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基于DSP56311和MCS-51的嵌入式指纹自动识别系统

摘 要：本文在指纹自动识别技术的基础上对指纹处理算法做了较大改进，并给出了用Motorola DSP56311和MCS-51构建主从式指纹自动识别系统的设计方案。
关键词：指纹自动识别系统；特征码；MCS-51；DSP56311

引言
目前生物识别技术发展迅速，特别是被誉为三大生物识别技术之一的指纹识别技术越来越先进，将指纹自动识别技术应用到各种需要身份验证的系统或者嵌入到现有的大量安保系统，将会大大提高系统的安全性。本文对目前的指纹自动识别算法做了大量的研究和改进，不仅使得指纹识别的误识率和拒识率降到很低(大约0.005%)，而且大大提高了指纹特征匹配速度。本文论述了使用Motorola DSP56311和MCS-51设计主从式结构的嵌入式指纹自动识别系统的技术原理和方案要点。
系统框图
嵌入式指纹自动识别系统有两种运行模式：主控模式和从控模式。在主控模式下，系统独立运行，用户指纹识别算法采用1：N的匹配方式，指纹数据和操作记录数据都存放在Flash中。MCS-51中实现了一个简单的嵌入式数据库管理系统，提供添加、删除、修改用户指纹、查询、导入导出操作记录以及清空数据库等操作。在从控模式下，该系统可作为其他系统的外设，系统不使用本地指纹库，指纹自动识别算法采用1：1的匹配方式，参考指纹数据来源于外部系统。其硬件组成框图如图1所示。
设计该系统有两个关键点：一是DSP56311与MCS-51单片机通信接口的软硬件设计，这部分必须保证系统在做指纹特征码搜索匹配时，能高效快速地交换数据；二是DSP56311中的指纹自动识别算法的选取和软件实现，直接影响系统的匹配速度和匹配效果。

DSP56311与MCS-51接口的HI08模块配置
HI08(host interface)接口分为两个部分：与主处理器接口部分和与DSP接口部分。与DSP内核的接口部分的8个寄存器被直接映射到内部的X数据存储器中，可以使用软件查询，中断驱动或者DMA方式与DSP内核握手通信；与主处理器接口的寄存器则被映射到外部的主机总线地址空间的8个连续位置上，充当主处理器的一个I/O映射外设。
HI08接口模块的工作模式、端口属性，以及与DSP内核和MCS-51之间的数据传输方式等的配置信息，是在引导程序中，根据HPCR寄存器的设置实现，HPCR定义如表1所示。其中，高字节主要设置HI08接口信号极性和外接总线类型，低字节则主要设置与端口信号有关的使能标志。
系统的数据传输采用中断方式， 故首先要分别将HI08与DSP内核和MCS-51两边的中断允许标志位HCR[HTIE]、HCR[HRIE]和ICR[TREQ]、ICR[RREQ]置1。本系统中，MCS-51向DSP56311发送各种命令或者指纹匹配所需要的特征模板数据；DSP56311则向MCS-51单片机返回各种命令的处理结果或者指纹特征码数据。
从MCS-51向DSP56311发送数据的过程是：首先开中断，设置ICR[TREQ]= 1,HCR[HRIE]=1；然后