（基单片机隐形指纹识系统）
（An invisible fingerprint identification system based on single chip microcomputer）
中文摘
着科技飞速发展安全意识越越强隐私财产安全问题提出许许解决方案众方案中运指纹识指纹具唯性终生变性量关注飞速发展着发展手机屏幕越越势必影响着手机体积更影响着部分体验手机体积变情况屏幕达值成困扰厂商问题基础厂商提出全面屏方案问题带解决方案实现全面屏中问题避免屏幕开孔屏幕面识指纹方法社会市场屏幕辨指纹方式种：电容发辨指纹光线辨指纹超声波辨指纹手机屏占例会显著升高促进全面屏时代文超声波指纹识技术进行讨探究
次STM32单片机作控进行模拟意提高指纹识精度识时间改善目前超声波指纹识反应慢精度略足情况系统中利算法通计算声波反射时间形成指纹图达指纹识目
关键词：超声波 屏指纹识技术
Abstract
With the rapid development of science and technology people＇s safety consciousness is becoming more and more strong on the issue of privacy property security put forward many solutions in many scheme people use most is fingerprint identification for fingerprint uniqueness and invariance for life so got a lot of attention and rapid development and with the development of mobile phone screen is becoming more and more big is bound to affect the volume of a cell phone more influence on the use of some experience and how to make the phone under the condition of constant volume the screen can achieve maximum has become a serious problems in the major manufacturersManufacturers put forward on this basis the full screen brought the best solution to this problem and achieve full screen one of the problems is how to avoid the hole on the screen the vendor and puts forward the screen of the fingerprint identification scheme under the screen of the fingerprint recognition on market at present there are three main types optical fingerprint capacitive fingerprint recognition and fingerprint identification improved under ultrasonic fingerprint screen screen proportion to further promote the development of the full screen on real significance this article will discuss the ultrasonic fingerprint identification technology and explore
This time STM32 singlechip microcomputer will be used as the main control for simulation in order to improve the fingerprint identification accuracy and identification time improve the current ultrasonic fingerprint identification response slow and slightly insufficient accuracy of the situation in this system will use the algorithm by calculating the reflection time of the sound wave to form a fingerprint image so as to achieve the purpose of fingerprint identification
Key wordsUltrasonic Under glass
目录
第章 概述 1
11 课题研究背景意义 1
111超声波屏指纹识研究背景意义 1
112 超声波指纹识技术 1
12 国外研究现状 2
13 超声波指纹识技术优势 3
131光学屏指纹识技术 4
132 电容式屏指纹识技术 4
133 超声波屏指纹识技术 4
第二章 系统设计 5
21 系统设计 5
211指纹采集模块 7
212指纹处理模块 7
213户交互模块 7
22 工作流程 8
23 控制模块 9
第三章 指纹采集 11
31 传感器简介 11
311传感器简介 11
312传感器数学模型 12
32 指纹传感器 13
33 指纹采集 13
34 指纹图处理 15
第四章 实时操作系统 17
41 开发环境简介 17
411项目理功 17
412集成功 17
413编辑器 18
414 常调试命令 18
415 常调试方式 18
42 操作系统移植 19
421务调度 19
422务理 19
423时间理 19
424务间通信步 19
425存理 19
43 操作系统移植中C语言改写文件 21
44 超声波屏指纹识 22
第五章 总结 25
参考文献 27
致谢 29
第章 概述
11 课题研究背景意义
111超声波屏指纹识研究背景意义
指纹识作安全成低生物识技术目前旧取代手机全面屏火热情况避免屏幕开孔成难题苹果代表部分3D识技术通结构光构建脸模型进行识厂商方案环境求较高方案提出初级受量质疑设计师提出背部指纹识方案背部指纹识质机体开孔法避免受灰尘污渍影响部分消费者认背部指纹识破坏手机整体美观背景设计师提出屏指纹识作解决方案搭载屏指纹识系统手机推出立刻受量评屏指纹识技术保证屏幕完整性符合绝数户惯出屏指纹识技术全面屏迅速发展新增长点逐步成全面屏标准配置
次研究第三代超声波指纹识技术研究象进行屏指纹探讨研究目前开放技术基础进行研究作方案设想
112 超声波指纹识技术
2015年起高通超声波指纹辨技术SENSE ID 3D 识指纹技术世界移动设备普手机厂商逐渐屏幕方辨指纹技术发展起光学达识指纹目光线射指纹纹理发生光线探测出电容式辨指纹方式运指纹传感器手指纹路产生汗液者电解液形成指纹图两种少会受材料污渍影响超声波会存样问题超声波指纹识技术特点具较强穿透性够穿透玻璃铝锈钢等材质阻碍物进行指纹识手机需屏幕开孔直接指纹模块置手机部减少屏幕占超声波准确识种材料透屏幕进行精确度较高扫描指纹
