基于DSP芯片TMS320DM642的虹膜識別系統設計

1 前言

近年來興起的生物特征識別技術具有很好的可靠性。虹膜作為重要的身份鑒別特征，具有唯一性、穩定性、可采集性和非侵犯性等優點。與臉像、聲音等身份鑒別方法相比，虹膜具有更高的準確性。據統計虹膜識別的錯誤率是各種生物識別中最低的。目前，虹膜識別系統可應用于電子商務、條件登錄、授權支付、權限信息和金融交易等領域。本文提出了基于TMS320DM642 DSP的虹膜識別系統，給出了系統硬件和軟件的實現方案。

2 系統硬件設計

本系統的硬件平臺由五個部分組成，分別是圖像采集、圖像處理、數據存儲、圖像顯示和電源部分。其結構框圖如圖1所示

圖1 系統結構框圖

2.1 圖像采集

圖像采集是將CCD攝像機采集到的虹膜圖像，經高精度的A/D轉換后得到數字虹膜圖像。A/D轉換器采用TI公司的TVP5145芯片，其采樣精度達到10bit，輸出支持CCIR-656和BT656等格式。

2.2 圖像處理

數字多媒體處理器TM320DM642屬于TI公司C6000系列，是一款新型高性能的DSP。它是整個虹膜識別系統的核心。它的任務是對得到的數字虹膜圖像進行處理和識別，將處理的數據存入數據存儲器，將識別的結果送到LCD顯示器進行顯示。

TMS320DM642基于C64x內核，采用高級甚長指令字(VelociTI)體系結構。具有64個32位通用寄存器，8個獨立計算的功能單元。它可在600MHz時鐘速率工作，每個指令周期可并行執行8條32位指令，峰值計算速率可達4800MIps。TMS320DM642有L1和L2兩級緩存，第一級包括L1P(16KB)程序緩存和L1D(16KB)數據緩存;第二級緩存L2(256KB)可靈活配置成緩存或片上內存。TMS320DM642具有64個獨立通道的EDMA(擴展的直接存儲器訪問)控制器，負責片內L2與其它外設之間的數據傳輸。DM642具有豐富的外圍設備接口：包括三個可配置的雙通道視頻接口(Video Port)，可以和視頻輸入，輸出或傳輸流輸入無縫連接;具有多通道音頻串行端口(McASP)，便于音頻應用開發;10/100Mbps以太網口(EMAC)，便于網絡應用;66MHz32bit的PCI接口;以及64 bit的外部存儲器接口(EMIF)，可連接異步或同步的存儲器，如SDRAM。此外，還具有I2C總線模塊、數據管理輸入輸出模塊(MDIO)等。

TM320DM642具有以上的特點，能滿足虹膜圖像處理的實時性要求。

2.3 數據存儲

數據存儲部分包括FLASH、SDRAM和CF卡三部分。FLASH存儲器具有可在系統進行電擦寫，掉電后信息不丟失的功能，用它來保存系統自啟動代碼以及系統程序代碼，本系統選用ATMEL公司的AT29LV020 FLASH芯片，它是NOR型的FLASH芯片，總容量為256KB，數據總線為8位。DSP 選擇了EMIFA boot模式時，上電后自動從CE1空間裝載程序，所以FLASH 必須接在EMIF的CE1空間。SDRAM存儲器的存取速度較高，用它來存放系統運行時的代碼以及臨時圖像數據，本系統選用四片三星公司的SDRAM K4S561632E，每片為16位，32MB，接在DSP的EMIF接口的CE0空間。CF卡接在EMIF的CE2空間，用來存儲原始圖像數據和識別結果。

2.4 圖像顯示

圖像顯示部分采用數字LCD，可省去數模轉換芯片，而只需一片可編程邏輯器件CPLD驅動LCD，該CPLD選用Altera公司的MAX3000系列。

2.5 電源部分

電源部分在系統的硬件部分中占有重要的地位，它將影響到整機能否可靠運轉。其中，要著重考慮以下兩點：第一、要有一套保證DSP芯片內核和I/O能同時上電的解決方案，這樣避免對芯片造成損害。本系統采用D型邊沿觸發器來開關電源輸出，很好的解決了這個問題;第二、在高速電路板中，開關的電磁輻射和線路噪音會*件的實際工作電壓，而DSP芯片一般要求工作電壓偏差不超過5%，否則，長時間工作在非正常電壓容易縮短芯片壽命甚至于燒毀。因此，本系統中特別設計了電壓監控電路來實時監控電壓。根據本系統特點，采用了TI公司的TPS3307芯片。