??? 通過圖像傳感器獲得指紋圖像及數字化輸出，將圖像數據傳遞給中央處理芯片DSP。DSP對圖像進行實時處理，如：濾波、圖像的平滑銳化、二值化、特征點提取等，同時將處理結果通過USB輸出到上位機。在整個指紋圖像采集處理系統中，DSP主要有三個方面的作用：通過其Ｉ2Ｃ總線對OV6620的對比度、亮度、銳度等各項參數進行設置；對指紋圖像進行數字處理；按照USB的規范應答，提供設備識別，固化PDIUSBD12，與上位機通信。
2 系統硬件方案選擇與設計
2.1 圖像傳感器
??? CMOS圖像傳感器是近幾年發展較快的新型圖像傳感器，可以將像素陣列與外圍支持電路集成在同一塊芯片上，是一個完整的圖像系統。與CCD產品相比較其功耗小、體積小、成本低。
??? 在采集系統中，使用OV6620作為圖像采集芯片。OV6620是Omni Vision公司開發的CMOS黑白圖像采集芯片。該芯片將CMOS光感應核與外圍支持電路集成在一起。輸出的視頻為黑白圖像。技術參數：分辨率352×288，速度30幀/秒。
2.2 數字信號處理芯片
??? 本系統中采用了TI公司推出的高性能數字信號處理器TMS320VC5402。其采用程序空間與數據空間完全獨立的哈佛總線結構，指令的執行采用流水線結構，內部有一到多個處理內核,帶有片上硬件乘法器，其指令執行速度最快為幾十納秒，處理能力為100MIPS。這些為DSP在高速大數據量的數據采集處理系統中提供了廣闊的應用空間。片內共有8條總線（4條程序存儲器總線、1條數據存儲器總線和3條地址總線）、片上存儲器和片上外圍電路等硬件，有高度專業化的指令系統，具有功耗低、高度并行等優點。
2.3 USB接口芯片
??? 世界上很多半導體公司參與了USB芯片的開發，形成了多種產品系列。如Intel 8*930AX/HX、Cypress FX2高速USB微控制器、National Semiconductor的USBN9602/9603。對于基于DSP平臺的USB接口設計，綜合考慮了幾種方案之后，決定采用一個不帶MCU內核的USB接口芯片PDIUSBD12，再加上簡單的外圍電路和時序調整電路。主要因為其滿足項目性能需求，且使用外接CPU，成本非常低。
??? PDIUSBD12是Philips公司推出的一款特點突出的USB接口芯片。完全遵從USB1.1協議,其內部集成有串行接口引擎(SIE)、320字節多結構FIFO存儲器、收發器(Transceiver)和電壓調節器。它可以工作在5V或者3.3V的工作電壓下；具有8位數據總線，且有完全自治的DMA傳輸操作。它還具有可控制的軟件連接（Soft Connect）功能，可以保證在微控制器可靠初始化之后再連接上USB總線。多中斷模式實現批量和同步傳輸，在批量和同步模式下可實現1MB/S的數據傳輸率。PDIUSBD12高集成度、高可靠性和寬范圍工作條件的特點，可以非常方便地兼容大部分DSP的工作環境。
3 軟件設計
3 .1 固件設計
??? 固件編程(firmware programming)是USB數據傳輸系統中終端設備程序設計的重要部分，微處理器通過固件程序與計算機進行數據交換。由于采用不帶MCU內核的USB接口芯片，所以關于USB1.1協議規范的實現都必須靠DSP（TMS320VC5402）控制PDIUSBD12芯片完成：在DSP（TMS320VC5402）的平臺上編寫程序，以完成USB1.1規范所要求的標準請求及用戶根據產品需要自己定義的請求。
??? 當設備連接到主機后,主機通過給PDIUSBD12的端點0發送包含標準USB請求的控制傳輸(即Setup包)，PDIUSBD12產生一個中斷給MCU(INT0)，MCU通過讀PDIUSBD12的中斷寄存器和最后一次傳輸狀態寄存器來對每一個請求做出響應，并通過PDIUSBD12的端點0回送請求信息。主機從返回的信息中讀取描述數據（包括設備描述符、配置描述符、接口描述符、端點描述符、字符串描述符），分配和載入一個設備驅動程序并對設備進行配置。設備配置完成后,就可以使用配置中支持的端點傳輸數據。固件程序結構如圖2所示。

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3.2 設備驅動
??? 在Win32系統中，把每一個設備都抽象為文件，此時的應用程序只需通過幾個簡單的文件操作API函數，就可以實現與驅動程序中某個設備的通信。
??? PC機的驅動程序由Philips公司提供。用VC++6.0通過調用API函數，編寫PC的應用程序。這樣即可實現PC機對DSP（TMS320VC5402）指紋取像系統的控制以及圖像的傳輸。主要使用的API函數是DeviceIOControl( ) 、ReadFile( )、WriteFile( )。其中DeviceIOControl( )用于PC（主機）向DSP圖像采集系統發送請求；ReadFile( )和WriteFile( )分別用于從圖像采集系統讀出數據以及向圖像采集系統寫入數據。在設計過程中必須注意的問題是：由于USB接口是主從方式的接口，其一切傳輸過程都必須通過主機向外設發送請求后才可以開始，所以在使用ReadFile( )、WriteFile( )讀寫數據前，必須先通過DeviceIOControl( )向圖像采集系統發送請求。
3.3 指紋識別流程
??? 系統上電時，TMS320VC5402通過 I²C總線操作對OV6620進行設置，然后進入指紋圖像采集階段。在該階段,TMS320VC5402處于空閑狀態,CPLD占用數據總線，將數據直接存儲到圖像RAM中。采集完一幀指紋圖像后由CPLD發握手信號,通知DSP進入數據處理階段。在該階段,TMS320VC5402先將圖像RAM中的數據分塊搬運到用戶RAM中，進行圖像預處理、特征點提取等運算，最后通過USB將結果輸出給上位機。上位機調出指紋數據庫，并將提取的結果與指紋特征庫中的數據進行比對，從而與庫中特征指紋進行指紋匹配識別。
??? DSP算法具體如下:(1)預濾波。方向濾波：設計了一個水平模板,然后將水平模板旋轉到所需增強的方向進行濾波。（2）二值化。背景分離：采用標準差" title="標準差">標準差閾值跟蹤法,圖像的指紋部分由黑白相間的紋理組成，灰度變化很大，具有較大的標準差，而背景部分灰度分布比較平坦,標準差小。因此計算以各點為中心的一組像素的標準差，當標準差大于某一門限時，就可以確定該點為前景，否則為背景。(3)計算方向圖：采用基于法線向量的方法,其中還涉及到方向場的平滑銳化。(4)特征點提?。翰捎昧思咕€跟蹤法，其基本思想是直接對圖像進行脊線跟蹤，在跟蹤過程中檢測特征點。
??? 整個軟件流程如圖3所示。

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