背景见超声波指纹识技术必定会成移动端生物识技术流超声波指纹识技术完全成熟情况产品美观安全解锁速度会电容式光学指纹识技术强许会产品更受户欢迎
身份识生物特征必须具唯性稳定性性质研究验表明生物识特征体：声誉指纹面部瞳孔等
辈子会发生变化种方式辨出特征信息身份基础逐渐发明面部识声识包括目前研究指纹识等许许身份识技术着社会发展技术已非常成熟日常市面存身份识技术性种识准确率较图表示：
图11生物特征识技术较
次STM32单片机作控进行模拟意提高指纹识精度识时间改善目前超声波指纹识反应慢精度略足情况系统中利算法通计算声波反射时间形成指纹图达指纹识目
12 国外研究现状
121指纹识系统现状简述
根国际生物识组织IBG（国际生物识组织）发布表格该图表显示20072012年生物识产业总收入（图11）出生物识市场非常庞接年中存 年份 着持续稳定增长2012年产品销售额达74亿美元[3] 生物特征识效生物体身份识途径生物特征识技术市场份额占中越越着计算机嵌入式技术进步代迅猛发展 特 911事件美国第解 提高安全意识欧洲国家已开始力支持开发该技术
超声波指纹识技术名称SnapdragonSense ID种通超声波扫描指纹形成3D指纹模型图光学指纹识通光线反射探测指纹回路电容式指纹识通利指纹sensor导电皮电解液形成电场实现指纹图扫描两种少会受材料污渍影响超声波会存样问题超声波准确识种材料透屏幕进行精确度较高扫描指纹全面屏越越火热现疑相受厂商欢迎
超声波指纹识确具高精度高安全性特点超声波身穿透部分材料作屏指纹识确优势算法硬件成熟超声波指纹识技术存少问题例三星手机款手机前段时间中国银行禁指纹支付原超声波指纹方案存重缺陷隔着层TPU薄膜情况未录入指纹手指解锁
目前超声波指纹识算法研究重点难点概括三方面：种噪声定位特征较图失真 指纹识技术需改进已应程序市场中广泛认 目前指纹识技术进步非常成熟辨生物识技术设备讲指纹识系统分网络系统集成系统信息技术线指纹识系统实施非常方便时量线指纹识产品例指纹锁笔记B指纹鼠标PC指纹识设备言指纹识系统享集成网络中首先信息技术飞速发展实施方便线指纹识系统 n量线指纹识产品例笔记指纹鼠标指纹计算机指纹系统者开发处理器技术集成速度快着性提高价格继续降实施集成指纹识系统仅更加方便实现整系统价格越越高众接受着公众身份识技术需求增加指纹识正逐渐种场合中嵌入式指纹识系统体积安全稳定性高识性效率高受越越关注
122 指纹传感器现状
前嵌入式开发辨指纹系统市面联机市场份额占高包含技术更加广泛发展速度非常快速外指纹传感器极速成熟度科技发展带动断提升传感器开始准确采集度功耗越越低刮擦式辨指纹传感器根方式改变传统指纹收集方式耗性价变条件极提高收集指纹力速度甚某厂商研究出全面优前代指纹传感器新型传感器止提高质量识速度等指纹识算法中预处理续匹配更加方便处理效果更值整识程更高效更准确
13 超声波指纹识技术优势
超声波指纹识技术指纹识技术第三代超声波种频率超20000赫兹声波具方性穿透性强特性易获较集中声穿透数材料进行吻识例：金属制品蓝宝石灰尘水渍等两种技术法实现第二代分光学电容式指纹识相较两种指纹识技术超声波识精度会更高超声波身特性决定三种指纹识技术背景：
131光学屏指纹识技术
目前成熟屏指纹识技术通光线反射进行指纹扫描然已指纹图进行实现指纹识优势程度避免光线指纹识影响缺点较明显特定区域需常亮会出现烧屏现象影响寿命
132 电容式屏指纹识技术
前市面极数手机开孔方式满足指纹识方式属电容式指纹鉴方式原理皮肤表面凸起部分会指纹位置传感器间距离会改变会影响电容值终通技术手段翻译直接处理电信号精准识出指纹缺点信号会穿透性受干扰想通方式满足屏指纹困难
133 超声波屏指纹识技术
指纹识技术采超声波原理传感器种压电物质生产出中频率变超声波超声波通玻璃者oled屏幕碰指纹弧度者凹凸状态会达超声波折射率发生改变通获取定量改变差异达指纹识效果构建出3D图代表着印着机指纹纸片法解锁超声波指纹识技术具特性具穿透数材质力准确找指纹说3D印出指纹法骗两点超声波指纹识安全性疑提高等级
第二章 系统设计
21 系统设计
数嵌入式嵌入式指纹识系统单微处理器该系统目前离线运行 种类型系统中微处理器必须执行复杂图处理负责监视外围设备系统指纹处理效率低系统功简单重系统升级功扩展非常利系统升级功扩展非常利
图21 系统流程图
嵌入式达指纹辨设计中分两部分：指纹识模块控制模块 中采DSP处理器解决算法部分完成匹配算法指纹手机预处理软件算法方面实现 控制模块处理器运单片机完成完成接户系统系统接口工作 算法模块DSP处理器充分发挥出处理数力目标实现识指纹算法中 单片机具强控制力实现便捷功方便完成外围监视
图22 硬件框图
软件部分STM32部通硬件资源实现程序逻辑系统中软件基uCOS II系统进行开发包括USB驱动程序DSP通信模块超声波识模块驱动调度程序等框图图示
图23 软件框图
系统中TITMS320VC5416DSP改进哈佛结构处理器单元线程特殊指令（加法指令等）DSP具强数处理功TMS320VC5416具强数处理功支持高达160 MB时钟频率速度作系统算法核心处理器 单片机Philps公司选择P89C52单片机具系统控制力强结构简单扩展方便特点适合作系统控制核心
单片机选型P89C52Philps公司开发优点结构较简单系统控制力较强外接扩展较方便适合作次设计核心基DSP单片机该设计部分：首先收集指纹模块次处理指纹模块接接户通信模块
211指纹采集模块
系统中采AuthenTec公司AES2510擦刮式指纹传感器DSP控制采集指纹存储器等步处理
212指纹处理模块
213户交互模块
MCU户交互模块键盘输入LCD协作系统中形成户交互模块 单片机通该程序构建嵌入式MIS系统 户通键盘LCD输入系统进行通信完成诸指纹注册登录系统设置类功功结构图24
图24 MIS功结构图
22 工作流程
置指纹识系统独立完成指纹输入图处理提取匹配指纹特征模块访问备份通信模块重新修复指纹模块丢失数库设计组件化开发思想调功方面强方便设计单独嵌入式该系统扩展功提升种场者设备安装指纹检查系统果注册新指纹时先通电脑者输入设备输入注册ID然系统控制指纹收集模块采集户指纹形状数系统收集准确指纹数DSP会处理数单片机数存储系统数库里面户登入采11方式户登入时需输入注册时Id根系统处理效率DSP户指纹图收集处理然数数库里存储数进行较符合条件返回成功信息特殊情况数库里数信息通通信模块计算机备份数发生丢失通计算机备份回
新户注册时候输入设备输入串注册ID然系统会DSP收集注册户指纹收集准确指纹数时DSP会转换计算器识数登入时采11方式户需输入注册时ID采集户指纹信息数库里数进行流程图示：
图25户注册登录流程图
23 控制模块
采STM32芯片STM32F103RBT6种32位数处理器意法半导体集团托Acorn公司研发32位处理器核研发具128KBFLASH 20KBRAM够处理12位数具16位定时器异步通信接口五部分构成 具体部结构图26示
图26 STM32部结构图
更该芯片需该芯片项参数详细解表2芯片STM32F103RBT6参数详解列举
表21 STM32F103RBT6参数表
参数
范围（构成）
封装
LQFP64
核
ARM32位CortexM3
存储器
128KB (固态)20KB(静态)
编辑器
128KB
时钟频率
416 兆赫石英振荡器
复位
POR PDRPVD
电源理
置32 kHz RCRTC专32kHz 振荡器校准
数模转换器
2 x12bit 1μs16通道
DMA控制器
支持定时器数模转换器SPI 接口i2c 接口USART 接口
DEBUG模式
SWDJTAG 接口
定时器
