基于ARM嵌入式系统的设计及其应用_嵌入式系统_

基于ARM嵌入式系统的设计及其应用

ARM92010

2010/9/17 0:00:00

1．引言

由于网络与通讯的高速发展，带动了信息家电、信息工业的潮流，嵌入式系统己经成为不可或缺的产品，而且它的发展方向是功能越来越强大．综合数字处理能力、管理能力、控制能力通讯能力为一体的系统。嵌入式系统是以应用为中心．以计算机技术为基础。软硬件可剪裁，适用于对功能、可靠性、成本、体积功耗严格要求的专用计算机系统。它的最大特点在于能够根据特定用户的需求。对软硬件进行合理剪裁。具有功耗低、体积小集成度高等特点，有利于整个系统的小型化．提高系统的智能化和网络化程度。

现有成熟的指纹识别系统依赖于 PC平台．这就极大的限制了指纹识别设备的使用范围，并且提高了系统成本。也有相当一部分嵌入式系统采用51系列单片机作为系统的CPU．这些系统存在着性能差、人机界面简单、改进余地不大等问题。由于ARM处理器具有低功耗、低成本、高性能、小体积的优点．故基于ARM嵌入式指纹识别系统的研究具有重要的目的和意义。

2．系统总体方案设计

嵌入式系统的架构可以分为四个部分：处理器、存储器、输入输出和软件。

首先．嵌入式系统最核心的部分就是嵌入式处理器。当前世界上具有嵌入式功能特点的处理器已经超过了1000多种，3O多个系列。不同的处理器有其不同的功能和优势。但是低成本、低功耗、高性能是嵌入式系统应用的特殊要求。

其次，存储器也是构建嵌入式系统的重要部分。本系统就需要外扩 Flash。虽然存储器的选择依赖于处理器的选择．但是就功能需求来说，需要考虑容量大的，性能稳定的存储器。就 Flas来说，还需要考虑 Flash的擦除等软件操作是否方便。

最后，要结合实际情况和处理器的功能。确定系统的外田设备。

3．ARM介绍

ARM是微处理器行业的一家知名企业．该企业设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。ARM3位体系结构目前被公认为是业界领先的32位嵌人式 RISC微处理器结构，所有 ARM处理器共享这一体系结构。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域．比如嵌人控制、消费，教育类多媒体、DSP和移动式应用等。

4．嵌入式系统的硬件平台设计

根据方案设计，考虑到用户的需求、成本问题和开发的难易程度等．本系统采用Philips公司生产的 32位高性能嵌人式处理器LPC2104芯片．它带有一个支持实时仿真的ARM7TDMI—CPU，并嵌人了128KB高速Flash存储器和16K SRAM．CPU操作频率可达6OMHz。由于其非常小的尺寸和极低的功耗．很适合于将小型化和低功耗作为主要要求的应用系统．系统的结构图如图 1所示。

J]rAG调试是采用最多的一种调试方式．它是一个标准的测试接口．用于测试和系统未正常工作前的下载。它可以通过现有的JTAG边界扫描与 ARM CPU核进行通信．属于完全非插人式(不占片上资~)iat试。调试主机 PC负责对 ARM源程序进行编详联接，然后使用

调试程序（如AXD调试器）进行JTAG调试。

蜂鸣器电路，实现报警功能和指示指纹识别系统的工作状况。

LPC211M要使用两组电源，I／0 订供电电源为 3-3V，内核供电电源为 1．8V，故采用 TPPMO110电源芯片，。其输入电源为5V。

看门狗时钟电路通过I℃ 总线与处理器通讯．本系统采用X1228芯片．可实现看门狗作，H。当芯片电压偏高或偏低时，复位电路．也可以存一些数据。在使用 I℃ 之前．设置 I／O连接到 IZC总线．然后设置通讯的速率，再使能主 I℃，即可发送，接收数据。

键盘采用扫描方式．总共设置六个按钮。可分别实现上移、下移、左移、右移、进入、退出的功能。

LCD液晶JI丰I来显示门禁开启的 ID号、姓名、用户信息、时间．本系统采SMG12864B点阵型的液晶屏。使用前要进行初始化．控制器内部设有 1个数据地址页指针(指令码为 B8H+页码)和 1个数据地址列指针(指令码为40H+~ll码)，用户通过它们来访问内部的全部 512字节RAM。

F1ash存储器以其低成本。高可靠性的读写．非易失性。可擦写性和操作简便而成为一系列程序代码(应用软件)和数据f用户文件1存储的理想媒体。从而广泛应用于嵌入式系统中。本系统选用的是 SAMSUNG公司的 K9F6408u0b芯片．用于存储系统的数据主要有指纹库数据，用户信息，出入记录库等。其 8位串行口可作为地址和数据复用，又可作命令的输入弓l脚，根据时序采用分时循环。

通讯模块是本文的主要工作。LPC2104有两个 UAlit．具有基本相同的寄存器．分别实现与上位机 PC和指纹识别模块通讯。由于采用 RS232协议．因此需要 RS232电平转换电路。

由于LPC2104数据处理的操作只针对寄存器的内容。而不直接对存储器进行操作．操作起来比较简单．发送数据只要把数据写到发送缓冲区即可。接收数据采片{的是 FrQ中断，其中UART0具有最高优先级。当接收缓冲区接收到数据时。就会产生中断．执行中断程序。

系统中采用 RS232的电平转换芯片 MAX3232。具有两路RS232电平转换．可实现与两个串口进行通讯。MAX3232芯片的TTL／CMOS输人输出信号与 LPC2104的 UART输人输出连接．MAX3232输人输出 IZl与串日 9针连接器相连。接线图如图2所示。在使用 UART0时，先要设置TXD0、RXD0管脚连接。然后设置串El的波特率及工作模式。即可进行数据发送及接收。

5．嵌入指纹识别模块及其软件设计

整个硬件平台设计完后．通过UARTO串121嵌入指纹识别模块与系统进行通讯本系统采用的是中正公司的SM一60指纹识别模块，较适用于低功耗场合。该模块采用光学指纹传感器，由高性能 DSP处理器和 FLASH等芯片构成．具有指纹图像处理模板提取、模板匹配、指纹搜索和模板存储等项功能，通过各种指令的组合实现更复杂的功能。

根据指纹识别模块的协议。编写系统的程序。主要分为通讯和管理两个部分，一方面是发送指令帧、接收数据及其校验，另一方面。朋户信息添加到数据库和门禁开启的用户记录(如号、姓名、用户信息和开启时间)存人数据库。通过键盘和 LCD液晶显示。进行现场显示和控制操作，同时在液晶屏菜单上进行选择，实现增加或删除指纹库，及修改个人信息，并在 LPC210单片机的命令下．能够完成指纹录人、图像处理、特征提取、模板生成、模板存储、指纹比对(1：1)或指纹搜索(1：N)等功能。其总体流程图如图3所示。当有手指或键盘按下时，则执行相应的程序。