指纹的不变性和唯一性使指纹辨认技能成为现在运用最广泛的身份验证。近年来跟着最新信息处理技能的开展、算法理论的研讨以及核算机硬件的高集成和低本钱，指纹辨认的牢靠性不断提高，有用规模不断扩大。因为辨认体系数据量较大且要求赶快传入上位机进行处理，所以合理规划数据传输通道成为规划的一个要点。
通用串行总线USB(Universal Serial Bus)是一种新式接口技能。它是由Intel、Microsoft等公司为处理日益添加的外设与有限的主板插槽与端口之间的对立而拟定的一种串行通讯规范。USB具有以下特色：(1)有较高的传输速率。USBl.1支撑全速和低速两种办法，全速速率为12Mbps，低速速率为1.5Mbps;USB2.0除支撑USBl.1的两种速度办法外，还添加了速率可达480Mbps的高速办法。(2)运用便利灵敏。USB支撑即插即用和热插拔，答应在任何时候衔接和断开外设。当外设被衔接时，体系会自动检测到外设并预备运用。(3)易于扩展。经过根集线器可带着127个设备真实完结多个外设共用一个接口。此外，USB还有牢靠性高、本钱低、功耗小等长处，倍受欢迎。
1 全体计划挑选
因为指纹图画处理技能对实时性要求高、运算量要求大，所以选用通用的数字处理芯片。DSP的高速运算功用使其在数字信号的处理上有着绝无仅有的优势。但数字信号的数据量十分巨大，需求一种便利、高速的接口完结与PC机的接插。 本文给出一种依据DSP(TMS320VC5402)渠道的低本钱高速USB接口计划。它选用Philips公司的PDIUSBDl2接口芯片，完结DSP指纹图画收集处理与PC机的高速数据传输。本体系涵盖了图画收集、处理、存储、传输等数字图画处理技能，其硬件原理如图1所示。
经过图画传感器取得指纹图画及数字化输出，将图画数据传递给中央处理芯片DSP。DSP对图画进行实时处理，如：滤波、图画的滑润锐化、二值化、特征点提取等，一起将处理成果经过USB输出到上位机。在整个指纹图画收集处理体系中，DSP首要有三个方面的效果：经过其I2C总线对OV6620的对比度、亮度、锐度等各项参数进行设置;对指纹图画进行数字处理;依照USB的规范应对，供给设备辨认，固化PDIUSBDl2，与上位机通讯。
2 体系硬件计划挑选与规划
2.1 图画传感器
CMOS图画传感器是近几年开展较快的新式图画传感器，能够将像素阵列与外围支撑电路集成在同一块芯片上，是一个完好的图画体系。与CCD产品相比较其功耗小、体积小、本钱低。
在收集体系中，运用OV6620作为图画收集芯片。OV6620是Omni Vision公司开发的CMOS是非图画收集芯片。该芯片将CMOS光感应核与外围支撑电路集成在一起。输出的视频为是非图画。技能参数：分辨率352×288，速度30帧/秒。
2.2 数字信号处理芯片
本体系中选用了TI公司推出的高功用数字信号处理器TMS320VC5402。其选用程序空间与数据空间彻底独立的哈佛总线结构，指令的履行选用流水线结构，内部有一到多个处理内核，带有片上硬件乘法器，其指令履行速度最快为几十纳秒，处理才能为100MIPS。这些为DSP在高速大数据量的数据收集处理体系中供给了宽广的运用空间。片内共有8条总线(4条程序存储器总线、1条数据存储器总线和3条地址总线)、片上存储器和片上外围电路等硬件，有高度专业化的指令体系，具有功耗低、高度并行等长处。
2.3 USB接口芯片
世界上许多半导体公司参加了USB芯片的开发，形成了多种产品系列。如Intel 8*930AX/HX、Cypress FX2高速USB微操控器、National Semiconductor的USBN9602/9603。关于依据DSP渠道的USB接口规划，归纳考虑了几种计划之后，决议选用一个不带MCU内核的USB接口芯片PDIUSBDl2，再加上简略的外围电路和时序调整电路。首要因为其满意项目功用需求，且运用外接CPU，本钱十分低。
