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经典:大学答辩通过_基于ARM微处理器的嵌入式指纹识别系统设计.pdf
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经典:大学答辩通过_基于ARM微处理器的嵌入式指纹识别系统设计.pdf
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摘要
摘要
每个人的指纹在图案、断点和交叉点上都各不相同,且一般人的指纹在出
生后9个月得以成型并终身不变。正是因为指纹的唯一性和终身不变性,指纹识
别技术才得以迅速的发展和广泛的应用。
利用指纹识别技术的应用系统有两种,即嵌入式系统和连接个人电脑的桌
面应用系统。连接个人电脑的桌面应用系统可以多个系统共享指纹识别设备,
建立大型的数据库应用。但由于需要连接计算机才能完成指纹识别的功能,限
制了这种系统在许多方面的应用。嵌入式系统是一个相对独立的完整系统,它
不需要连接其他设备或计算机就可以独立完成其指纹识别功能。随着近年来嵌
入式系统的进一步成熟与发展,嵌入式系统在指纹识别系统中的应用越来越广
泛。
本文对嵌入式指纹识别系统进行研究,本系统将采集的指纹数据先与系统
内部指纹库数据进行比对,如无吻合指纹,则通过Internet将采集的指纹数据
传送指纹数据库服务器,服务器与指纹数据库中的指纹比对后返回比对结果。
本文在完成指纹识别功能前,首先构建了嵌入式系统的开发平台。硬件上,
本文对嵌入式系统的电源电路、复位电路、JTAG调试接口电路进行了详尽的阐
述。软件上,探讨了嵌入式操作系统uC/OS—II在ARM芯片上的移植,嵌入式TCP/IP
协议栈的开发。有了这一平台,即可在此基础上,开发出多种不同的应用。
关键词:指纹识别嵌入式系统实时操作系统uO/OS-II
TOP/I
P协议栈
Abstract
Everybody
7
S
fingerprint
has
nothing
in
common
each other
in
the
pattern,intersection
and
breakpoint.because
of
fingerprint’S
unique—
ness
and
invariability.fingerprint’S
recognition
technology
has
be
developed
quickly
and
applied
extensively.
There
are
two
kinds
of
application
systems
in
fingerprint’S
recogni—
tion
technology.One
iS
embedded
system,the
other
iS
PC
system.PC
system
can
set
up
large—scale
database
application.But
PC
system
must
connect
fingez’print’S
recognition
apparatus
to
computer,it
Iimited
the
application
in
many
aspects.Embedded
system
iS
a
independent
and
intact
system,it
can
finish
function
independently
without
connecting
to
other
apparatuS
or
computer.
ThiS
thesiS
mainly
researches
embedded
fingerprint
recognition
system,thiS
system
compares
the
fingerprint
which
iS
gathered
by
fingerprint’S
recognition
apparatus
with
the
data base
in
the
system,
if
there
iS
no
matching
fingerprint,then
the
system
transmits
the
fingerprint
data
to
the
remote
data
base
through
Internet,Finally,
remote
server
returns
the
result after
comparing
with
fingerprint
in
the
fingerprint
data
base.
Tbi
S
thesi
S
constructs
the
platform
of
the
embedded
system
before
finishing
the
fingerprint recognition
function.In
the
hardware,thiS
thesiS
expounds
ARM
microprocessor’
S
power
circuit,reset
circuit,
JATG
interface
circuit
in
detail.In
the
software,this
thesiS have
probed
into
the
transplantation
of
embedded
operating
system
uC/OS—II
on
ARM,the
development
of
embedded
TCP/IP
protoc01.We
can
design
many
kinds of
different
application
on
thiS
basiS.
Keywords:Embedded
system
F
i
ngerpr
i
nt
reoogn
i
t
i
on
RTOS
uC/OS-
II
TOWIP
protoooI
stack
-II.
第1章绪论
第1章绪论
1.1指纹识别技术简介
每个人的指纹都独一无二,两人之间不存在着相同的手指指纹。19世纪末,
英国学者亨利写出了专著,将指纹的特征及识别原理加以分析归纳,科学地提
出了人的指纹各不相同,并提出了基于指纹特征进行识别的原理和方法,以后
衍生出的各种识别方法都是基于该理论。按亨利的理论,一般人的指纹在出生
后9个月得以成型并终身不变。每个指纹一般都有70—150个基本特征点“1,从
概率学的角度,在两枚指纹中只要有12一13个特征点吻合,即可认定为同一指
纹。按现有人口计算,上述概率120年才可能出现两枚完全相同的指纹.