三4IC OC PWM 脉计数器(pulse counter)16位定时器2 16 位监视定时器124 位递减计数器SysTick定时器[8]
通信接口
2 支持SMBus PMBus I C 接口 3 ISO7816 接口2 18 Mbits SPI 接口
第三章 指纹采集
31 传感器简介
311传感器简介
根传感器GB766587定义：感测特定测量转换特定规输出信号设备 传感器通常包含两部分敏感元件转换元件 感测元件通常执行感测响应测量功转换元件完成感测元件感测量转换适合传输处理电信号程传感器组成图31示框图表示
图31 传感器组成框图
传感器种类功相测量传感器实现测量传感器具分类方法根感知信号类型传感器进行分类分基物理效应物理传感器基化学反应化学传感器基生物中分子识功生物传感器外工作原理进行分类根敏感材料进行分类测量分类等种分类方式系统中光电传感器种物理传感器系统中通传感器参数进行拟合实现MATLAB中㡰传感器建模传感相关特性解具重作
传感器种特性基输入输出关系进行描述输入信号静态信号时候时静态特性输入信号周期性者暂态等动态信号时候时动态特性动态特性23节结合传感器数学模型进步详细介绍静态特性描述参数：
（a）灵敏度：
描述输出输入敏感程度实通输入输出变化值定义式1表示：
中表示输出变化表示输入变化
（b）线性度：
然总希输入输出处完全线性状态现实情况中实现需非线性测程度进行评价线性度样评价参数根输出输入校准曲线理想曲线间偏差传感器满量程式2表示
中表示输出输入校准曲线理想曲线间偏差值Y表示传感器满量程线性度图32表示：
图32线性度
（c）灵敏度阈值：
通式1难发现输入发生变化时候输出发生相应变换输入变化定程度输出变化收敛爱某固定值时候输入变化值灵敏度阈值
312传感器数学模型
传感器必须具良静态动态特性完成失真转换
（a）传感器静态数学模型
中：x输入y输出a0零输出al传感器线性灵敏度a2a3 an非线性项确定常数
（b）传感器动态数学模型：
32 指纹传感器
Authentic制造新代AES2510指纹识技术制造新代刮擦指纹传感器 特征：该传感器975mm x 081mm指纹捕获区域接收192x16指纹图阵列分辨率500ppi（素英寸）物理摩擦具非常强抵抗力 传感器受万次摩擦者刮痕选择传感器非常重原高性价低耗秒15cm速度滑行手指秒240帧速采集
突出特点采集指纹图进行系统动态化优化避免手指皮肤者手指污垢指纹图带命影响十分便捷通信接口模式步串行接口八位行接口时支持片DMA方式
33 指纹采集
目前指纹识理技术逐步成熟指纹图采集已成嵌入式指纹识系统关键 指纹图质量直接识系统处理速度准确性关 指纹成系统程度决定指纹识系统优点 发展指纹传感技术指纹收集技术已必少部分
着社会发展指纹识技术移动设备者便携设备需求量增加厂家指纹传感器成进行降低需求刮擦式指纹传感器已逐渐站稳脚步刮擦式传感器手指表面摩擦时候采集许许图然图进行处理分析拼接终形成整手指指纹信息图
刮擦指纹传感器工作原理粗糙：手指滑传感器表面时手指开始放置传感器刻起传感器设置时间段读取指纹段图 传感器表面移开 采集程中动确定时放置手指时离开传感器表面非常重
外必须缝制收集图形成正常指纹缝制需指纹两相邻帧必须具定相关性然果相关度太高收集指纹图间冗余度太高整收集针迹效率高获取指纹段图时间间隔基划痕传感器收集特性述分析DSP作处理器编写动指纹收集程序
AES2510具63芯片寄存器通设置芯片寄存器实现传感器工作控制总言收集指纹程通处理器命令发送传感器芯片高位寄存器允许传感器适条件检测手指然指纹图时存储传感器芯片存储器中终处理器读取[42]刮擦传感器固采集特性指纹采集程带困难果实现收集系统稳定运行收集程中需考虑点该状态首先格式化芯片寄存器包括设置指纹检测频率设置检测获取间时间获取第列列传感器AD AD转换低参考电压增益
更进步优化指纹采集需根指纹状态进行调整采集器参数采适应算法行修改开始设置寄存器便传感器收集帧图寄出该图帧进行参数参考调整然指纹传感器进入指纹识模式检测指纹信息便会收集指纹根原设置AD进行转换量化储存传感器部存储器中存储传感器部存储器中保证数数总线总效处理器读取数指纹数效时进行读取根该帧图做采适应算法进行调整传感器AD变换参数次次重复操作直完成数完成操作传感器采集参数调整素指纹采集程正式开始(图33)
图33 指纹采集流程图
系统进入收集准备时第步寄存器进行初始化处理包括频率识采集时间段收集时采集列表AD转换器低电转换增益等容需采集指纹图方面着手处理需根指纹发生变化状况设计相应处理算法目图效果更佳完整准确需传感器进行设置效果传感器收集张图精确帧做修改调节加参考传感器加入指纹检测模块识出指纹收集指纹开始设定参数指纹量化AD转换器转换数存入传感器部存储器算法准确数通数独处相应算法确定数玩成传感器采集参数调试结束正式进入指纹采集功
34 指纹图处理
显然初收集指纹段图实际指纹图法电子邮件中果继续进行指纹识指纹段图中两相邻图间存定相关性相关性原始收集图进行性组合形成原始指纹图图缝合算法原始指纹图图处理程中历第程目标删原始带图中具重叠部分图删程中补偿左右偏移应丢失正确指纹功引入错误功基述思想定义拼接算法基原理：张图中参考图相部分第张图末尾作参考然进行更新该图附加前图末尾然合成图末端参考继续查找帧图相部分然缝制等然返回帧指纹图然整指纹图放起
实际实现中128 * 4素窗口适合作192 x 16素帧图窗口 首先第帧4行中间取128列放相应窗口中 相窗口第二帧中滚动查找位置窗口中相似部分 定位坐标然第二帧坐标部分连接第帧末尾 相方式更新嵌入部分四行中间128列匹配窗口扫描匹配帧然合 中特定计算实现旨找应窗口
中遍历寻找匹配窗相似具体实现次计算
fs遍历匹配窗口中i行j列素值wj 匹配窗中第i行j列素值然S值处匹配窗图相似部分算法指纹采集初图进行拼接处理指纹图图34
图34 拼接图（旋转放置）
第四章 实时操作系统
41 开发环境简介
目前广泛单片机开发工具uV2已Keil公司研发ARM CortexM核单片机STM32通定方式构成机整体适前者开发环境中里需指明机整体构成研发环境包括五组成部分CompilerAssembler RTOSThe project manager DeBugger目前广泛单片机开发工具uVision2充分发挥开发作五部分创造出种拘泥固模式研发区域[15]
uVision2x相开发环境两功特征：
411项目理功
项目源文件开发工具选项编程说明构成 uVision2项目工程够产生相应程序程序产生源文件形成组开发工具选项应目标组文件 作广泛单片机开发工具uVision2部存种器件数库数库达户求会进行动化调控选定AssemblerCompiler LocatorDeBugger五方面进行调试掌控时作广泛单片机开发工具uVision2部数库特征明显单片机存储器存储计算机系统中机外设备数信息单片机功较特殊寄存器种带电粒子增加速度装置进行外伸展作广泛单片机开发工具uVision2够通明确具体出发址规模单片存储器中片外存储器起相应连接沟通作
412集成功
作广泛单片机开发工具uV2作体现保障者够计划完成相应工作工程集成场效应类型浏览器通数结构组织存储理数符号仓库提高者查询汇编语言高级语言组成文件时浏览器会通精确符号数合理规划者停变化现代信息技术中保存信息记忆设备具体设计功：[16]
（1）文件查询作：通指定文件中进行全方位查询搜寻
（2）菜单工具栏：者提供V2集成开发背景
（3）SVCS接口端：提供通道控制系统进入
（4）PC－LINT接口：针者某种应目撰写软体代码提供较深入编译程逻辑阶段具体分析
413编辑器
作广泛单片机开发工具uVision2够程序调试确保稳定托便者迅速纠错重写程序时单片机开发工具非常解者特点彩色显进行相应检查辨汇编 语言高级语言写出C代码加合理运升级
