基于USB与DSP的指纹识别系统的设计实现

PDIUSBDl2是Philips公司推出的一款特点突出的USB接口芯片。完全遵从USBl．1协议，其内部集成有串行接口引擎(SIE)、320字节多结构FIFO存储器、收发器(Transceiver)和电压调节器。它可以工作在5V或者3．3V的工作电压下；具有8位数据总线，且有完全自治的DMA传输操作。它还具有可控制的软件连接(SoftConnect)功能，可以保证在微控制器可靠初始化之后再连接上USB总线。多中断模式实现批量和同步传输，在批量和同步模式下可实现1MB／S的数据传输率。PDIUSBDl2高集成度、高可靠性和宽范围工作条件的特点，可以非常方便地兼容大部分DSP的工作环境。

3 软件设计

3．1 固件设计

固件编程(firmware programming)是USB数据传输系统中终端设备程序设计的重要部分，微处理器通过固件程序与计算机进行数据交换。由于采用不带MCU内核的USB接口芯片，所以关于USBl．1协议规范的实现都必须靠DSP(TMS320VC5402)控制PDIUSBDl2芯片完成：在DSP(TMS320VC5402)的平台上编写程序，以完成USBl．1规范所要求的标准请求及用户根据产品需要自己定义的请求。

当设备连接到主机后，主机通过给PDIUSBDl2的端点0发送包含标准USB请求的控制传输(即Setup包)，PDIUSBDl2产生一个中断给MCU(1NT0)，MCU通过读PDIUSBDl2的中断寄存器和最后一次传输状态寄存器来对每一个请求做出响应，并通过PDIUSBDl2的端点0回送请求信息。主机从返回的信息中读取描述数据(包括设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符、字符串描述符)，分配和载入一个设备驱动程序并对设备进行配置。设备配置完成后，就可以使用配置中支持的端点传输数据。固件程序结构如图2所示。

3．2 设备驱动

在Win32系统中，把每一个设备都抽象为文件，此时的应用程序只需通过几个简单的文件操作APl函数，就可以实现与驱动程序中某个设备的通信。

PC机的驱动程序由Philips公司提供。用VC++6．0通过调用API函数，编写PC的应用程序。这样即可实现PC机对DSP(TMS320VC5402)指纹取像系统的控制以及图像的传输。主要使用的API函数是DeviceIOControl()、ReadFile()、WriteFile()。其中DeviceIOControl()用于PC(主机)向DSP图像采集系统发送请求；ReadFile()和WriteFile()分别用于从图像采集系统读出数据以及向图像采集系统写入数据。在设计过程中必须注意的问题是：由于USB接口是主从方式的接口，其一切传输过程都必须通过主机向外设发送请求后才可以开始，所以在使用ReadFile()、WriteFile()读写数据前，必须先通过DeviceIOControl()向图像采集系统发送请求。

3．3 指纹识别流程

系统上电时，TMS320VC5402通过12C总线操作对OV6620进行设置，然后进入指纹图像采集阶段。在该阶段，TMS320VC5402处于空闲状态，CPLD占用数据总线，

将数据直接存储到图像RAM中。采集完一帧指纹图像后由CPLD发握手信号，通知DSP进人数据处理阶段。在该阶段，TMS320VC5402先将图像RAM中的数据分块搬运到用户RAM中，进行图像预处理、特征点提取等运算，最后通过USB将结果输出给上位机。上位机调出指纹数据库，并将提取的结果与指纹特征库中的数据进行比对，从而与库中特征指纹进行指纹匹配识别。

DSP算法具体如下：(1)预滤波。方向滤波：设计了一个水平模板，然后将水平模板旋转到所需增强的方向进行滤波。(2)二值化。背景分离：采用标准差阈值跟踪法，图像的指纹部分由黑白相间的纹理组成，灰度变化很大，具有较大的标准差，而背景部分灰度分布比较平坦，标准差小。因此计算以各点为中心的一组像素的标准差，当标准差大于某一门限时，就可以确定该点为前景，否则为背景。(3)计算方向图：采用基于法线向量的方法，其中还涉及到方向场的平滑锐化。(4)特征点提取：采用了脊线跟踪法，其基本思想是直接对图像进行脊线跟踪，在跟踪过程中检测特征点。

整个软件流程如图3所示。