基于SOPC的指紋識別系統(tǒng)設(shè)計
武漢理工大學(xué)自動化學(xué)院 朱智平,胡榮強,陳尚志
引言
人的指紋具備的唯一性、終身不變性、易獲取和難以復(fù)制等特點,使得指紋識別很早就成為身份識別中的一種技術(shù)手段。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,指紋識別已經(jīng)成為目前最為實用、應(yīng)用最為廣泛的生物識別技術(shù),尤其在民用生物識別技術(shù)中。指紋識別技術(shù)已經(jīng)在金融、醫(yī)療、GA、門禁系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
傳統(tǒng)的指紋識別系統(tǒng)都是基于PC機的,這種系統(tǒng)具有識別速度快、樣本存儲量大、軟件設(shè)計技術(shù)成熟等優(yōu)點。但是,基于PC機的指紋識別系統(tǒng)由于價格昂貴、移動性能差、功耗高等缺點限制了其應(yīng)用的進一步擴大。自二十世紀(jì)末以來,半導(dǎo)體技術(shù)和嵌入式技術(shù)的快速發(fā)展,為人們設(shè)計廉價的便攜式指紋識別系統(tǒng)提供了一個技術(shù)上的實現(xiàn)平臺。 本文介紹了一種基于ALTERA公司推出的SOPC(Systemona Programmable Chip,片上可編程系統(tǒng))技術(shù)的指紋識別系統(tǒng)的設(shè)計方案。該系統(tǒng)以ALTERA公司的Cyclone II系列FPGA和NIOSII軟核處理器為核心,并采用富士通公司的MBF200指紋采集芯片設(shè)計,是一種簡單實用的嵌入式指紋識別系統(tǒng)。
1 指紋識別系統(tǒng)原理
指紋識別系統(tǒng)一般由指紋圖像采集、指紋圖像預(yù)處理、指紋特征提取、指紋特征匹配、特征數(shù)據(jù)庫等幾部分組成。指紋識別系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。該系統(tǒng)首先由指紋采集設(shè)備采集到指紋圖像并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像;然后對指紋數(shù)字圖像進行預(yù)處理,再通過圖像增強、分割、平滑、細(xì)化等處理過程得到便于指紋特征提取的數(shù)字圖像：接著提取細(xì)化后的圖像細(xì)節(jié)特征點;最后將提取到的特征與特征數(shù)據(jù)庫中的特征數(shù)據(jù)進行匹配,并輸出識別結(jié)果。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 SOPC技術(shù)與NIOS II軟核處理器
SOPC (System on a Programmable Chip,片上可編程系統(tǒng))是ALTERA公司提出來的一種靈活、高效的SOC解決平臺。它將處理器、存儲器、I／O口、LVDS、CDR等系統(tǒng)設(shè)計所需要的功能模塊集成到一個PLD器件上,從而構(gòu)建成一個可編程的片上系統(tǒng)�；赟OPC技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計十分靈活,用戶可以根據(jù)自己的實際要求,并利用IPCore資源組合構(gòu)建出不同的應(yīng)用系統(tǒng),從而實現(xiàn)軟硬件協(xié)同設(shè)計。
NIOS II軟核處理器是ALTERA公司于2004年推出的通用32位RISC CPU,它能滿足任何應(yīng)用32位嵌入式微處理器的需要．用戶可以獲得超過200 DMIPS的性能。NIOS II軟核處理器具有32位處理器的基本結(jié)構(gòu)單元(32位指令大小,32位數(shù)據(jù)和地址路徑,32位通用寄存器和32個外部中斷源),設(shè)計者可以根據(jù)系統(tǒng)需求的變化來調(diào)整嵌入式系統(tǒng)的特性,以選擇滿足性能和成本的最佳方案。Nios II系列可支持用戶自定義指令,而NIOS II ALU則直接與用戶自定義的指令邏輯相連。由于設(shè)計者能為系統(tǒng)中使用的每個Nios II處理器創(chuàng)建多達(dá)256個專用指令,因此,設(shè)計者能夠調(diào)整系統(tǒng)硬件以增強對實時軟
