 識別速度。

對于產(chǎn)品的應(yīng)用，我們認(rèn)為還有2個(gè)重要的因素：1. 對損傷手指指紋的識別率；2. 對歷史指紋的識別率。這兩項(xiàng)對于指紋產(chǎn)品來說有著很重要的意義。 目前實(shí)現(xiàn)指紋身份驗(yàn)證主要基于兩種運(yùn)行平臺(tái)：一種是PC；另一種是使用微處理器的小型便攜或嵌入式裝置。對于基于PC平臺(tái)的指紋識別設(shè)備來說，決定其性能的主要因素是指紋識別算法與指紋傳感器的性能。對于基于小型微處理器裝置的指紋識別設(shè)備來說，決定其性能的主要因素除上述兩點(diǎn)以外，微處理器的性能與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也是非常關(guān)鍵的因素。

圖2：FCHIP2與PC連機(jī)使用方案。（a） 硬件結(jié)構(gòu)框圖；（b） 軟件結(jié)構(gòu)圖

但是上述結(jié)構(gòu)的指紋識別設(shè)備具有重復(fù)開發(fā)、成本較高、體積較大等缺點(diǎn)。它們是一個(gè)時(shí)期的階段性產(chǎn)品，必將被專用的指紋識別芯片所取代。

指紋識別專用芯片F(xiàn)CHIP2

根據(jù)目前指紋識別市場的發(fā)展，上方電子公司（BEYONDLSI）開發(fā)出了專用指紋識芯片F(xiàn)CHIP2（結(jié)構(gòu)見圖1）。該芯片具有非常高的運(yùn)算性能，其內(nèi)嵌有上方電子的指紋比對算法程序，這種算法具有多種優(yōu)秀的特性，例如精度高、在面積型傳感器上指紋在360°任意方向都可以識別、指紋模板數(shù)據(jù)小等。該算法已經(jīng)申請專利。 FCHIP2指紋芯片的主要特點(diǎn)如下：內(nèi)嵌200MHz指紋比對引擎；片內(nèi)64KB SRAM；具有USB1.1、UART、SPI接口；具有與指紋傳感器的接口；通用16位接口；FBGA 144腳封裝；體積：10×10×1.26mm；3.3V供電。指紋比對參數(shù)：FAR＜0.01%；FRR＜1%；比對速度＜1.5s。 FCHIP2芯片內(nèi)植入了與富士通公司的MBF310、MBF200，臺(tái)灣祥群科技（LighTuning）公司的LTT-SS500，以及上方電子公司的BL-FO180B等四種型號指紋傳感器相掛接的驅(qū)動(dòng)程序。在后續(xù)產(chǎn)品中將繼續(xù)植入與其它型號指紋傳感器相掛接的驅(qū)動(dòng)程序。

圖3：使用FCHIP2設(shè)計(jì)的一個(gè)小型模塊結(jié)構(gòu)

只要將FCHIP2芯片與上述四種型號之一的指紋傳感器相連接并配以簡單的外圍電路（晶振、LDO電源等）就可以組成一個(gè)簡單的指紋模塊。使用芯片的USB口，該模塊可以連接PC使用；使用芯片的UART口，該芯片可以作為嵌入式模塊使用。這就為進(jìn)行二次開發(fā)提供了方便條件，只要掌握了通訊協(xié)議就可以進(jìn)行開發(fā)，并能很容易地將指紋比對芯片嵌入到用戶自己的產(chǎn)品或系統(tǒng)之中。 此外，F(xiàn)CHIP2還提供了基于該芯片的功能擴(kuò)展開發(fā)的條件與能力。用戶進(jìn)行小系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，在芯片上外掛用戶FLASH，存儲(chǔ)用戶自己的控制程序，并連接用戶自己的控制對象。這樣就組成了一個(gè)由FCHIP2單一芯片實(shí)現(xiàn)的既有指紋比對功能，又有用戶控制功能的小型控制系統(tǒng)。下面對于FCHIP2的使用給出幾個(gè)應(yīng)用方案。

FCHIP2應(yīng)用方案

與PC連機(jī)使用方案。這是一個(gè)與PC通過USB口相連接的非常小型的USB設(shè)備，指紋比對與指紋模板（指紋特征數(shù)據(jù)）的存儲(chǔ)都在這個(gè)USB設(shè)備中進(jìn)行，PC與設(shè)備間通常進(jìn)行命令控制、狀態(tài)傳輸，或者對指紋模板進(jìn)行備份（Backup）、恢復(fù)（Restore）傳輸。

圖4：用戶可將FCHIP2直接嵌入到自己的控制系統(tǒng)之中

圖2（a）是該方案的硬件結(jié)構(gòu)框圖，圖2（b）是軟件結(jié)構(gòu)圖。這個(gè)與PC相連接的USB指紋設(shè)備具有廣泛的應(yīng)用范圍。例如，PC系統(tǒng)的登陸與注冊；各種需要驗(yàn)證身份的應(yīng)用程序的調(diào)用；網(wǎng)絡(luò)安全身份認(rèn)證等等?？傊?，凡是在PC中需要輸入密碼的應(yīng)用場合都可以在接入本設(shè)備后，在應(yīng)用軟件的配合下，使用指紋身份認(rèn)證來代替密碼。 產(chǎn)品模塊方案。用戶可使用FCHIP2設(shè)計(jì)一個(gè)小型模塊作為產(chǎn)品銷售或作為自己產(chǎn)品、工程的組成部分。如圖3所示使用FCHIP2設(shè)計(jì)的一個(gè)小型模塊。該模塊與上位機(jī)通訊一般使用UART接口。 芯片嵌入方案。用戶也可將FCHIP2直接嵌入到自己的控制系統(tǒng)之中，其嵌入與控制結(jié)構(gòu)見圖4。 單芯片小系統(tǒng)控制方案。這是一個(gè)充分發(fā)揮FCHIP2的潛力的使用方案。在這個(gè)方案中FCHIP2除擔(dān)任指紋比對功能外，還可直接介入到用戶的控制任務(wù)中。FCHIP2的設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到了用戶對于這個(gè)芯片的二次開發(fā)應(yīng)用。

圖5：用戶可根據(jù)自己的需要掛接所需要的設(shè)備

FCHIP2外掛的FLASH MEM既可以存儲(chǔ)用戶程序也可以存儲(chǔ)用戶的數(shù)據(jù)。FCHIP2具有豐富的資源，它具有處理速度達(dá)到200MIPS的處理器，以支持效果優(yōu)良的指紋比對工作。但除了在進(jìn)行指紋比對時(shí)的瞬間忙碌外，其余大部份時(shí)間該芯片都是處于閑置狀態(tài)。FCHIP2具有2個(gè)UARMA、6TIMERs、RTC等單元的支持。這些都為用戶提供了一個(gè)進(jìn)行控制與應(yīng)用開發(fā)的高檔次的資源平臺(tái)。用戶可根據(jù)自己的需要掛接所需要的設(shè)備。其結(jié)構(gòu)見圖5。對于FCHIP2的二次開發(fā)，上方電子公司可提供開發(fā)系統(tǒng)。

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