414 常调试命令
程序进行连接首先Ctrl+F5键菜单栏调试程序键>开始键停止键停止调式会话进入调试模式Keil计算机系统部存模拟中央处理器进行整程序仿真操作中央处理器毫硬件系统完全模拟状态进行运作调试运行起着功性作[17]然系统进入调试模式整界面会变样时调试菜单栏中命令均操作时会出现新工具框工具框专门针系统调试进行指令操作调试菜单绝数调试命令正常
里需注意进入调试模式运行仅仅模拟测试真实系统环境存调试误差果系统环境运行稳定高速调试运行速度会较快反然
415 常调试方式
常程序调试方式包括复位暂停工作单步程单步执行目前子程序运行目前程序行断点设置线汇编代码作范围分析性分析等诸类次设计中涉常调试方式：
（a） 单步执行：
程序分开运行运行完成刻停止进行程序运行调试方式优点次程序执行问题进行迅速反馈时找错误程序运算结果设计相符缺点耗时长运行较缓慢
（b） 程单步：
通程序运行结束立马进入程序运行中调试优点高速较全面程序设计成果缺点法纠正错误发现错误出现位置
（c） 断点设置：
系统设计程中进行程序调试必须某位置进行调试断点设置程序调试重手段毕竟单步执行程单步法优缺点综合通设置断点进行程序中止实现调试功非常必操作般设计运行中会程序某出现运行状况位置设置断点果程序工作该处时刻停止样程序员观察整系统运行变化值更精准掌握相关数变值般操作会选取程序行设置断点然通菜单调试>插入删断点键断点进行设置取消中调试>启Disable断点开始中止断点调试>启Disable断点停止断点调试>禁端点消断点[18]
42 操作系统移植
μ COS II开放源码实时嵌入式操作系统[13]支持64务设计者建议户保留8留户应程序56优先级务完全剥夺型实时核( 执行绪态中优先级高务)支持信号量(Semaphore)邮箱(Mail Box)消息队列( Message Queue)等种进程间通讯户需根身需求某核模块者说功区进行删减保留程序系统需容动态操作系统核种功
421务调度
需根务系统务调度进行某特殊需求设计需机状态快速优先级执行某指定务
422务理
处理六十四进程者务务般情况执行限循环功运行工作分种单独进程根进程调整优先度务会执行简单准确功会拥属堆栈会务调度添加务调整优先级优先度优先度高务执行发布移 423时间理
需户提高定时中断秒钟发生十次甚百次频率需户设定
424务间通信步
μ COSII提供四种步象分信号量邮箱消息队列事件
425存理
μC OSII动态理分区连续块存效解决存碎片问题 前51系列扩展单片机构成嵌入式系统部分μC OSII转变嵌入式软件仅达动态系统力提高方便性实性 系统 调试程序容易 μC OSII专门硬件进行策划uC OSII核系统划分3中图41示：属处理器代码应程序妈μC OSII基C51单片机嵌入式系统中准确误完整执行必须属处理器源代码写入μC OSII核中
图41说明μC OSII设备结硬件结构存关系许应位该设计框需引API功达调度切换程存储通信程中进程专属CPU设计限循环 操作系统样μC OSII具两种类型源代码中数CPU硬件相关配置语言编写数C语言编写 旦系统启动运行请尝试化配置语言组件便μC OSII轻松移植CPU端口进行驱动
图41系统软件硬件体系结构
43 操作系统移植中C语言改写文件
考虑种代码易读性维护性兼容等方面条件uCOS代码数c语言实现考虑性实际情况种单片机处理器读写时汇编语言完成完成单片机关部分代码旧汇编语言达求前述移植μ COS II程中汇编代码编写工作集中OS_ _CPU A ASM文件中
Os_ CPU_ A ASM包括四汇编语言实现功ts 46 sJlosstartHighRdyOOSCtxSw0os IntCtxSw0OSTickISRO功采public声明外部模块时引调全局变量OSTCB Cur OSTC BHi ghRdyOS Running OSPrioCur OSPrioHighRdy外部子程序包括外部重入子程序 OSTaskSwHook0OSIntEnterOOSIntExit() OSTimeTickO修改务程中目前正执行程序外部RAM需高频率指针安全寄存器值批处理结构批处理操作宏定义批处理宏PUSHALL批处理宏POPALL批处理堆栈结构图42示 面详细描述述四配置功 面详细描述述四组装功
操作系统：层开始函数osstart0中会引starthighrdy0功务先做事情调OSInitO前创建务全局指针OSStartHighRdy指示完成务高优先度OSStartHighRdy）OSTCBStkPtr指务堆栈顶部 该功务：
1操作务函数
2目前ostcbcur目前执行程序务指针控制模块
3堆载里务指针ostc堆载里务指针
4务换系统堆栈里
5执行标志位
6出栈中断返回出
图43宏定义堆栈结构示意图
44 超声波屏指纹识
超声波种频率高20000赫兹声波超声波指纹识技术原理sensor压电材料产生定频率超声波超声波透盖板玻璃者OLED显示屏手指脊谷区域超声波反射率反射波压电材料区域产生逆压电效应通定处理抓取该差异值实现指纹扫描构建出3D图代表着印着机指纹纸片法解锁超声波指纹识技术具特性具穿透数材质力准确找指纹说3D印出指纹法骗 原理图：
图44 超声波反射图
图中出超声波检测类型超声波透射波回波两部分 指纹传感器发射超声波接收手指反射信号指纹中绘制变化 原理超声波具穿透材料力材料会产生回声（超声波程度吸收透射反射达表面） 利皮肤空气阻抗差异区分指纹刷Yu位置 超声技术超声频率104Hz109Hz量调节损害体程度（医学诊断强相）
图45超声波指纹检测
μCOSII操作系统定频率定期STM32引脚进扫描超声波识模块通STM32引脚硬件接入系统超声波屏指纹识系统检测指纹信息需处理时候会通STM32链接引脚进行数传数表传递关寄存器里面操作系统通寄存器部数读取判断进行判断相关操作：
（a）指纹录入
需录入新指纹时操作系统会调动登录程序求进行相关信息录入然信息信息库里面信息进行配关联指纹信息次着样指纹数出现时候直接进行相应判断
（b）指纹判断
需判断指纹时需操作系统储存器中读取已指纹数会接收数进行判断指纹背代表信息相应求出信息操作
进行判断执行操作系统中容进行更新
第五章 总结
次系统设计觉学少东西纳起点：
（1）次毕业设计年学检验系统前学方面知识项目相关工作进行结合前想法进行实现中遇问题寻找解决办法程中学更加扩宽眼界认识然发现存足控制理理解够深入光环境建模力考虑够完整程序编写调试力进步加强提高理学觉性动性理应实际问题中应该注意事项等
（2）进步熟悉传感器相关理控制理光强度相关理系统研究MATLAB编程等方面知识通次设计实现光强度控制进行光强度调节程中通信Simulink包含模块传感器技术等更深刻理解够基MATLAB语言进行编程实现设计简单系统进行仿真
（3）次毕业设计全程逐渐推进助系统化思考问题力实际项目阶段注意事项工作容定程度解次设计程中先查阅量文献资料解课题关相关背景技术发展文献中应种理进行研究建模系统搭建坚实基础理进行较细致研究推导利MATLB中Simulink库进行系统建模续调试程参数设置等然老师学指导帮助独立完成程度独立完成课题项工作力锻炼提升更重加强控制理传感器技术理MATLAB控制程仿真等较详细解进入工作岗位增加实践验明确学方
（4）次设计中文献资料查阅切工作基础伴整设计程中步理分析种清楚理解位需次进行相关原理性资料查阅进行建模程中阅读编写程序代码学相关知识然查阅资料方面包括老师学间交流程中知识面扩展眼界提高技术进步更加发现方面足处坚定工作中加强学身边员交流决心明白动进行交流意义懂断学重性
参考文献
[1] 邹奉庭嵌入式动指纹识系统研究设计[D]武汉理工学20015
