【導讀】隨著指紋識別在智能手機上麵的普及，指紋識別技術在越來越多的場合中得到應用。除了手機應用之外
，在移動支付、門禁係統、智zhi能neng家jia庭ting等deng嵌qian入ru式shi場chang景jing中zhong也ye逐zhu漸jian普pu及ji開kai來lai。在zai係xi統tong實shi現xian上shang麵mian，智zhi能neng手shou機ji本ben身shen擁yong有you強qiang大da的de計ji算suan能neng力li和he豐feng富fu的de內nei存cun資zi源yuan

，實shi現xian指zhi紋wen識shi別bie並bing不bu困kun難nan，但dan在zai嵌qian入ru式shi係xi統tong中zhong特te別bie是shi基ji於yuMCU的應用場合，其運算能力
、內存資源等都受到限製，本文介紹了一種基於單片機係統的指紋識別方案和設計要點。

隨著指紋識別在智能手機上麵的普及，指紋識別技術在越來越多的場合中得到應用。除了手機應用之外
，在移動支付
、門禁係統、智zhi能neng家jia庭ting等deng嵌qian入ru式shi場chang景jing中zhong也ye逐zhu漸jian普pu及ji開kai來lai。在zai係xi統tong實shi現xian上shang麵mian，智zhi能neng手shou機ji本ben身shen擁yong有you強qiang大da的de計ji算suan能neng力li和he豐feng富fu的de內nei存cun資zi源yuan，實shi現xian指zhi紋wen識shi別bie並bing不bu困kun難nan
，但dan在zai嵌qian入ru式shi係xi統tong中zhong特te別bie是shi基ji於yuMCU的應用場合，其運算能力、內存資源等都受到限製
，本文介紹了一種基於單片機係統的指紋識別方案和設計要點。

如圖所示
，這是一個WiFi指紋識別前端的係統框圖，其應用場景是：手指按壓指紋識別模塊時
，指紋數據被采集並傳輸到單片機
，單片機經過識別算法對指紋數據進行處理後
，把處理結果通過WiFi模塊無線傳輸到雲端參與身份識別的業務。

zaijutishixianshangmian，youyuzhiwenshibiesuanfashejijiaoduodefudianyunsuan，yijixuyaozancunzhiwendianzhendeyuanshishujuhezhongjianyunsuanshuju
，guduiyuyunsuannenglihecunchukongjianyouyingxingdeyaoqiu，zaimuqianzhuliudedanpianjijiagouzhongCortex-M4架構集成FPU浮點處理單元，在100MHZ主頻下
，其浮點數運算能力可以達到要求。指紋識別算法代碼編譯後占用上百K字節的代碼空間
，考慮到WiFi網絡連接
、應用層代碼等整體上以1MB左右的Flash代碼空間為宜
，數據存儲的需求以512KB的SRAM空(kong)間(jian)為(wei)宜(yi)。係(xi)統(tong)工(gong)作(zuo)時(shi)，在(zai)指(zhi)紋(wen)識(shi)別(bie)過(guo)程(cheng)中(zhong)需(xu)要(yao)強(qiang)大(da)的(de)運(yun)算(suan)能(neng)力(li)，而(er)在(zai)沒(mei)有(you)指(zhi)紋(wen)按(an)壓(ya)的(de)時(shi)候(hou)則(ze)需(xu)要(yao)運(yun)行(xing)在(zai)低(di)功(gong)耗(hao)狀(zhuang)態(tai)，以(yi)適(shi)應(ying)嵌(qian)入(ru)式(shi)係(xi)統(tong)對(dui)功(gong)耗(hao)的(de)要(yao)求(qiu)。

在我們的方案中，選擇了具有XIP特性的MCU，把代碼存放在外置SPI Flash中並可以在係統執行，從而大大擴展了代碼存儲空間。外置SPI Flash中的代碼在執行中由於需要內部Cache緩存，故執行速度略低。對於識別算法的代碼，則可以在Boot階段拷貝到SRAM中運行

