基于ARM9的指纹识别系统的设计和实现

生物识别技术是利用人体固有的生理特性(如指纹、脸象、红膜等)和行为特征(如笔迹、声音、步态等)来进行个人身份的鉴定。

　　生物识别技术比传统的身份鉴定方法更具安全、保密和方便性。生物特征识别技术具有不易遗忘、防伪性能好、不易伪造或被盗、随身"携带"和随时随地可用等优点。

　　生物识别的工作原理是利用生物识别设备对生物特征进行取样，提取其唯一的特征并将其转化成数字代码，并进一步将这些代码组成特征模板，人们同识别设备交互进行身份认证时，识别设备获取其特征并与数据库中的特征模板进行比对，以确定是否匹配，从而决定接受或拒绝该人。而在众多的用于身份验证的生物识别技术中，指纹识别技术是目前最方便、可靠、非侵害和价格便宜的解决方案。

　　指纹作为人体中最明显的外表特征，具有独一无二、普遍性、唯一性、易于采集等优点。指纹鉴定技术利用人类指纹稳定性和独特性的生理特征，将其作为人们的一种"活的身份证"，并且指纹具有不可替代性，使通过指纹进行身份鉴定的安全性大大提高，且随着图像处理模式识别方法的发展和指纹传感器技术的日臻成熟，指纹鉴定方法在金融、公安、门禁、户籍管理等领域都有着良好的应用前景。指纹的采集相对容易；指纹的识别算法已经较为成熟。由于指纹识别具有扫描指纹的速度快、方便、小型化等优点，指纹识别技术已经逐渐进入民用市场，并应用到许多嵌入式设备中，但是如何提高指纹识别系统的识别率和稳定性，降低成本以及扩展稳定性和节点分布，存在着一系列技术难题。

　　因此，本文研究了以内含arm核的微处理器AT91SAM7X256为核心，外部扩展指纹传感器MBF200构成指纹识别服务器硬件；系统软件移植实时多任务操作系统μC／OS-Ⅱ、文件系统、LwIP，应用软件实现指纹识别。该方法具有成本低、占用资源少、可扩展性强的特点。

1 分布式指纹识别系统原理及硬件设计

　　指纹识别技术主要涉及4个功能模块：读取指纹图像、提取特征、保存数据和比对。通过指纹读取设备读取到人体指纹的图像，然后对原始图像进行初步处理，使之更清晰，再通过指纹辨识软件建立指纹的特征数据。软件从指纹上找到被称为"节点"(minuTIae)的数据点，即指纹纹路的分叉、终止或打圈处的坐标位置，这些点同时具有7种以上的唯一性特征。通常手指上平均具有70个节点，所以这种方法会产生大约500个数据。这些数据，通常称为模板。通过计算机模糊比较的方法。把两个指纹的模板进行比较，计算出它们的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果。

　　硬件电路的实现以微处理器AT91SAM7X256为核心，外围电路主要包括指纹识别模块MBF200、以太网物理层(PHY)收发器RTL8201BL，大容量的数据FlashAT45DBl61D、硬件日历时钟器件DSl302，电源电路、复位和时钟电路，如图1所示。

　　1．1 AT91SAM7X256器件及MBF200模块应用

　　AT91SAM7X256是ATMEL公司推出的基于32位arm7TDMI的微处理器。它在一块芯片上还集成了256 kh的片内Flash和64 kb的SRAM，无需外部扩展存储器。其内部还集成有USB2．0设备端口，以及丰富的片内外设资源，功能强大。AT9lSAM7X256的复位控制器可以管理芯片的上电顺序及整个系统。微控制器具备嵌入式10／100 Mb／s以太网(Ethernet)MAC、CAN、全速(12 Mb／s)USB2．0，针对广泛的网络化实时嵌入式系统而设计的，其性能稳定、功能强大，能够广泛应用于协议转换、通信、工业控制领域。应用AT91SAM7X256开发指纹识别系统可以有效控制成本。工业网络需要极强的稳定性，但实验证明超过60％的总线带宽使用率就会造成冲突。

　　MBF200是富士通公司推出的一款先进的固态指纹传感器，它除可自动检测指纹外，还带有多种接口模式，为电容性传感器，其电容性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，接触的手指充当第2个电容板，器件表面的钝化层作为两板的绝缘层。当手指触摸传感器表面时，指纹的高低不平就会在传感器阵列上产生变化的电容，从而引起二维阵列上电压的变化，并形成指纹传感图像。采用标准C13MS技术的电容性固态器件，具有500 dpi的分辨率，传感器面积为1．28 cmxl．50 cm。具有自动指纹检测能力，内含8位模数转换器，可提供3种总线接口形式。5 V工作电压下的功耗小于70 mW。

　　1．2 以太网接口电路设计

AT91SAM7X256内部集成有MAC控制器，可支持MII接口和RMII接口。RTL820lBL则是工业级带有MII接口的10／100 Mb／s低功耗以太网收发器，25 MHz时钟输出，智能降功耗模式，可为系统提供稳定可靠的优质网络解决方案，为工厂企业及其他恶劣的操作环境架