基于FPGA的指紋識(shí)別系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，指紋識(shí)別技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各種不同的領(lǐng)域，諸如電子商務(wù)、犯罪識(shí)別、信息安全等眾多領(lǐng)域。對(duì)于一般的指紋識(shí)別系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)要求具有很高的實(shí)時(shí)性和易用性，因此識(shí)別算法應(yīng)該具有較低的復(fù)雜度，較快的運(yùn)算速度，從而滿足實(shí)時(shí)性的要求。所以有必要根據(jù)不同的識(shí)別算法采用不同的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，使得指紋識(shí)別系統(tǒng)具有較高的可靠性、實(shí)時(shí)性、有效性等性能要求。SOPC片上可編程系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)前電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域中最熱門的概念。
　　在硬件方面本文以

2、指紋識(shí)別技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)為理論基礎(chǔ)，采用了一種基于NiosⅡ軟核的FPGA系統(tǒng)架構(gòu)方案。同硬核系統(tǒng)相比，NiosⅡ軟核在性能上有一定的差距。如果要使用Nios CPU作為運(yùn)算部件，就必須充分利用用戶自定制指令的特性，本文指紋算法中的部分算法就采用了自定義指令，有效利用了FPGA的硬件資源。
　　在指紋圖像的采集方面針對(duì)MBF200指紋芯片的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套基于FPGA NiosⅡ的MCU指紋采集接口電路和采集軟件算法程序，實(shí)現(xiàn)

3、了指紋圖像的采集。
　　在指紋預(yù)處理算法方面主要移植了已有的算法，使算法在FPGA中得以實(shí)現(xiàn)，在指紋預(yù)處理算法中指紋的方向圖計(jì)算和Gabor。增強(qiáng)都用到了三角函數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算，如果在NiosⅡ只用軟件實(shí)現(xiàn)這些算法會(huì)占用很多時(shí)間，因此本課題通過自定義指令添加了浮點(diǎn)運(yùn)算并設(shè)計(jì)了針對(duì)三角函數(shù)的自定義指令實(shí)現(xiàn)了算法的硬件化，使算法速度得到了很大的提高。自定制指令是一個(gè)加速軟件算法的方法，使用NiosⅡ的自定制指令，可以將一個(gè)復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)指令序

4、列簡(jiǎn)化為一個(gè)用硬件實(shí)現(xiàn)的單一指令，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)并加快系統(tǒng)運(yùn)行速度。NiosⅡ的自定制指令是與CPU的數(shù)據(jù)通路中的ALU相連的用戶邏輯塊。NiosⅡ處理器支持256個(gè)具有固定或可變時(shí)鐘周期操作的專用指令，設(shè)計(jì)者能用這些指令來加速實(shí)際要求嚴(yán)格的代碼段。定制指令邏輯和NiosⅡ的連接在SOPCBuilder中完成。系統(tǒng)生成時(shí)，NiosⅡIDE為每條用戶指令產(chǎn)生一個(gè)在系統(tǒng)頭文件中定義的宏，可以在C或C++應(yīng)用程序代碼中直接調(diào)用這個(gè)宏。<