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（基单片机隐形指纹识系统）
（An invisible fingerprint identification system based on single chip microcomputer）
中文摘
着科技飞速发展安全意识越越强隐私财产安全问题提出许许解决方案众方案中运指纹识指纹具唯性终生变性量关注飞速发展着发展手机屏幕越越势必影响着手机体积更影响着部分体验手机体积变情况屏幕达值成困扰厂商问题基础厂商提出全面屏方案问题带解决方案实现全面屏中问题避免屏幕开孔屏幕面识指纹方法社会市场屏幕辨指纹方式种：电容发辨指纹光线辨指纹超声波辨指纹手机屏占例会显著升高促进全面屏时代文超声波指纹识技术进行讨探究
次STM32单片机作控进行模拟意提高指纹识精度识时间改善目前超声波指纹识反应慢精度略足情况系统中利算法通计算声波反射时间形成指纹图达指纹识目
关键词：超声波 屏指纹识技术
Abstract
With the rapid development of science and technology people＇s safety consciousness is becoming more and more strong on the issue of privacy property security put forward many solutions in many scheme people use most is fingerprint identification for fingerprint uniqueness and invariance for life so got a lot of attention and rapid development and with the development of mobile phone screen is becoming more and more big is bound to affect the volume of a cell phone more influence on the use of some experience and how to make the phone under the condition of constant volume the screen can achieve maximum has become a serious problems in the major manufacturersManufacturers put forward on this basis the full screen brought the best solution to this problem and achieve full screen one of the problems is how to avoid the hole on the screen the vendor and puts forward the screen of the fingerprint identification scheme under the screen of the fingerprint recognition on market at present there are three main types optical fingerprint capacitive fingerprint recognition and fingerprint identification improved under ultrasonic fingerprint screen screen proportion to further promote the development of the full screen on real significance this article will discuss the ultrasonic fingerprint identification technology and explore
This time STM32 singlechip microcomputer will be used as the main control for simulation in order to improve the fingerprint identification accuracy and identification time improve the current ultrasonic fingerprint identification response slow and slightly insufficient accuracy of the situation in this system will use the algorithm by calculating the reflection time of the sound wave to form a fingerprint image so as to achieve the purpose of fingerprint identification
Key wordsUltrasonic Under glass
目录
第章 概述 1
11 课题研究背景意义 1
111超声波屏指纹识研究背景意义 1
112 超声波指纹识技术 1
12 国外研究现状 2
13 超声波指纹识技术优势 3
131光学屏指纹识技术 4
132 电容式屏指纹识技术 4
133 超声波屏指纹识技术 4
第二章 系统设计 5
21 系统设计 5
211指纹采集模块 7
212指纹处理模块 7
213户交互模块 7
22 工作流程 8
23 控制模块 9
第三章 指纹采集 11
31 传感器简介 11
311传感器简介 11
312传感器数学模型 12
32 指纹传感器 13
33 指纹采集 13
34 指纹图处理 15
第四章 实时操作系统 17
41 开发环境简介 17
411项目理功 17
412集成功 17
413编辑器 18
414 常调试命令 18
415 常调试方式 18
42 操作系统移植 19
421务调度 19
422务理 19
423时间理 19
424务间通信步 19
425存理 19
43 操作系统移植中C语言改写文件 21
44 超声波屏指纹识 22
第五章 总结 25
参考文献 27
致谢 29
第章 概述
11 课题研究背景意义
111超声波屏指纹识研究背景意义
指纹识作安全成低生物识技术目前旧取代手机全面屏火热情况避免屏幕开孔成难题苹果代表部分3D识技术通结构光构建脸模型进行识厂商方案环境求较高方案提出初级受量质疑设计师提出背部指纹识方案背部指纹识质机体开孔法避免受灰尘污渍影响部分消费者认背部指纹识破坏手机整体美观背景设计师提出屏指纹识作解决方案搭载屏指纹识系统手机推出立刻受量评屏指纹识技术保证屏幕完整性符合绝数户惯出屏指纹识技术全面屏迅速发展新增长点逐步成全面屏标准配置
次研究第三代超声波指纹识技术研究象进行屏指纹探讨研究目前开放技术基础进行研究作方案设想
112 超声波指纹识技术
2015年起高通超声波指纹辨技术SENSE ID 3D 识指纹技术世界移动设备普手机厂商逐渐屏幕方辨指纹技术发展起光学达识指纹目光线射指纹纹理发生光线探测出电容式辨指纹方式运指纹传感器手指纹路产生汗液者电解液形成指纹图两种少会受材料污渍影响超声波会存样问题超声波指纹识技术特点具较强穿透性够穿透玻璃铝锈钢等材质阻碍物进行指纹识手机需屏幕开孔直接指纹模块置手机部减少屏幕占超声波准确识种材料透屏幕进行精确度较高扫描指纹
