来源：单片机及嵌入式系统应用 作者：杨志龙 张维新 寇建锋

摘要：重点介绍以tms320vc5402为核心的指纹识别系统的硬件设计，概括地说明软件设计方法，最后给出其硬件调试方法。

关键词：dsp 指纹识别 tms320vc5402指纹识别作为生物特征识别的一种，有其不可比拟的优点。由于可以随身携带这种特殊的“印章”，所以受到越来越多人的重视。本系统使用ti的tms320vc5402（以下简称5402）作为核心。dsp与单片机相比，多用于算法比较复杂，乘加运算量比较大的场合。该芯片为一款定点的dsp，它具有高达100mips的运算能力，同时具有优化的cpu结构和一系列的智能外设。下面着重讨论基于该芯片的系统设计。

1 总体设计指纹系统总体设计方案如图1所示。

该系统是由指纹采集仪、fpga、sram和flash等硬件组成。rs232用于数据传输，pc机可以通过该接口得到指纹特征数据；flash存储指纹信息库、lcd用的字符和dsp程序；fpga在dsp的控制下从取指器中取出图放入sram中；小键盘用于用户输入id号码，增强该系统的安全等级。

1.1 存储空间的软硬件设计

本系统要访问的存储器有三个：dsp内部daram（16k字，用于存放常量和变量的数据空间）、sram和flash。因为5402有20根地址线可以用来对程序空间寻址，所以有1m字节的寻址空间，利用高地址线a19来区分flash和sram。其中sram是bootloader后程序运行的空间，这样就把flash放在高地址上去了。5402的数据寻址空间仅为64k，所以要进行分页扩展。为了避免和daram的访问冲突，不能使用64k一页。因为64k中低地址的16k实际上不能访问，它优先被64k中低地址的16k实现上不能访问，它无被daram访问，所以定为32k的一数据页。分配一个i/o地址，而后通过i/o地址的译码对74ls273进行使能控制，最后锁存i/o的数据作数据页。当对数据空间进行访问时，应分为以下几步：

①解析该地址，进行分割。前（低）15位为页内地址，后（高）6位为页地址。

②判断页地址是否为0。如果为0，则说明访问daram，直接使用访问数据的指令；需要的16位地址就是前15位的地址、高位补零，并结束。

③把页地址用portw命令送到寄存器（所分配的i/o空间地址）里，页地址也就在sram的高地址线上了。

④再使用访问数据的指令，需要的16位地址就是前15位的地址、高位补零。

对存储器的管理，需要编写一定量的程序。可以设置一个全局变量存储页地址。由于扩展页仅为32k，大于32k的数组是开辟不出来的，所以使用链表。需要注意的是释放空间时，把相邻的未使用的空间尽量连接成一大块，同时需要一个接一个地把用过的堆栈拷贝到堆空间的尾部，使自己空间聚合成一个大块。

图2、图3分别为外部程序扩展和数据空间扩展示意图。

1.2 rs232通信接口软硬件设计

该系统使用max3110e连接dsp与pc机，通过软件控制分频比可获得通用的300baud～230kbaud的波特率。max3110e内部uart与rs232收发器能够独立工作。mcbsp的时钟停止模式可以兼容spi主-从协议。所谓mcbsp的时钟停止模式是指其时钟会在每次数据传输结束时停止，并在下次数据传输开始时立即启动或延半个周期再启动。其接收器和发送器是同步的，即clkx和fsx分别与clkr和fsr相连；在传输过程中，clkx和fsx又分别用做spi的移位时钟sck和从方使能ss，可以是输出（主方），也可以输入（从方）。其mcbsp初始化编程应遵守以下几个步骤：

①将spcr中的xrst、rrst置为0，处于复位状态。

②mcbsp保持复位的状态下，设置有关的寄存器为需要的值。由于spi协议要求mcbsp在移位输出数据之前，fsx信号必须由dxr->xsr产生fsx，所以xcr寄存器中xdataly位必须设置为1。

③设置spcr->grst为1，采样率发生器退出复位状态，开始工作。

④等待两个时钟周期，以确保mcbsp在初始化过程中内部能够正确地同步。

而后，配置max3110e的波特率和发送波形，发送数据时根据max3110e的数据手册拼装成一个16位的字进行发送。接收通过dsp的int0中断进行处理。

1.3 总线控制和驱动

本系统中总线有两种：数据总线和地址总线。数据总线进行数据交换，地址总线进行寻址。因为dsp的数据总线是3.3v的高电平逻辑值，可能出现不能驱动外部5v的逻辑电平的情况；而且连接在动能力不足。因此，需要对总线，特别是数据总线进行加强驱动能力的设计。其中数据总线使用sn74lvth16245来进行驱动向驱动；地址总线是单向的，没有方向的控制，也没有使能的控制，使用sn74lvth16244单向驱动器就可以了。对于数据总线的控制，按照所逻辑合理使用了dsp_mstrb。dsp_iostrb、r/w就