來源：單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 作者：楊志龍 張維新 寇建鋒

摘要：重點(diǎn)介紹以tms320vc5402為核心的指紋識別系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，概括地說明軟件設(shè)計(jì)方法，最后給出其硬件調(diào)試方法。

關(guān)鍵詞：dsp 指紋識別 tms320vc5402指紋識別作為生物特征識別的一種，有其不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。由于可以隨身攜帶這種特殊的“印章”，所以受到越來越多人的重視。本系統(tǒng)使用ti的tms320vc5402（以下簡稱5402）作為核心。dsp與單片機(jī)相比，多用于算法比較復(fù)雜，乘加運(yùn)算量比較大的場合。該芯片為一款定點(diǎn)的dsp，它具有高達(dá)100mips的運(yùn)算能力，同時具有優(yōu)化的cpu結(jié)構(gòu)和一系列的智能外設(shè)。下面著重討論基于該芯片的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 總體設(shè)計(jì)指紋系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

該系統(tǒng)是由指紋采集儀、fpga、sram和flash等硬件組成。rs232用于數(shù)據(jù)傳輸，pc機(jī)可以通過該接口得到指紋特征數(shù)據(jù)；flash存儲指紋信息庫、lcd用的字符和dsp程序；fpga在dsp的控制下從取指器中取出圖放入sram中；小鍵盤用于用戶輸入id號碼，增強(qiáng)該系統(tǒng)的安全等級。

1.1 存儲空間的軟硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)要訪問的存儲器有三個：dsp內(nèi)部daram（16k字，用于存放常量和變量的數(shù)據(jù)空間）、sram和flash。因?yàn)?402有20根地址線可以用來對程序空間尋址，所以有1m字節(jié)的尋址空間，利用高地址線a19來區(qū)分flash和sram。其中sram是bootloader后程序運(yùn)行的空間，這樣就把flash放在高地址上去了。5402的數(shù)據(jù)尋址空間僅為64k，所以要進(jìn)行分頁擴(kuò)展。為了避免和daram的訪問沖突，不能使用64k一頁。因?yàn)?4k中低地址的16k實(shí)際上不能訪問，它優(yōu)先被64k中低地址的16k實(shí)現(xiàn)上不能訪問，它無被daram訪問，所以定為32k的一數(shù)據(jù)頁。分配一個i/o地址，而后通過i/o地址的譯碼對74ls273進(jìn)行使能控制，最后鎖存i/o的數(shù)據(jù)作數(shù)據(jù)頁。當(dāng)對數(shù)據(jù)空間進(jìn)行訪問時，應(yīng)分為以下幾步：

①解析該地址，進(jìn)行分割。前（低）15位為頁內(nèi)地址，后（高）6位為頁地址。

②判斷頁地址是否為0。如果為0，則說明訪問daram，直接使用訪問數(shù)據(jù)的指令；需要的16位地址就是前15位的地址、高位補(bǔ)零，并結(jié)束。

③把頁地址用portw命令送到寄存器（所分配的i/o空間地址）里，頁地址也就在sram的高地址線上了。

④再使用訪問數(shù)據(jù)的指令，需要的16位地址就是前15位的地址、高位補(bǔ)零。

對存儲器的管理，需要編寫一定量的程序�？梢栽O(shè)置一個全局變量存儲頁地址。由于擴(kuò)展頁僅為32k，大于32k的數(shù)組是開辟不出來的，所以使用鏈表。需要注意的是釋放空間時，把相鄰的未使用的空間盡量連接成一大塊，同時需要一個接一個地把用過的堆�？截惖蕉芽臻g的尾部，使自己空間聚合成一個大塊。

圖2、圖3分別為外部程序擴(kuò)展和數(shù)據(jù)空間擴(kuò)展示意圖。

1.2 rs232通信接口軟硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)使用max3110e連接dsp與pc機(jī)，通過軟件控制分頻比可獲得通用的300baud～230kbaud的波特率。max3110e內(nèi)部uart與rs232收發(fā)器能夠獨(dú)立工作。mcbsp的時鐘停止模式可以兼容spi主-從協(xié)議。所謂mcbsp的時鐘停止模式是指其時鐘會在每次數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時停止，并在下次數(shù)據(jù)傳輸開始時立即啟動或延半個周期再啟動。其接收器和發(fā)送器是同步的，即clkx和fsx分別與clkr和fsr相連；在傳輸過程中，clkx和fsx又分別用做spi的移位時鐘sck和從方使能ss，可以是輸出（主方），也可以輸入（從方）。其mcbsp初始化編程應(yīng)遵守以下幾個步驟：

①將spcr中的xrst、rrst置為0，處于復(fù)位狀態(tài)。

②mcbsp保持復(fù)位的狀態(tài)下，設(shè)置有關(guān)的寄存器為需要的值。由于spi協(xié)議要求mcbsp在移位輸出數(shù)據(jù)之前，fsx信號必須由dxr->xsr產(chǎn)生fsx，所以xcr寄存器中xdataly位必須設(shè)置為1。

③設(shè)置spcr->grst為1，采樣率發(fā)生器退出復(fù)位狀態(tài)，開始工作。

④等待兩個時鐘周期，以確保mcbsp在初始化過程中內(nèi)部能夠正確地同步。

而后，配置max3110e的波特率和發(fā)送波形，發(fā)送數(shù)據(jù)時根據(jù)max3110e的數(shù)據(jù)手冊拼裝成一個16位的字進(jìn)行發(fā)送。接收通過dsp的int0中斷進(jìn)行處理。

1.3 總線控制和驅(qū)動

本系統(tǒng)中總線有兩種：數(shù)據(jù)總線和地址總線。數(shù)據(jù)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，地址總線進(jìn)行尋址。因?yàn)閐sp的數(shù)據(jù)總線是3.3v的高電平邏輯值，可能出現(xiàn)不能驅(qū)動外部5v的邏輯電平的情況；而且連接在動能力不足。因此，需要對總線，特別是數(shù)據(jù)總線進(jìn)行加強(qiáng)驅(qū)動能力的設(shè)計(jì)。其中數(shù)據(jù)總線使用sn74lvth16245來進(jìn)行驅(qū)動向驅(qū)動；地址總線是單向的，沒有方向的控制，也沒有使能的控制，使用sn74lvth16244單向驅(qū)動器就可以了。對于數(shù)據(jù)總線的控制，按照所邏輯合理使用了dsp_mstrb。dsp_iostrb、r/w就