背景见超声波指纹识技术必定会成移动端生物识技术流超声波指纹识技术完全成熟情况产品美观安全解锁速度会电容式光学指纹识技术强许会产品更受户欢迎
身份识生物特征必须具唯性稳定性性质研究验表明生物识特征体：声誉指纹面部瞳孔等
辈子会发生变化种方式辨出特征信息身份基础逐渐发明面部识声识包括目前研究指纹识等许许身份识技术着社会发展技术已非常成熟日常市面存身份识技术性种识准确率较图表示：
图11生物特征识技术较
次STM32单片机作控进行模拟意提高指纹识精度识时间改善目前超声波指纹识反应慢精度略足情况系统中利算法通计算声波反射时间形成指纹图达指纹识目
12 国外研究现状
121指纹识系统现状简述
根国际生物识组织IBG（国际生物识组织）发布表格该图表显示20072012年生物识产业总收入（图11）出生物识市场非常庞接年中存 年份 着持续稳定增长2012年产品销售额达74亿美元[3] 生物特征识效生物体身份识途径生物特征识技术市场份额占中越越着计算机嵌入式技术进步代迅猛发展 特 911事件美国第解 提高安全意识欧洲国家已开始力支持开发该技术
超声波指纹识技术名称SnapdragonSense ID种通超声波扫描指纹形成3D指纹模型图光学指纹识通光线反射探测指纹回路电容式指纹识通利指纹sensor导电皮电解液形成电场实现指纹图扫描两种少会受材料污渍影响超声波会存样问题超声波准确识种材料透屏幕进行精确度较高扫描指纹全面屏越越火热现疑相受厂商欢迎
超声波指纹识确具高精度高安全性特点超声波身穿透部分材料作屏指纹识确优势算法硬件成熟超声波指纹识技术存少问题例三星手机款手机前段时间中国银行禁指纹支付原超声波指纹方案存重缺陷隔着层TPU薄膜情况未录入指纹手指解锁
目前超声波指纹识算法研究重点难点概括三方面：种噪声定位特征较图失真 指纹识技术需改进已应程序市场中广泛认 目前指纹识技术进步非常成熟辨生物识技术设备讲指纹识系统分网络系统集成系统信息技术线指纹识系统实施非常方便时量线指纹识产品例指纹锁笔记B指纹鼠标PC指纹识设备言指纹识系统享集成网络中首先信息技术飞速发展实施方便线指纹识系统 n量线指纹识产品例笔记指纹鼠标指纹计算机指纹系统者开发处理器技术集成速度快着性提高价格继续降实施集成指纹识系统仅更加方便实现整系统价格越越高众接受着公众身份识技术需求增加指纹识正逐渐种场合中嵌入式指纹识系统体积安全稳定性高识性效率高受越越关注
122 指纹传感器现状
前嵌入式开发辨指纹系统市面联机市场份额占高包含技术更加广泛发展速度非常快速外指纹传感器极速成熟度科技发展带动断提升传感器开始准确采集度功耗越越低刮擦式辨指纹传感器根方式改变传统指纹收集方式耗性价变条件极提高收集指纹力速度甚某厂商研究出全面优前代指纹传感器新型传感器止提高质量识速度等指纹识算法中预处理续匹配更加方便处理效果更值整识程更高效更准确
13 超声波指纹识技术优势
超声波指纹识技术指纹识技术第三代超声波种频率超20000赫兹声波具方性穿透性强特性易获较集中声穿透数材料进行吻识例：金属制品蓝宝石灰尘水渍等两种技术法实现第二代分光学电容式指纹识相较两种指纹识技术超声波识精度会更高超声波身特性决定三种指纹识技术背景：
131光学屏指纹识技术
目前成熟屏指纹识技术通光线反射进行指纹扫描然已指纹图进行实现指纹识优势程度避免光线指纹识影响缺点较明显特定区域需常亮会出现烧屏现象影响寿命
132 电容式屏指纹识技术
前市面极数手机开孔方式满足指纹识方式属电容式指纹鉴方式原理皮肤表面凸起部分会指纹位置传感器间距离会改变会影响电容值终通技术手段翻译直接处理电信号精准识出指纹缺点信号会穿透性受干扰想通方式满足屏指纹困难
133 超声波屏指纹识技术
指纹识技术采超声波原理传感器种压电物质生产出中频率变超声波超声波通玻璃者oled屏幕碰指纹弧度者凹凸状态会达超声波折射率发生改变通获取定量改变差异达指纹识效果构建出3D图代表着印着机指纹纸片法解锁超声波指纹识技术具特性具穿透数材质力准确找指纹说3D印出指纹法骗两点超声波指纹识安全性疑提高等级
第二章 系统设计
21 系统设计
数嵌入式嵌入式指纹识系统单微处理器该系统目前离线运行 种类型系统中微处理器必须执行复杂图处理负责监视外围设备系统指纹处理效率低系统功简单重系统升级功扩展非常利系统升级功扩展非常利
图21 系统流程图
嵌入式达指纹辨设计中分两部分：指纹识模块控制模块 中采DSP处理器解决算法部分完成匹配算法指纹手机预处理软件算法方面实现 控制模块处理器运单片机完成完成接户系统系统接口工作 算法模块DSP处理器充分发挥出处理数力目标实现识指纹算法中 单片机具强控制力实现便捷功方便完成外围监视
图22 硬件框图
软件部分STM32部通硬件资源实现程序逻辑系统中软件基uCOS II系统进行开发包括USB驱动程序DSP通信模块超声波识模块驱动调度程序等框图图示
图23 软件框图
系统中TITMS320VC5416DSP改进哈佛结构处理器单元线程特殊指令（加法指令等）DSP具强数处理功TMS320VC5416具强数处理功支持高达160 MB时钟频率速度作系统算法核心处理器 单片机Philps公司选择P89C52单片机具系统控制力强结构简单扩展方便特点适合作系统控制核心
单片机选型P89C52Philps公司开发优点结构较简单系统控制力较强外接扩展较方便适合作次设计核心基DSP单片机该设计部分：首先收集指纹模块次处理指纹模块接接户通信模块
211指纹采集模块
系统中采AuthenTec公司AES2510擦刮式指纹传感器DSP控制采集指纹存储器等步处理
212指纹处理模块
213户交互模块
MCU户交互模块键盘输入LCD协作系统中形成户交互模块 单片机通该程序构建嵌入式MIS系统 户通键盘LCD输入系统进行通信完成诸指纹注册登录系统设置类功功结构图24
图24 MIS功结构图
22 工作流程
置指纹识系统独立完成指纹输入图处理提取匹配指纹特征模块访问备份通信模块重新修复指纹模块丢失数库设计组件化开发思想调功方面强方便设计单独嵌入式该系统扩展功提升种场者设备安装指纹检查系统果注册新指纹时先通电脑者输入设备输入注册ID然系统控制指纹收集模块采集户指纹形状数系统收集准确指纹数DSP会处理数单片机数存储系统数库里面户登入采11方式户登入时需输入注册时Id根系统处理效率DSP户指纹图收集处理然数数库里存储数进行较符合条件返回成功信息特殊情况数库里数信息通通信模块计算机备份数发生丢失通计算机备份回
新户注册时候输入设备输入串注册ID然系统会DSP收集注册户指纹收集准确指纹数时DSP会转换计算器识数登入时采11方式户需输入注册时ID采集户指纹信息数库里数进行流程图示：
图25户注册登录流程图
23 控制模块
采STM32芯片STM32F103RBT6种32位数处理器意法半导体集团托Acorn公司研发32位处理器核研发具128KBFLASH 20KBRAM够处理12位数具16位定时器异步通信接口五部分构成 具体部结构图26示
图26 STM32部结构图
更该芯片需该芯片项参数详细解表2芯片STM32F103RBT6参数详解列举
表21 STM32F103RBT6参数表
参数
范围（构成）
封装
LQFP64
核
ARM32位CortexM3
存储器
128KB (固态)20KB(静态)
编辑器
128KB
时钟频率
416 兆赫石英振荡器
复位
POR PDRPVD
电源理
置32 kHz RCRTC专32kHz 振荡器校准
数模转换器
2 x12bit 1μs16通道
DMA控制器
支持定时器数模转换器SPI 接口i2c 接口USART 接口
DEBUG模式
SWDJTAG 接口
定时器