PDIUSBDl2是Philips公司推出的一款特色杰出的USB接口芯片。彻底遵照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。它能够作业在5V或许3.3V的作业电压下;具有8位数据总线，且有彻底自治的DMA传输操作。它还具有可操控的软件衔接(SoftConnect)功用，能够确保在微操控器牢靠初始化之后再衔接上USB总线。多中止形式完结批量和同步传输，在批量和同步形式下可完结1MB/S的数据传输率。PDIUSBDl2高集成度、高牢靠性和宽规模作业条件的特色，能够十分便利地兼容大部分DSP的作业环境。
3 软件规划
3.1 固件规划
固件编程(firmware programming)是USB数据传输体系中终端设备程序规划的重要部分，微处理器经过固件程序与核算机进行数据交换。因为选用不带MCU内核的USB接口芯片，所以关于USBl.1协议规范的完结都有必要靠DSP(TMS320VC5402)操控PDIUSBDl2芯片完结
：在DSP(TMS320VC5402)的渠道上编写程序，以完结USBl.1规范所要求的规范恳求及用户依据产品需求自己界说的恳求。
当设备衔接到主机后，主机经过给PDIUSBDl2的端点0发送包含规范USB恳求的操控传输(即Setup包)，PDIUSBDl2发生一个中止给MCU(1NT0)，MCU经过读PDIUSBDl2的中止寄存器和最终一次传输状况寄存器来对每一个恳求做出呼应，并经过PDIUSBDl2的端点0回送恳求信息。主机从回来的信息中读取描绘数据(包含设备描绘符、装备描绘符、接口描绘符、端点描绘符、字符串描绘符)，分配和载入一个设备驱动程序并对设备进行装备。设备装备完结后，就能够运用装备中支撑的端点传输数据。固件程序结构如图2所示。
3.2 设备驱动
在Win32体系中，把每一个设备都笼统为文件，此刻的运用程序只需经过几个简略的文件操作APl函数，就能够完结与驱动程序中某个设备的通讯。
PC机的驱动程序由Philips公司供给。用VC++6.0经过调用API函数，编写PC的运用程序。这样即可完结PC机对DSP(TMS320VC5402)指纹取像体系的操控以及图画的传输。首要运用的API函数是DeviceIOControl()、ReadFile()、WriteFile()。其间DeviceIOControl()用于PC(主机)向DSP图画收集体系发送恳求;ReadFile()和WriteFile()别离用于从图画收集体系读出数据以及向图画收集体系写入数据。在规划进程中有必要留意的问题是：因为USB接口是主从办法的接口，其一切传输进程都有必要经过主机向外设发送恳求后才能够开端，所以在运用ReadFile()、WriteFile()读写数据前，有必要先经过DeviceIOControl()向图画收集体系发送恳求。
3.3 指纹辨认流程
体系上电时，TMS320VC5402经过12C总线操刁难OV6620进行设置，然后进入指纹图画收集阶段。在该阶段，TMS320VC5402处于闲暇状况，CPLD占用数据总线，
将数据直接存储到图画RAM中。收集完一帧指纹图画后由CPLD发握手信号，告诉DSP进人数据处理阶段。在该阶段，TMS320VC5402先将图画RAM中的数据分块搬运到用户RAM中，进行图画预处理、特征点提取等运算，最终经过USB将成果输出给上位机。上位机调出指纹数据库，并将提取的成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辨认。
DSP算法详细如下：(1)预滤波。方向滤波：规划了一个水平模板，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。布景别离：选用规范差阈值盯梢法，图画的指纹部分由是非相间的纹路组成，灰度改变很大，具有较大的规范差，而布景部分灰度散布比较平整，规范差小。因而核算以各点为中心的一组像素的规范差，当规范差大于某一门限时，就能够确认该点为远景，否则为布景。(3)核算方向图：选用依据法线向量的办法，其间还涉及到方向场的滑润锐化。(4)特征点提取：选用了脊线盯梢法，其基本思想是直接对图画进行脊线盯梢，在盯梢进程中检测特征点。
整个软件流程如图3所示。
