基于ARM9的指紋識別系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)

　　生物識別技術(shù)是利用人體固有的生理特性（如指紋、臉象、紅膜等）和行為特征（如筆跡、聲音、步態(tài)等）來進行個人身份的鑒定。

　　生物識別技術(shù)比傳統(tǒng)的身份鑒定方法更具安全、保密和方便性。生物特征識別技術(shù)具有不易遺忘、防偽性能好、不易偽造或被盜、隨身“攜帶”和隨時隨地可用等優(yōu)點。

　　生物識別的工作原理是利用生物識別設(shè)備對生物特征進行取樣，提取其唯一的特征并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字代碼，并進一步將這些代碼組成特征模板，人們同識別設(shè)備交互進行身份認證時，識別設(shè)備獲取其特征并與數(shù)據(jù)庫中的特征模板進行比對，以確定是否匹配，從而決定接受或拒絕該人。而在眾多的用于身份驗證的生物識別技術(shù)中，指紋識別技術(shù)是目前最方便、可靠、非侵害和價格便宜的解決方案。

　　指紋作為人體中最明顯的外表特征，具有獨一無二、普遍性、唯一性、易于采集等優(yōu)點。指紋鑒定技術(shù)利用人類指紋穩(wěn)定性和獨特性的生理特征，將其作為人們的一種“活的身份證”，并且指紋具有不可替代性，使通過指紋進行身份鑒定的安全性大大提高，且隨著圖像處理模式識別方法的發(fā)展和指紋傳感器技術(shù)的日臻成熟，指紋鑒定方法在金融、公安、門禁、戶籍管理等領(lǐng)域都有著良好的應(yīng)用前景。指紋的采集相對容易；指紋的識別算法已經(jīng)較為成熟。由于指紋識別具有掃描指紋的速度快、方便、小型化等優(yōu)點，指紋識別技術(shù)已經(jīng)逐漸進入民用市場，并應(yīng)用到許多嵌入式設(shè)備中，但是如何提高指紋識別系統(tǒng)的識別率和穩(wěn)定性，降低成本以及擴展穩(wěn)定性和節(jié)點分布，存在著一系列技術(shù)難題。

　　因此，本文研究了以內(nèi)含arm核的微處理器AT91SAM7X256為核心，外部擴展指紋傳感器MBF200構(gòu)成指紋識別服務(wù)器硬件；系統(tǒng)軟件移植實時多任務(wù)操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ、文件系統(tǒng)、LwIP，應(yīng)用軟件實現(xiàn)指紋識別。該方法具有成本低、占用資源少、可擴展性強的特點。

　　1 分布式指紋識別系統(tǒng)原理及硬件設(shè)計

　　指紋識別技術(shù)主要涉及4個功能模塊：讀取指紋圖像、提取特征、保存數(shù)據(jù)和比對。通過指紋讀取設(shè)備讀取到人體指紋的圖像，然后對原始圖像進行初步處理，使之更清晰，再通過指紋辨識軟件建立指紋的特征數(shù)據(jù)。軟件從指紋上找到被稱為“節(jié)點”（minuTIae）的數(shù)據(jù)點，即指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標位置，這些點同時具有7種以上的唯一性特征。通常手指上平均具有70個節(jié)點，所以這種方法會產(chǎn)生大約500個數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)，通常稱為模板。通過計算機模糊比較的方法。把兩個指紋的模板進行比較，計算出它們的相似程度，最終得到兩個指紋的匹配結(jié)果。

　　硬件電路的實現(xiàn)以微處理器AT91SAM7X256為核心，外圍電路主要包括指紋識別模塊MBF200、以太網(wǎng)物理層（PHY）收發(fā)器RTL8201BL，大容量的數(shù)據(jù)FlashAT45DBl61D、硬件日歷時鐘器件DSl302，電源電路、復(fù)位和時鐘電路，如圖1所示。

　　1．1 AT91SAM7X256器件及MBF200模塊應(yīng)用

　　AT91SAM7X256是ATMEL公司推出的基于32位arm7TDMI的微處理器。它在一塊芯片上還集成了256 kh的片內(nèi)Flash和64 kb的SRAM，無需外部擴展存儲器。其內(nèi)部還集成有USB2．0設(shè)備端口，以及豐富的片內(nèi)外設(shè)資源，功能強大。AT9lSAM7X256的復(fù)位控制器可以管理芯片的上電順序及整個系統(tǒng)。微控制器具備嵌入式10／100 Mb／s以太網(wǎng)（Ethernet）MAC、CAN、全速（12 Mb／s）USB2．0，針對廣泛的網(wǎng)絡(luò)化實時嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計的，其性能穩(wěn)定、功能強大，能夠廣泛應(yīng)用于協(xié)議轉(zhuǎn)換、通信、工業(yè)控制領(lǐng)域。應(yīng)用AT91SAM7X256開發(fā)指紋識別系統(tǒng)可以有效控制成本。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)需要極強的穩(wěn)定性，但實驗證明超過60％的總線帶寬使用率就會造成沖突。

　　MBF200是富士通公司推出的一款先進的固態(tài)指紋傳感器，它除可自動檢測指紋外，還帶有多種接口模式，為電容性傳感器，其電容性傳感器陣列由二維金屬電極組成，所有金屬電極充當一個電容板，接觸的手指充當?shù)?個電容板，器件表面的鈍化層作為兩板的絕緣層。當手指觸摸傳感器表面時，指紋的高低不平就會在傳感器陣列上產(chǎn)生變化的電容，從而引起二維陣列上電壓的變化，并形成指紋傳感圖像。采用標準C13MS技術(shù)的電容性固態(tài)器件，具有500 dpi的分辨率，傳感器面積為1．28 cmxl．50 cm。具有自動指紋檢測能力，內(nèi)含8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可提供3種總線接口形式。5 V工作電壓下的功耗小于70 mW。

　　1．2 以太網(wǎng)接口電路設(shè)計

　　AT91SAM7X256內(nèi)部集成有MAC控制器，可支持MII接口和RMII接口。RTL820lBL則是工業(yè)級帶有MII接口的10／100 Mb／s低功耗以太網(wǎng)收發(fā)器，25 MHz時鐘輸出，智能降功耗模式，可為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)解決方案，為工廠企業(yè)及其他惡劣的操作環(huán)境架設(shè)可支持實時傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)，符合IEEE

　　802．3u的技術(shù)標準。以太網(wǎng)接口電路原理圖如圖2所示。