三4IC OC PWM 脉计数器(pulse counter)16位定时器2 16 位监视定时器124 位递减计数器SysTick定时器[8]
通信接口
2 支持SMBus PMBus I C 接口 3 ISO7816 接口2 18 Mbits SPI 接口
第三章 指纹采集
31 传感器简介
311传感器简介
根传感器GB766587定义：感测特定测量转换特定规输出信号设备 传感器通常包含两部分敏感元件转换元件 感测元件通常执行感测响应测量功转换元件完成感测元件感测量转换适合传输处理电信号程传感器组成图31示框图表示
图31 传感器组成框图
传感器种类功相测量传感器实现测量传感器具分类方法根感知信号类型传感器进行分类分基物理效应物理传感器基化学反应化学传感器基生物中分子识功生物传感器外工作原理进行分类根敏感材料进行分类测量分类等种分类方式系统中光电传感器种物理传感器系统中通传感器参数进行拟合实现MATLAB中㡰传感器建模传感相关特性解具重作
传感器种特性基输入输出关系进行描述输入信号静态信号时候时静态特性输入信号周期性者暂态等动态信号时候时动态特性动态特性23节结合传感器数学模型进步详细介绍静态特性描述参数：
（a）灵敏度：
描述输出输入敏感程度实通输入输出变化值定义式1表示：
中表示输出变化表示输入变化
（b）线性度：
然总希输入输出处完全线性状态现实情况中实现需非线性测程度进行评价线性度样评价参数根输出输入校准曲线理想曲线间偏差传感器满量程式2表示
中表示输出输入校准曲线理想曲线间偏差值Y表示传感器满量程线性度图32表示：
图32线性度
（c）灵敏度阈值：
通式1难发现输入发生变化时候输出发生相应变换输入变化定程度输出变化收敛爱某固定值时候输入变化值灵敏度阈值
312传感器数学模型
传感器必须具良静态动态特性完成失真转换
（a）传感器静态数学模型
中：x输入y输出a0零输出al传感器线性灵敏度a2a3 an非线性项确定常数
（b）传感器动态数学模型：
32 指纹传感器
Authentic制造新代AES2510指纹识技术制造新代刮擦指纹传感器 特征：该传感器975mm x 081mm指纹捕获区域接收192x16指纹图阵列分辨率500ppi（素英寸）物理摩擦具非常强抵抗力 传感器受万次摩擦者刮痕选择传感器非常重原高性价低耗秒15cm速度滑行手指秒240帧速采集
突出特点采集指纹图进行系统动态化优化避免手指皮肤者手指污垢指纹图带命影响十分便捷通信接口模式步串行接口八位行接口时支持片DMA方式
33 指纹采集
目前指纹识理技术逐步成熟指纹图采集已成嵌入式指纹识系统关键 指纹图质量直接识系统处理速度准确性关 指纹成系统程度决定指纹识系统优点 发展指纹传感技术指纹收集技术已必少部分
着社会发展指纹识技术移动设备者便携设备需求量增加厂家指纹传感器成进行降低需求刮擦式指纹传感器已逐渐站稳脚步刮擦式传感器手指表面摩擦时候采集许许图然图进行处理分析拼接终形成整手指指纹信息图
刮擦指纹传感器工作原理粗糙：手指滑传感器表面时手指开始放置传感器刻起传感器设置时间段读取指纹段图 传感器表面移开 采集程中动确定时放置手指时离开传感器表面非常重
外必须缝制收集图形成正常指纹缝制需指纹两相邻帧必须具定相关性然果相关度太高收集指纹图间冗余度太高整收集针迹效率高获取指纹段图时间间隔基划痕传感器收集特性述分析DSP作处理器编写动指纹收集程序
AES2510具63芯片寄存器通设置芯片寄存器实现传感器工作控制总言收集指纹程通处理器命令发送传感器芯片高位寄存器允许传感器适条件检测手指然指纹图时存储传感器芯片存储器中终处理器读取[42]刮擦传感器固采集特性指纹采集程带困难果实现收集系统稳定运行收集程中需考虑点该状态首先格式化芯片寄存器包括设置指纹检测频率设置检测获取间时间获取第列列传感器AD AD转换低参考电压增益
更进步优化指纹采集需根指纹状态进行调整采集器参数采适应算法行修改开始设置寄存器便传感器收集帧图寄出该图帧进行参数参考调整然指纹传感器进入指纹识模式检测指纹信息便会收集指纹根原设置AD进行转换量化储存传感器部存储器中存储传感器部存储器中保证数数总线总效处理器读取数指纹数效时进行读取根该帧图做采适应算法进行调整传感器AD变换参数次次重复操作直完成数完成操作传感器采集参数调整素指纹采集程正式开始(图33)
图33 指纹采集流程图
系统进入收集准备时第步寄存器进行初始化处理包括频率识采集时间段收集时采集列表AD转换器低电转换增益等容需采集指纹图方面着手处理需根指纹发生变化状况设计相应处理算法目图效果更佳完整准确需传感器进行设置效果传感器收集张图精确帧做修改调节加参考传感器加入指纹检测模块识出指纹收集指纹开始设定参数指纹量化AD转换器转换数存入传感器部存储器算法准确数通数独处相应算法确定数玩成传感器采集参数调试结束正式进入指纹采集功
34 指纹图处理
显然初收集指纹段图实际指纹图法电子邮件中果继续进行指纹识指纹段图中两相邻图间存定相关性相关性原始收集图进行性组合形成原始指纹图图缝合算法原始指纹图图处理程中历第程目标删原始带图中具重叠部分图删程中补偿左右偏移应丢失正确指纹功引入错误功基述思想定义拼接算法基原理：张图中参考图相部分第张图末尾作参考然进行更新该图附加前图末尾然合成图末端参考继续查找帧图相部分然缝制等然返回帧指纹图然整指纹图放起
实际实现中128 * 4素窗口适合作192 x 16素帧图窗口 首先第帧4行中间取128列放相应窗口中 相窗口第二帧中滚动查找位置窗口中相似部分 定位坐标然第二帧坐标部分连接第帧末尾 相方式更新嵌入部分四行中间128列匹配窗口扫描匹配帧然合 中特定计算实现旨找应窗口
中遍历寻找匹配窗相似具体实现次计算
fs遍历匹配窗口中i行j列素值wj 匹配窗中第i行j列素值然S值处匹配窗图相似部分算法指纹采集初图进行拼接处理指纹图图34
图34 拼接图（旋转放置）
第四章 实时操作系统
41 开发环境简介
目前广泛单片机开发工具uV2已Keil公司研发ARM CortexM核单片机STM32通定方式构成机整体适前者开发环境中里需指明机整体构成研发环境包括五组成部分CompilerAssembler RTOSThe project manager DeBugger目前广泛单片机开发工具uVision2充分发挥开发作五部分创造出种拘泥固模式研发区域[15]
uVision2x相开发环境两功特征：
411项目理功
项目源文件开发工具选项编程说明构成 uVision2项目工程够产生相应程序程序产生源文件形成组开发工具选项应目标组文件 作广泛单片机开发工具uVision2部存种器件数库数库达户求会进行动化调控选定AssemblerCompiler LocatorDeBugger五方面进行调试掌控时作广泛单片机开发工具uVision2部数库特征明显单片机存储器存储计算机系统中机外设备数信息单片机功较特殊寄存器种带电粒子增加速度装置进行外伸展作广泛单片机开发工具uVision2够通明确具体出发址规模单片存储器中片外存储器起相应连接沟通作
412集成功
作广泛单片机开发工具uV2作体现保障者够计划完成相应工作工程集成场效应类型浏览器通数结构组织存储理数符号仓库提高者查询汇编语言高级语言组成文件时浏览器会通精确符号数合理规划者停变化现代信息技术中保存信息记忆设备具体设计功：[16]
（1）文件查询作：通指定文件中进行全方位查询搜寻
（2）菜单工具栏：者提供V2集成开发背景
（3）SVCS接口端：提供通道控制系统进入
（4）PC－LINT接口：针者某种应目撰写软体代码提供较深入编译程逻辑阶段具体分析
413编辑器
作广泛单片机开发工具uVision2够程序调试确保稳定托便者迅速纠错重写程序时单片机开发工具非常解者特点彩色显进行相应检查辨汇编 语言高级语言写出C代码加合理运升级