正是依靠指纹的这种唯一性和稳定性,我们就可以把一个人同他的指纹对
应起来,通过比较他的指纹和预先保存的指纹,就可以验证他的真实身份,这
就是指纹识别技术。
指纹识别技术主要涉及四个方面:读取指纹图象、提取特征、保存数据和
比对。首先,通过指纹读取设备读取到人体指纹的图象,取到指纹图象之后,
要对原始图象进行初步的处理,使之更清晰。接下柬,指纹辨识软件建立指纹
的数字表示特征数据,一种单方向的转换,可以从指纹转换成特征数据但不能
从特征数据转换成为指纹,而两枚不同的指纹不会产生相同的特征数据。软件
从指纹上找到被称为minutiae的数据点,也就是那些指纹纹路的分叉、终止或
打圈处的坐标位置,这些点同时具有七种以上的唯一性特征。因为通常手指上
平均具有70个节点,所以这种方法会产生大约490个数据。有的算法把节点和
方向信息组合产生了更多的数据,这些方向信息表明了各个节点之间的关系,
也有的算法还处理整幅指纹图像。总之,这些数据,通常称为模板,保存为1K
大小的记录。最后,通过计算机模糊比较的方法,把两个指纹的模板进行比较,
计算出它们的相似程度,最终得到两个指纹的匹配结果。相对于其它生物特征
鉴定技术例如语音识别及视网膜识别,指纹识别是一种更为理想的身份确认技
术。
东北电力大学硕士学位论文
近年来,随着指纹识别算法的不断成熟,指纹识别的误识率越来越低,使
得指纹识别技术得到了广泛的应用。指纹识别技术最早应用于侦察领域,随着
技术的成熟、成本的下降,现在已逐渐进入民用领域。通过取代个人识别码和
口令,指纹识别技术不仅可阻止非授权访问,还能防止盗用A
T
M、智能卡、
桌而P
C和工作站。指纹识别技术也可在电话、网络进行金融交易时进行身份
认证,或在办公场所取代现有的钥匙、证件、图章等。
总之,凡是涉及到需要身份认证的场合,指纹识别技术就可以得到应用,
目前许多指纹识别产品已经开发和生产,指纹识别技术『F在越来越多地影响着
人们的同常生活。
1.2嵌入式系统的发展
嵌入式系统的定义:以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁
剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机
系统[21。
嵌入式系统这一概念实际上很久以前就已经存在了。早在上世纪六十年代,
它就被用于对电话交换进行控制,当时被称为“存储式过程控制系统”(Stored
Program
Control
System)。真正意义上的嵌入式系统是在上世纪七十年代出现
的,发展至今己经有30多年的历史,它大致经历了以下4个发展阶段:
第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器系统,同时具有检测、伺服、
指示设备相配合的功能。这一类型的系统大部分用于专业性极强的工业控制系
统中,一般没有操作系统支持,通过汇编语言对系统进行直接控制。
第二阶段是以嵌入式中央处理器(CPU)为基础,以简单操作系统为核心
的嵌入式系统。这一阶段系统的主要特点是:CPU种类繁多、通用性较弱、系
统丌销小、操作系统只具有低度的兼容性和扩展性、应用软件较为专业、用户
界面不够友好。这种嵌入式系统的主要任务是用来控制系统负载,以及监控应
用程序的运行。
第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。这一阶段系统的主要
特点是:嵌入式操作系统能够运行于各种不同类型的处理器之上、操作系统内
第1章绪论
核精小、效率高、模块化程度高、具有文件和目录管理、支持多任务处理、支
持网络操作、具有图形窗口和用户界面等功能、具有大量的应用程序接口、开
发程序简单、并且嵌入式应用软件丰富。然而,在通用性、兼容性和扩展性方
面仍不理想。
第四阶段是以基于网络操作为标志的嵌入式系统,这是一个正在迅速发展
的阶段。随着网络在人们生活中的地位日益重要,越来越多的应用需要采用支
持网络功能的嵌入式系统,所以在嵌入式系统中使用网络和操作系统将成为今
后的发展趋势。
近几年嵌入式系统技术发展有以下几个显著的变化:
新的处理器越来越多。一方面,嵌入式操作系统自身结构的设计更易于移
植,以便在短时间内支持更多种微处理器:另一方面,系统应能使用驱动程序丌
发与配置环境,造就一个新的BSP(板级支持包)和驱动程序结构,以适应微处理
器不断升级变化所产生的需求。
后Pc时代更多的产品使用嵌入式操作系统,它们对实时性要求高,如手持
设备等,微软公司的WinCE,PalmOS等产品就是顺应这些应用而开发出来的。
各类通用机上使用的新技术、新观念正逐步移植到嵌入式系统中,如动态
数据库、移动代理等,嵌入式操作系统也出现了基于面向对象的分布式技术。
各种嵌入式Linux操作系统正迅速发展,已经形成了能与Windows
CE等嵌入
式操作系统进行有力竞争的局面。
嵌入式系统的多媒体化和网络化R益明显,特别是Internet与无线网络的
结合。
上述变化孕育着嵌入式系统将进入一个快速发展时期,在不久的将来,嵌
入式系统的应用会越来越多样化,并为用户提供更多的选择方案。它不仅仅局
限于传统的控制领域,在信息家电、工业、农业、商业、服务业等各行业都会
得到广泛应用。嵌入式系统的未来将更加绚丽缤纷、丰富多彩。
1.3课题提出意义和主要研究内容
嵌入式指纹识别系统即是指纹识别技术在嵌入式系统中的应用。本系统首
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oligaga
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