基于ARM嵌入式系統的設計及其應用_嵌入式系統_

基于ARM嵌入式系統的設計及其應用

ARM92010

2010/9/17 0:00:00

1．引言

由于網絡與通訊的高速發展，帶動了信息家電、信息工業的潮流，嵌入式系統己經成為不可或缺的產品，而且它的發展方向是功能越來越強大．綜合數字處理能力、管理能力、控制能力通訊能力為一體的系統。嵌入式系統是以應用為中心．以計算機技術為基礎。軟硬件可剪裁，適用于對功能、可靠性、成本、體積功耗嚴格要求的專用計算機系統。它的最大特點在于能夠根據特定用戶的需求。對軟硬件進行合理剪裁。具有功耗低、體積小集成度高等特點，有利于整個系統的小型化．提高系統的智能化和網絡化程度。

現有成熟的指紋識別系統依賴于 PC平臺．這就極大的限制了指紋識別設備的使用范圍，并且提高了系統成本。也有相當一部分嵌入式系統采用51系列單片機作為系統的CPU．這些系統存在著性能差、人機界面簡單、改進余地不大等問題。由于ARM處理器具有低功耗、低成本、高性能、小體積的優點．故基于ARM嵌入式指紋識別系統的研究具有重要的目的和意義。

2．系統總體方案設計

嵌入式系統的架構可以分為四個部分：處理器、存儲器、輸入輸出和軟件。

首先．嵌入式系統最核心的部分就是嵌入式處理器。當前世界上具有嵌入式功能特點的處理器已經超過了1000多種，3O多個系列。不同的處理器有其不同的功能和優勢。但是低成本、低功耗、高性能是嵌入式系統應用的特殊要求。

其次，存儲器也是構建嵌入式系統的重要部分。本系統就需要外擴 Flash。雖然存儲器的選擇依賴于處理器的選擇．但是就功能需求來說，需要考慮容量大的，性能穩定的存儲器。就 Flas來說，還需要考慮 Flash的擦除等軟件操作是否方便。

最后，要結合實際情況和處理器的功能。確定系統的外田設備。

3．ARM介紹

ARM是微處理器行業的一家知名企業．該企業設計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器、相關技術及軟件。ARM3位體系結構目前被公認為是業界領先的32位嵌人式 RISC微處理器結構，所有 ARM處理器共享這一體系結構。技術具有性能高、成本低和能耗省的特點。適用于多種領域．比如嵌人控制、消費，教育類多媒體、DSP和移動式應用等。

4．嵌入式系統的硬件平臺設計

根據方案設計，考慮到用戶的需求、成本問題和開發的難易程度等．本系統采用Philips公司生產的 32位高性能嵌人式處理器LPC2104芯片．它帶有一個支持實時仿真的ARM7TDMI—CPU，并嵌人了128KB高速Flash存儲器和16K SRAM．CPU操作頻率可達6OMHz。由于其非常小的尺寸和極低的功耗．很適合于將小型化和低功耗作為主要要求的應用系統．系統的結構圖如圖 1所示。

J]rAG調試是采用最多的一種調試方式．它是一個標準的測試接口．用于測試和系統未正常工作前的下載。它可以通過現有的JTAG邊界掃描與 ARM CPU核進行通信．屬于完全非插人式(不占片上資~)iat試。調試主機 PC負責對 ARM源程序進行編詳聯接，然后使用

調試程序（如AXD調試器）進行JTAG調試。

蜂鳴器電路，實現報警功能和指示指紋識別系統的工作狀況。

LPC211M要使用兩組電源，I／0 訂供電電源為 3-3V，內核供電電源為 1．8V，故采用 TPPMO110電源芯片，。其輸入電源為5V。

看門狗時鐘電路通過I℃ 總線與處理器通訊．本系統采用X1228芯片．可實現看門狗作，H。當芯片電壓偏高或偏低時，復位電路．也可以存一些數據。在使用 I℃ 之前．設置 I／O連接到 IZC總線．然后設置通訊的速率，再使能主 I℃，即可發送，接收數據。

鍵盤采用掃描方式．總共設置六個按鈕。可分別實現上移、下移、左移、右移、進入、退出的功能。

LCD液晶JI豐I來顯示門禁開啟的 ID號、姓名、用戶信息、時間．本系統采SMG12864B點陣型的液晶屏。使用前要進行初始化．控制器內部設有 1個數據地址頁指針(指令碼為 B8H+頁碼)和 1個數據地址列指針(指令碼為40H+~ll碼)，用戶通過它們來訪問內部的全部 512字節RAM。

F1ash存儲器以其低成本。高可靠性的讀寫．非易失性。可擦寫性和操作簡便而成為一系列程序代碼(應用軟件)和數據f用戶文件1存儲的理想媒體。從而廣泛應用于嵌入式系統中。本系統選用的是 SAMSUNG公司的 K9F6408u0b芯片．用于存儲系統的數據主要有指紋庫數據，用戶信息，出入記錄庫等。其 8位串行口可作為地址和數據復用，又可作命令的輸入弓l腳，根據時序采用分時循環。

通訊模塊是本文的主要工作。LPC2104有兩個 UAlit．具有基本相同的寄存器．分別實現與上位機 PC和指紋識別模塊通訊。由于采用 RS232協議．因此需要 RS232電平轉換電路。

由于LPC2104數據處理的操作只針對寄存器的內容。而不直接對存儲器進行操作．操作起來比較簡單．發送數據只要把數據寫到發送緩沖區即可。接收數據采片{的是 FrQ中斷，其中UART0具有最高優先級。當接收緩沖區接收到數據時。就會產生中斷．執行中斷程序。

系統中采用 RS232的電平轉換芯片 MAX3232。具有兩路RS232電平轉換．可實現與兩個串口進行通訊。MAX3232芯片的TTL／CMOS輸人輸出信號與 LPC2104的 UART輸人輸出連接．MAX3232輸人輸出 IZl與串日 9針連接器相連。接線圖如圖2所示。在使用 UART0時，先要設置TXD0、RXD0管腳連接。然后設置串El的波特率及工作模式。即可進行數據發送及接收。

5．嵌入指紋識別模塊及其軟件設計

整個硬件平臺設計完后．通過UARTO串121嵌入指紋識別模塊與系統進行通訊本系統采用的是中正公司的SM一60指紋識別模塊，較適用于低功耗場合。該模塊采用光學指紋傳感器，由高性能 DSP處理器和 FLASH等芯片構成．具有指紋圖像處理模板提取、模板匹配、指紋搜索和模板存儲等項功能，通過各種指令的組合實現更復雜的功能。

根據指紋識別模塊的協議。編寫系統的程序。主要分為通訊和管理兩個部分，一方面是發送指令幀、接收數據及其校驗，另一方面。朋戶信息添加到數據庫和門禁開啟的用戶記錄(如號、姓名、用戶信息和開啟時間)存人數據庫。通過鍵盤和 LCD液晶顯示。進行現場顯示和控制操作，同時在液晶屏菜單上進行選擇，實現增加或刪除指紋庫，及修改個人信息，并在 LPC210單片機的命令下．能夠完成指紋錄人、圖像處理、特征提取、模板生成、模板存儲、指紋比對(1：1)或指紋搜索(1：N)等功能。其總體流程圖如圖3所示。當有手指或鍵盤按下時，則執行相應的程序。