414 常调试命令
程序进行连接首先Ctrl+F5键菜单栏调试程序键>开始键停止键停止调式会话进入调试模式Keil计算机系统部存模拟中央处理器进行整程序仿真操作中央处理器毫硬件系统完全模拟状态进行运作调试运行起着功性作[17]然系统进入调试模式整界面会变样时调试菜单栏中命令均操作时会出现新工具框工具框专门针系统调试进行指令操作调试菜单绝数调试命令正常
里需注意进入调试模式运行仅仅模拟测试真实系统环境存调试误差果系统环境运行稳定高速调试运行速度会较快反然
415 常调试方式
常程序调试方式包括复位暂停工作单步程单步执行目前子程序运行目前程序行断点设置线汇编代码作范围分析性分析等诸类次设计中涉常调试方式：
（a） 单步执行：
程序分开运行运行完成刻停止进行程序运行调试方式优点次程序执行问题进行迅速反馈时找错误程序运算结果设计相符缺点耗时长运行较缓慢
（b） 程单步：
通程序运行结束立马进入程序运行中调试优点高速较全面程序设计成果缺点法纠正错误发现错误出现位置
（c） 断点设置：
系统设计程中进行程序调试必须某位置进行调试断点设置程序调试重手段毕竟单步执行程单步法优缺点综合通设置断点进行程序中止实现调试功非常必操作般设计运行中会程序某出现运行状况位置设置断点果程序工作该处时刻停止样程序员观察整系统运行变化值更精准掌握相关数变值般操作会选取程序行设置断点然通菜单调试>插入删断点键断点进行设置取消中调试>启Disable断点开始中止断点调试>启Disable断点停止断点调试>禁端点消断点[18]
42 操作系统移植
μ COS II开放源码实时嵌入式操作系统[13]支持64务设计者建议户保留8留户应程序56优先级务完全剥夺型实时核( 执行绪态中优先级高务)支持信号量(Semaphore)邮箱(Mail Box)消息队列( Message Queue)等种进程间通讯户需根身需求某核模块者说功区进行删减保留程序系统需容动态操作系统核种功
421务调度
需根务系统务调度进行某特殊需求设计需机状态快速优先级执行某指定务
422务理
处理六十四进程者务务般情况执行限循环功运行工作分种单独进程根进程调整优先度务会执行简单准确功会拥属堆栈会务调度添加务调整优先级优先度优先度高务执行发布移 423时间理
需户提高定时中断秒钟发生十次甚百次频率需户设定
424务间通信步
μ COSII提供四种步象分信号量邮箱消息队列事件
425存理
μC OSII动态理分区连续块存效解决存碎片问题 前51系列扩展单片机构成嵌入式系统部分μC OSII转变嵌入式软件仅达动态系统力提高方便性实性 系统 调试程序容易 μC OSII专门硬件进行策划uC OSII核系统划分3中图41示：属处理器代码应程序妈μC OSII基C51单片机嵌入式系统中准确误完整执行必须属处理器源代码写入μC OSII核中
图41说明μC OSII设备结硬件结构存关系许应位该设计框需引API功达调度切换程存储通信程中进程专属CPU设计限循环 操作系统样μC OSII具两种类型源代码中数CPU硬件相关配置语言编写数C语言编写 旦系统启动运行请尝试化配置语言组件便μC OSII轻松移植CPU端口进行驱动
图41系统软件硬件体系结构
43 操作系统移植中C语言改写文件
考虑种代码易读性维护性兼容等方面条件uCOS代码数c语言实现考虑性实际情况种单片机处理器读写时汇编语言完成完成单片机关部分代码旧汇编语言达求前述移植μ COS II程中汇编代码编写工作集中OS_ _CPU A ASM文件中
Os_ CPU_ A ASM包括四汇编语言实现功ts 46 sJlosstartHighRdyOOSCtxSw0os IntCtxSw0OSTickISRO功采public声明外部模块时引调全局变量OSTCB Cur OSTC BHi ghRdyOS Running OSPrioCur OSPrioHighRdy外部子程序包括外部重入子程序 OSTaskSwHook0OSIntEnterOOSIntExit() OSTimeTickO修改务程中目前正执行程序外部RAM需高频率指针安全寄存器值批处理结构批处理操作宏定义批处理宏PUSHALL批处理宏POPALL批处理堆栈结构图42示 面详细描述述四配置功 面详细描述述四组装功
操作系统：层开始函数osstart0中会引starthighrdy0功务先做事情调OSInitO前创建务全局指针OSStartHighRdy指示完成务高优先度OSStartHighRdy）OSTCBStkPtr指务堆栈顶部 该功务：
1操作务函数
2目前ostcbcur目前执行程序务指针控制模块
3堆载里务指针ostc堆载里务指针
4务换系统堆栈里
5执行标志位
6出栈中断返回出
图43宏定义堆栈结构示意图
44 超声波屏指纹识
超声波种频率高20000赫兹声波超声波指纹识技术原理sensor压电材料产生定频率超声波超声波透盖板玻璃者OLED显示屏手指脊谷区域超声波反射率反射波压电材料区域产生逆压电效应通定处理抓取该差异值实现指纹扫描构建出3D图代表着印着机指纹纸片法解锁超声波指纹识技术具特性具穿透数材质力准确找指纹说3D印出指纹法骗 原理图：
图44 超声波反射图
图中出超声波检测类型超声波透射波回波两部分 指纹传感器发射超声波接收手指反射信号指纹中绘制变化 原理超声波具穿透材料力材料会产生回声（超声波程度吸收透射反射达表面） 利皮肤空气阻抗差异区分指纹刷Yu位置 超声技术超声频率104Hz109Hz量调节损害体程度（医学诊断强相）
图45超声波指纹检测
μCOSII操作系统定频率定期STM32引脚进扫描超声波识模块通STM32引脚硬件接入系统超声波屏指纹识系统检测指纹信息需处理时候会通STM32链接引脚进行数传数表传递关寄存器里面操作系统通寄存器部数读取判断进行判断相关操作：
（a）指纹录入
需录入新指纹时操作系统会调动登录程序求进行相关信息录入然信息信息库里面信息进行配关联指纹信息次着样指纹数出现时候直接进行相应判断
（b）指纹判断
需判断指纹时需操作系统储存器中读取已指纹数会接收数进行判断指纹背代表信息相应求出信息操作
进行判断执行操作系统中容进行更新
第五章 总结
次系统设计觉学少东西纳起点：
（1）次毕业设计年学检验系统前学方面知识项目相关工作进行结合前想法进行实现中遇问题寻找解决办法程中学更加扩宽眼界认识然发现存足控制理理解够深入光环境建模力考虑够完整程序编写调试力进步加强提高理学觉性动性理应实际问题中应该注意事项等
（2）进步熟悉传感器相关理控制理光强度相关理系统研究MATLAB编程等方面知识通次设计实现光强度控制进行光强度调节程中通信Simulink包含模块传感器技术等更深刻理解够基MATLAB语言进行编程实现设计简单系统进行仿真
（3）次毕业设计全程逐渐推进助系统化思考问题力实际项目阶段注意事项工作容定程度解次设计程中先查阅量文献资料解课题关相关背景技术发展文献中应种理进行研究建模系统搭建坚实基础理进行较细致研究推导利MATLB中Simulink库进行系统建模续调试程参数设置等然老师学指导帮助独立完成程度独立完成课题项工作力锻炼提升更重加强控制理传感器技术理MATLAB控制程仿真等较详细解进入工作岗位增加实践验明确学方
（4）次设计中文献资料查阅切工作基础伴整设计程中步理分析种清楚理解位需次进行相关原理性资料查阅进行建模程中阅读编写程序代码学相关知识然查阅资料方面包括老师学间交流程中知识面扩展眼界提高技术进步更加发现方面足处坚定工作中加强学身边员交流决心明白动进行交流意义懂断学重性
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