基于ET44M210的指纹识别智能卡设计

摘要：文章介绍了智能卡技术和指纹识别技术，给出了以ET44M210芯片为核心的具有指纹识别功能的智能卡系统的一种实验设计方法，并阐述了系统设计和软件流程。
关键词：ET44M210；智能卡系统；指纹识别

0 引言
新一代智能卡Smart Card的内嵌芯片CPU等于一个特殊类型的单片机，内部带有控制器、存储器、时运控制逻辑和算法单元。由于CPU卡有存储容量大、处理能力强、信息存储安全等特性，在对各种卡片技术的评估过程中，智能卡脱颖而出，成为目前最佳、最具有经济效益的解决方案，被广泛用于信息安全性要求特别高的场合。生物识别技术是利用人体的生物特征鉴别每个人的真实身份，主要包括虹膜、面孔、指纹、掌纹等。其中以指纹识别技术最为成熟稳定。智能卡技术和指纹识别技术的结合使用，具有优势互补的特点。智能卡作为个人身份及指纹信息的存储载体，利用指纹的唯一性达到个人身份鉴别的目的，为智能卡技术和指纹识别技术的应用提供了更加广泛的发展空间。
本文介绍了采用ET44M210芯片为基础的一个智能银行卡系统的实验设计方法，其中ET44M210为智能卡，PC机模拟读卡机。考虑到预防手指模型欺骗技术，采用输入密码加指纹双重验证的方式。

1 硬件系统结构
1．1 实验中采用的芯片简介
1．1．1 ET44M210微处理器
ET44M210微处理器采用精简指令集的结构(RISC)，外接6MHz的晶振，除条件转移指令需要二个时钟周期外，所有指令只要一个时钟周期。在芯片内部整合了USB、16位模数转换、串行周边控制界面(SPI)等功能。处理器内部拥有16kB ROM、1．3kB RAM、42个IO口，供电电压3．6～5V。
ET44M210芯片是一款低价格、高性能，采用CMOS工艺制造，具有RISC架构的8位微控制器芯片。芯片采用SMA封装，引脚数为100，由台湾义统电子股份有限公司(Etoms Electronics Com)设计生产。ET44M210的设计充分体现了SoC化产品的特征。图1 ET44M210的模块结构图。

1．1．2 ET44M210芯片的开发工具
ET USBICE仿真软件ET44M210芯片采用“USB接口仿真+实验模板”作为硬件开发工具，如图2所示。开发板的前半部分是仿真模板，在其上有一个ET44M210芯片，内部固化了仿真程序。仿真模板通过板上的USB接口与PC机通信，在仿真软件的配合下构成一个低成本、高性能的在线仿真器ICE和写入器。

开发板的后半部分是实验模板，在其上也有一个ET44M210芯片，用户通过实验模板进行系统开发和模拟实验。实验模板上有3个USB接口供用户使用。实验板上还有1个48引脚的插座，可供连接I／O接口、ADC、PWM、SPI等使用。
ET44M210芯片采用ET USBICE仿真软件作为软件开发工具，如图3所示。

ET USBICE仿真软件使用USB接口与PC计算机进行通信。软件具有标准的通用仿真软件界面和工程导向管理功能，适用于Windows98／2000／XP等多种操作系统，可以很方便地对源程序进行编写、编译、侦错、仿真运行、代码生成、写入等全过程。
1．2 指纹识别简介
(1)指纹模块的结构。本系统的指纹采集模块使用的是某公司的指纹模块，它包括指纹传感器、指纹识别芯片。若需要大于16用户的指纹数据，可以使用PC存储器内的指纹数据。
(2)指纹模块的采集功能。该模块在本系统中具有指纹采集的功能。将采集到的指纹存储在模块中后传输给PC并保存。
(3)指纹模块的识别功能。该模块在本系统中具有指纹判断的功能。将采集到的指纹与先前存储的指纹相鉴别，识别出是否是正常的用户，并将识别结果保存。
(4)指纹采集与识别。流程如图4所示。

2 系统原理及框图
2．1 ET44M210的功能
(1)通信功能。通过USB接口与PC机连接，传输已经加密的指纹信息及用户银行个人信息，然后由PC机将之解密，与中央数据库比较。
(2)运算功能。IC卡在向外传输命令之前都会先将其按相应算法加密，同理，IC卡在收到PC机传来的加密信息后，用相应算法对信息进行解密，具体算法请参见系统原理及框图。
(3)内部信息管理功能。由于卡内存储信息量很少(用户个人信息及银行存款信息)，故信息系统不必做得很复杂，采用定长存储方式，可以实现信息的建立、修改、删除、维护等基本操作。另外还要实现信息访问的安全控制，如对里面的信息进行修改时，要有不同的安全控制等级。
(4)命令处理功能。智能卡与PC机之间通信采用相应的协议，为实现模拟的真实性，我们在此处使用现在通用的智能卡通信标准协议：使其支持ISO7816-4，6，8，9智能卡标准。根据PC机上传输的不同命令进行相应的处理。
(5)扩展功能。基本功能之外还要在其上加入液晶显示功能及语音功能。其中液晶显示用户的基本信息，语音则通过单片机的AD和PWM功能实现，通过功放发出声音“请放入手指”及“确认通过”、“确认失败”的声音。
2．2 PC机的功能
(1)通信功能。通过USB接口与智能卡进行通信，且产生随机数通过RSA及ECC算法对数据进行加解密；与指纹传感器进行通信，得到相应的指纹数据。
(2)数据库管理功能。模拟中央数据库，存储大量用户信息，以采入的指纹数据为标准进行查找。
(3)模糊比较功能。在进行指纹比较过程中，所得到的数据与原始数据肯定存在一定程度的偏差，因此可设定好百分比，只要偏差在此允许范围内便可默认为一致。
(4)数据读取显示功能。PC机通过和单片机通讯可以读到其相应数据，在屏幕上可以显示以下内容：
修改用户密码或指纹密码； (CHANGEPIN)
消费／取现；(DEBITFORPURCHASE／CASHWITHDRAW)
读余额；(GETBALANCE)
输入密码； (GETPIN)
中英文选择；(CHINESEENGLISH)
打印凭证： (PRINT)