嵌入式系统/ARM技术中的基于SoPC的嵌入式二维条码识读系统
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2020-12-13
06:27:18
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嵌入式系统嵌入式系统/ARM技术中的基于技术中的基于SoPC的嵌入式二维条码识读系的嵌入式二维条码识读系
统统
摘要：提出了一种基于Nios II嵌入式软核处理器的便携式二维条码识别系统的实现方法。该系统在Altera的
Cyclone FPGA上实现，使用集成在QuartusII中的SoPC Buider开发组件配置生成片上系统；同时采用Nios II的
定制指令提高系统性能，使得硬件执行运算速度快的优点和Nios II CPU的特点相得益彰。系统以数字水印的方
式实现了基于二维条码的信息隐藏，以进行防伪和知识产权保护。 关键词：二维条形码 数字水印 定制指
令 Nios II 二维条码是为了克服一维条码容量小、信赖数据库的存在、不能表示汉字等缺点而产生的。二维条
形码系统是非网络环境下的
摘要：提出了一种基于Nios II嵌入式软核处理器的便携式二维条码识别系统的实现方法。该系统在Altera的Cyclone FPGA上
实现，使用集成在QuartusII中的SoPC Buider开发组件配置生成片上系统；同时采用Nios II的定制指令提高系统性能，使得硬
件执行运算速度快的优点和Nios II CPU的特点相得益彰。系统以数字水印的方式实现了基于二维条码的信息隐藏，以进行防
伪和知识产权保护。
关键词：二维条形码 数字水印 定制指令 Nios II
二维条码是为了克服一维条码容量小、信赖数据库的存在、不能表示汉字等缺点而产生的。二维条形码系统是非网络环境
下的高安全性信息载体系统，可同步储存照片、虹膜、指纹等生物信息及文字、声音、图像等大量内容，是实现大容量高可靠
性信息存储、携带、自动识别的理想系统。现在应用最为广泛的二维条码是美国SYMBOL公司发明的PDF417码，PDF417码
是二位条码的美国标准和欧盟标准。我国也已经制定了PDF417码的国家标准GB/T17172——1997。二维条码较磁卡、IC卡
的一个明显优势就是成本极低，可在PVC或纸卡上制作，成本几角钱。另外，二维信用条码使用寿命是磁卡、IC卡的十倍。
一个PDF417码最多可容纳1850个字符或1108字节的二晕制数据或2710个数字，其结构见图1。每行从左到右分别为左空
白区、起始符、左行指示符号字符、1～30个数据符号字符、右行指示符号字符、终止符、右空白区。
二维条码的一个很重要的特点是可以引入加密机制，信息一旦生成便不可修改。当建立了自己的编译码系统时，就可以在编码
过程中加入各种加密形式。比如在二维条形码表面加上水印，在译码时采用同一个水印解密的方法就可以实现条码信息的加密
与防伪。在这里，数字水印就是基于二维条码进行信息隐藏的技术。可以利用变形技术对PDF417码符号字符中的各组成单元
宽度加以适量的变动，采用误差累积的方式实现隐藏信息的嵌入和提取。由于二维条码使用广泛、体积小、容量大而且人眼无
法分辨，因此在二维条码加入水印还有不易引起察觉、携带方便、安全性高、抵御打印扫描攻击、隐藏信息量大等优点。
我国乃至全球都在大力推行二维条码技术。随着二维条码技术的普及，对二维条码识别系统的需求日益增加。在信息安全、现
代物流、现代制造、电子商务、电子政务等领域，二维条码识读系统都会有良好的应用
1 便携式二维条码识读系统的总体设计
本系统要求在FPGA片内利用SoPC技术实现便携式的二维条码识读。它不信赖后台数据库的支持，通过对二维条码的扫描即
可将得到的大容量的承载信息（包括文字、头像、指纹等个人信息）在LCD上显示，并可通过USB接口将信息拷贝，或通过
RS-232接口将信息上传给PC机，也可以通过GPRS将获得的信息方便快捷地发往数据中心作验证。
本系统使用集成在QuartusII中的SoPC Builder开发组件配置生成片上系统。SoPC Builder是一个功能强大的基于图形界面的
片上可编程系统的定制工具，可以在短时间内完成用户定制的SoPC设计。根据应用的需要，应从SoPC Builder库中选择IP模
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