基于S3C2410和MBF200的指纹采集系统

1 引言
     指纹识别是一项高新技术，而指纹识别的前期工作就是指纹图像采集。采集的图像质量对指纹识别丁作有重要影响。S3C2410是为手持设备设汁的一款低功耗、高度集成、内含一个ARM920T核的微处理器。该处理器拥有独立的16 KB指令Cache和16 KB数据Cache、MMU、支持TFT的LCD控制器、NAND闪存控制器、4路DMA、4路带PWM的Timer、I／O端口、RTC、Touch Screen接口、2个USB主机接中、1个USB设备接口、SD主机接口和MMC接口、2路SPI端口、最高运行频率为203 MHz。指纹传感器MBF200具有体积小、低功耗和低成本等特点，属于电容性传感器，其传感器阵列由二维金属电极组成，所有金属电极充当一个电容板，接触的手指充当另一个电容板，器件表面的钝化层作为两板的绝缘层，指纹纹理的凹凸会在传感器阵列上产生变化的电容。进而引起二维阵列上电压的变化，形成指纹图像。结合两器件上述特点，这里选用S3C2410和MBF200构成指纹采集系统。
   2 系统硬件设计
     S3C2410与MBF200通讯支持MCU通讯方式、USB通讯方式和SPI通讯3种数据传输方式。此系统采用MCU和USB通讯方式。由于MCU通讯方式具有操作简单、数据传输速度快等优点，这里讨论基于MCU通讯的指纹采集系统。MBF200与S3C2410通讯的硬件框图与指纹采集系统原理图分别如图1、图2所示。
   
   
       D[7：0]实现与S3C2410的通讯，索引寄存器对应存储空间的最低位为0，功能寄存器对应最低位为1；当跳针JP1，JP2，JP3跳到右边时为MCU通讯方式；nGCS2与选通信号CSO连接，用于选通MBF200；S3C2410引脚nOE与MBF200的RD引脚连接，产生读信号；S3C2410引脚nWE与MBF200的WR引脚连接，产生写信号；电路中接2个LED，与MBF200引脚P1、P0相连，低电平亮，用于测试硬件电路；JP4连接EINT与MBF200的INTR中断引脚；WAIT引脚用于在指纹采集时查看A／D转换是否完成，防止在A／D转换未完成时读出随机数据，导致数据采集失败；MBF200供电电源选择S3C2410引脚49提供的VDD33 V。
     硬件平台搭建好后通过向MBF200的CTRLC写数据验证是否能控制两个LED灯的点亮和熄灭。通过向索引寄存器写MBF200功能寄存器的索引号来锁定该寄存器，当功能寄存器被锁定时，才可以对该寄存器进行读写操作。MBF200进行数据采集必须正确配置几个功能寄存器，它们配合使用才能完成指纹采集工作，下面对MCU工作模式下几个重要寄存器进行说明。
     中断控制寄存器ICR主要控制指纹传感器的两个中断源：内部中断与外部中断。其IT[1：0]位与IP[1：0]位需配合使用，通过产生中断唤醒传感器，当IT[1：O]被设置成电平触发时，IP [1：0]位要设置为上升沿或高电平有效；控制寄存器CTRLA写非“0”值开始A／D转换，读该寄存器获取指纹图像数据，当A／D转换正在进行时，不能对该寄存器进行写操作，否则A／D)转换不能继续进行，要等到上一个A／D转换完成才能可读该寄存器，否则会读出错误的数据；控制寄存器CTRLB在初始化时要将AFDEN置位，以使能器件的自动检测功能，AUTOINCEN置位以实现图像采集时自动进行A／D转换。
   3 软件接口设计
3．1 主程序设计
     软件设计主要实现S3C2410控制MBF200驱动程序的编写。在ADS 1．2开发环境下采用移植性强的C语言编写程序，目标板上电后初始化整个采集系统，包括ARM系统的初始化和MBF200的初始化。
     MBF200器件采集图像通过检测中断开始，首先使能中断，中断寄存器清零。本程序采用电平触发方式，在无指纹时引脚INTR是高电平，当有指纹时变为低电平。因此，检测中断信号就是检测引脚INTR的信号。程序向CTRLA寄存器写0x02，采集整个区域的指纹图像，图像数据存储在CTRLA寄存器。注意要等到上一个A／D转换完成才能读该寄存器，否则会读出错误的数据。主程序流程如图3所示。
   
       MBF200的功能寄存器中除SRA、CIDH、CIDL外，在指纹采集前必须对其初始化。指纹采集主程序源代码如下：
   
   
3．2 寄存器参数选择
     (1)门限值THR的选择门限值THR和周围环境的温度、湿度等有关，周围环境不同，门限值也不同。当门限值不合适时，器件在空闲状态会被认为是有手指按下，中断信号为低电平。因此，在采集时必须选择门限值。门限值选择流程如图4所示。
   
       (2)DTR、DCR、PGC寄存器参数选择DTR、DCR、PGC 3个寄存器参数选择直接决定采集图片的质量。DTR寄存器控制电容放电时间，它对图片的背景有很大影响，如果过小，则背景区域较暗，不利于后续处理，经实验验证其值最好不小于0x2e；DCR寄存器控制电容放电电流，它对图片的前景区和背景区都有很大影响，如果过小，则背景区域较暗，不利于后续处理，如果该值过大，则图片很淡，亦不利于后续处理，经实验验证其值最好为0x01；PGC寄存器是可编程增益寄存器，它对图片的前景背景都有很大影响，如果过小，则前景区域较浅，不利于后续处理，经实验验证其值最好不小于0x0c。图5为凋整好参数后所采集的图片。其中，DTR=0x32，DCR=0x01．PGC=0x0e。
   
   4 结束语
     随着社会发展，信息安全被提到更高的位置，指纹自动识别系统会有更广阔的应用前景。指纹采集模块对识别工作有很大影响。结合S3C2410与MBF200的特点，设计由S3C2410控制的基于MCU通信方式的指纹采集系统，该指纹采集系统结构简单、操作方便、采集速度快，适合于嵌入式系统应用。