基于DSP芯片TMS320DM642的虹膜识别系统设计

1 前言

近年来兴起的生物特征识别技术具有很好的可靠性。虹膜作为重要的身份鉴别特征，具有唯一性、稳定性、可采集性和非侵犯性等优点。与脸像、声音等身份鉴别方法相比，虹膜具有更高的准确性。据统计虹膜识别的错误率是各种生物识别中最低的。目前，虹膜识别系统可应用于电子商务、条件登录、授权支付、权限信息和金融交易等领域。本文提出了基于TMS320DM642 DSP的虹膜识别系统，给出了系统硬件和软件的实现方案。

2 系统硬件设计

本系统的硬件平台由五个部分组成，分别是图像采集、图像处理、数据存储、图像显示和电源部分。其结构框图如图1所示

图1 系统结构框图

2.1 图像采集

图像采集是将CCD摄像机采集到的虹膜图像，经高精度的A/D转换后得到数字虹膜图像。A/D转换器采用TI公司的TVP5145芯片，其采样精度达到10bit，输出支持CCIR-656和BT656等格式。

2.2 图像处理

数字多媒体处理器TM320DM642属于TI公司C6000系列，是一款新型高性能的DSP。它是整个虹膜识别系统的核心。它的任务是对得到的数字虹膜图像进行处理和识别，将处理的数据存入数据存储器，将识别的结果送到LCD显示器进行显示。

TMS320DM642基于C64x内核，采用高级甚长指令字(VelociTI)体系结构。具有64个32位通用寄存器，8个独立计算的功能单元。它可在600MHz时钟速率工作，每个指令周期可并行执行8条32位指令，峰值计算速率可达4800MIps。TMS320DM642有L1和L2两级缓存，第一级包括L1P(16KB)程序缓存和L1D(16KB)数据缓存;第二级缓存L2(256KB)可灵活配置成缓存或片上内存。TMS320DM642具有64个独立通道的EDMA(扩展的直接存储器访问)控制器，负责片内L2与其它外设之间的数据传输。DM642具有丰富的外围设备接口：包括三个可配置的双通道视频接口(Video Port)，可以和视频输入，输出或传输流输入无缝连接;具有多通道音频串行端口(McASP)，便于音频应用开发;10/100Mbps以太网口(EMAC)，便于网络应用;66MHz32bit的PCI接口;以及64 bit的外部存储器接口(EMIF)，可连接异步或同步的存储器，如SDRAM。此外，还具有I2C总线模块、数据管理输入输出模块(MDIO)等。

TM320DM642具有以上的特点，能满足虹膜图像处理的实时性要求。

2.3 数据存储

数据存储部分包括FLASH、SDRAM和CF卡三部分。FLASH存储器具有可在系统进行电擦写，掉电后信息不丢失的功能，用它来保存系统自启动代码以及系统程序代码，本系统选用ATMEL公司的AT29LV020 FLASH芯片，它是NOR型的FLASH芯片，总容量为256KB，数据总线为8位。DSP 选择了EMIFA boot模式时，上电后自动从CE1空间装载程序，所以FLASH 必须接在EMIF的CE1空间。SDRAM存储器的存取速度较高，用它来存放系统运行时的代码以及临时图像数据，本系统选用四片三星公司的SDRAM K4S561632E，每片为16位，32MB，接在DSP的EMIF接口的CE0空间。CF卡接在EMIF的CE2空间，用来存储原始图像数据和识别结果。

2.4 图像显示

图像显示部分采用数字LCD，可省去数模转换芯片，而只需一片可编程逻辑器件CPLD驱动LCD，该CPLD选用Altera公司的MAX3000系列。

2.5 电源部分

电源部分在系统的硬件部分中占有重要的地位，它将影响到整机能否可靠运转。其中，要着重考虑以下两点：第一、要有一套保证DSP芯片内核和I/O能同时上电的解决方案，这样避免对芯片造成损害。本系统采用D型边沿触发器来开关电源输出，很好的解决了这个问题;第二、在高速电路板中，开关的电磁辐射和线路噪音会*件的实际工作电压，而DSP芯片一般要求工作电压偏差不超过5%，否则，长时间工作在非正常电压容易缩短芯片寿命甚至于烧毁。因此，本系统中特别设计了电压监控电路来实时监控电压。根据本系统特点，采用了TI公司的TPS3307芯片。