FPGA指纹识别系统设计+源码
本系统旨在以通过硬件描述语言，编写出符合FPC1011F指纹传感器读写的SPI串口时序的verilog代码，读出指纹数据。此系统大体上可以分为三个功能模块，1)SPI串口模块，此模块负责向传感器发送初始化指令、读数据指令以及接收数据。2)数据缓冲模块，读出的数据暂存于缓冲FIFO内，避免因较快的读数速度和较慢的打印速度而造成数据丢失。3)UART计算机串口打印模块，负责从数满标志位有效的Rx_FIFO中读出指纹数据并通过串口打印到计算机上。此系统通过仿真、调试下载到FPGA开发板后可以成功地读出指纹数据。
一、 系统框图 Fig1.系统简略框图
二、 系统解析
如上图所示，蓝色和绿色引脚为外部端口，红色引脚为内部信号。
1． FSM模块：其主要的功能是在系统复位后初始化Tx FIFO(发送FIFO)，即把随后要发送给SPI传感器的命令写入Tx FIFO内，然后在满足SPI传感器时序的前提下，FSM模块通过控制Tx_rd_en信号读出Tx FIFO里的命令并传送到SPI模块；在Rx FIFO接收指纹数据时，当数满标志位Rx_full_n有效后说明接收FIFO里的数据已满，这时FSM就会通过相关信号来控制SPI停止接收数据，当检测到Rx_empty_n有效后(接收FIFO已空)，FSM就会发出相应的信号启动SPI继续接收数据，直到指纹数据全部接收完毕。
2． Tx FIFO模块：主要功能是在初始化的时候装载待发命令，然后在Tx_rd_en信号的控制下把命令发送出去，因为总的命令数不超过FIFO的深度，所以无须空满标志位。
3． SPI模块：其主要功能是在与外部传感器通信的时候向传感器提供时钟信号SCK，以及片选信号SS，其中SCK和SS信号最初由FSM产生并由FSM进行控制；当需要向传感器发送命令时，FSM会启动SCK和SS信号，同时SPI接受从Tx FIFO读出的命令并暂存到一个8bit移位寄存器tx_shifter[7:0]中，每过一个SCK周期发送一位到至MOSI，发送完1Byte后tx_shifter会重新装载新命令继续发送直到命令发送完毕；当SPI从传感器接收数据时，FSM会启动SCK和SS信号，SPI中移位寄存器rx_shifter[7:0]会在SCK的上升沿采集输入端口MISO的数据并移一位，每8个SCK时钟周期rx_shifter中的数据就会在FSM的控制下写入Rx FIFO，直到数据接收完毕。
4． Rx FIFO模块：此模块的主要功能是对已接收到的指纹数据进行缓存，避免指纹的数据丢失，因为此系统中SPI串口的工作频率为5MHz，而UART串口的工作频率为38400Hz，UART从Rx FIFO取数据的速度远小于SPI往Rx FIFO中写数据的速度。Rx FIFO可以向UART和FSM提供数空和数满标志位rx_empty_n,和rx_full_n,因此SPI和UART可以协调工作。
5． UART模块：些模块主要功能是和计算机进行通信，把接收到的指纹数据通过计算机的终端显示出来。当UART检测到rx_full_n有效后，就会发出读信号Rx_rd_en读出FIFO中的数据发送给计算机，当检测到rx_empty_n有效后停止。三．指纹图像
运行ProcessOfFingerPrint.m文件，指纹图像处理过程如下：
1. 加载指纹文本文件,并用图像显示
2. 灰度图像取反，即将原始指纹黑色背景变为白色背景
3. 进行二文适应性去噪过滤处理
4. 扩大图像的像素至400x304，并找出扩卡后的图像的中心点，用红色’o’标注
5. 将放大后的图像进行二值化处理
6. 进行中值滤波处理
7. 二值化图像细化处理，并标注特征点和中心点。特征端点用'o'标注，特征分叉点用'+'标注，中心点用红色'*'标注
8. 特征模板建立：特征端点分类为1，特征分叉点分类为2；建立特征端点相对中心点的距离向量，和特征分叉点相对中心点的距离向量；建立特征端点相对中心点的方向向量，和特征分叉点相对中心点的方向向量。
9. 运行PointOfMatch=PointOfModel;
仅将数据PointOfMatch保存为table_PointOfMatch，即在workspace内只有PointOfMatch时，运行save table_ PointOfMatch;
10. 指纹匹配时，修改需要加载的指纹图像的文本名字，运行ProcessOfFingerPrint.m，得到待匹配的指纹图像的特征点和中心点。特征端点用'o'标注，特征分叉点用'+'标注，中心点用红色'*'标注
11. 运行Count=match(ThinFingerPrint,PointOfModel,PointOfMatch,Dpx,Dpy,Fpx,Fpy)
显示如下：
PointOfMatch passCount =85
一般能找到13个相同的特征就可以认为这些指纹出自同一个手指，但从匹配来看，平均100个特征匹配点会有3～4个误配，于是将成功匹配点设置为>20个,认为是出自同一个手指.
匹配成功的特征点：端点用红色’o’标注，分叉点用绿色标注’o’。如下图所示：说明：此C代码为基于MicroBlaze的嵌入式系统指纹数据采集程序。
传感器型号：FPC1011
采集步骤：(1) 初始化spi接口模块
(2) 复位FPC1011指纹传感器。
(3) 初始化传感器。
(4) 发送启动传感器命令rd_sensor: 0x11
(5) 重复发送读数据状态寄存器命令rd_spidstat: 0x21直到指纹数据准备完毕。
(6) 发送读数据指令rd_spidata: 0x20 读取指纹数据。
(7) 打印数据。1390
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