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基于ARM嵌入式系統的設計及其應用

基于ARM嵌入式系統的設計及其應用

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。

 

6,結論

     通過ARM 公司的ADS軟件進行仿真 .能夠仿真實現指紋設備所應該具有的功能 。最后 .把程序固化到LPC2104的Flash芯片中 .可實現脫機值守工作 。因此,基于ARM嵌入式系統的指紋識別系統 .能夠滿足用戶對低價格、高性能 、小型化和低功耗的要求 .應 該可以說小型化和嵌入式是今后<

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