，從而提升運行速度。XIP SRAM的代碼空間分配方案兼顧了性能和成本，是此設計的一個亮點。

指紋識別芯片是係統實現的部件


，當前比較主流的技術指標，要求指紋識別芯片基於電容技術
、支持活體檢測(Live Finger DetecTIon)、按壓式、采用玻璃蓋板
，可以實現360度du任ren意yi方fang向xiang的de觸chu摸mo，能neng夠gou支zhi持chi滑hua動dong導dao航hang。活huo體ti檢jian測ce技ji術shu具ju有you防fang止zhi假jia指zhi紋wen破po解jie的de特te點dian，集ji成cheng心xin率lv檢jian測ce功gong能neng，方fang便bian用yong戶hu實shi時shi查zha看kan心xin率lv值zhi。傳chuan感gan器qi集ji成cheng化hua方fang便bian整zheng機ji廠chang商shang的de設she計ji和he整zheng機ji集ji成cheng，使shi得de其qi方fang便bian應ying用yong於yu嵌qian入ru式shi單dan片pian機ji係xi統tong。

指紋識別芯片和主機的數據接口要求在指紋數據采集的過程中達到5Mbps以上的傳輸速率
，低於5Mbps的數據吞吐量將影響用戶體驗。UART
、 I2C等低速接口在吞吐量上無法達到要求，SPI接口簡潔而且傳輸速率完全可以達到要求，是合適的通信接口。

指紋識別芯片周期性檢測Pixel傳感器區域是否有手指觸摸

，檢測到傳感器有手指觸摸時，會立刻采集活體檢測數據，數據采集完成後會通過中斷通知Host讀取，MCU讀取完活體檢測數據後芯片進行指紋掃描，指紋掃描開始後就會通過中斷通知Host讀取數據。指紋數據的掃描和Host數據的讀取同步進行。

單片機接收到指紋芯片傳輸來的Pixel原始數據後通過識別算法運算後通過WiFi模塊傳輸到雲端。由於MCU本身資源的限製，WiFi模塊本身需要集成WiFi驅動

、TCP/IP協議棧，並可以做作為一個相對獨立的單元運行應用層代碼，這樣就極大的減輕了MCU host端的負擔。 WiFi模塊通過串口和MCU進行數據交互。

低di功gong耗hao和he抗kang幹gan擾rao也ye是shi係xi統tong設she計ji的de一yi個ge要yao點dian，指zhi紋wen識shi別bie模mo塊kuai在zai沒mei有you手shou指zhi按an壓ya時shi仍reng然ran周zhou期qi性xing的de進jin行xing傳chuan感gan器qi掃sao描miao，雖sui然ran功gong耗hao低di於yu數shu據ju傳chuan輸shu期qi間jian，但dan為wei適shi應ying電dian池chi供gong電dian的de場chang合he，希xi望wang在zai沒mei有you按an鍵jian觸chu摸mo期qi間jian可ke以yi關guan掉diao指zhi紋wen識shi別bie模mo塊kuai的de電dian源yuan，為wei此ci如ru上shang圖tu所suo示shi增zeng加jia了le觸chu摸mo按an鍵jian
，檢jian測ce到dao有you手shou指zhi靠kao近jin的de時shi候hou打da開kai指zhi紋wen識shi別bie芯xin片pian的de電dian源yuan
，進jin行xing指zhi紋wen掃sao描miao采cai集ji數shu據ju
，當dang長chang時shi間jian沒mei有you手shou指zhi觸chu摸mo的de時shi候hou關guan閉bi指zhi紋wen掃sao描miao模mo塊kuai的de電dian源yuan，從cong而er達da到dao降jiang低di功gong耗hao的de目mu的de。另ling外wai在zai數shu據ju采cai集ji期qi間jian為wei了le防fang止zhi觸chu摸mo按an鍵jian對dui指zhi紋wen識shi別bie傳chuan感gan器qi的de影ying響xiang
，在zai觸chu摸mo按an鍵jian後hou增zeng加jia模mo擬ni開kai關guan，在zai采cai集ji開kai始shi前qianMCU輸出一個控製信號將觸摸按鍵的模擬信號進行隔離。

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