嵌入式系统设计

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课题：嵌入式系统设计

摘要

论文首先采用三星公司ARM9核心的S3C2440A处理器组建了嵌入式硬件结构，进行了外围电路的设计，并设计了一款实用的BIOS。在此平台上，完成了该款新型指纹传感器FPC1011F在ARM9系统的硬件和软件设计，并在MATLAB中将采集到的指纹数据进行了还原，证明了采集性能优良。

（摘要内容包括目的、方法、结果和结论）

关键词：Gabor滤波；极坐标；指纹识别

I 目录

1 绪论 ........................................................................................................................................ 1

1.1前言 .................................................................................................................................. 1

1.2课题研究意义 .................................................................................................................. 1

1.2.1 指纹识别的研究意义 ........................................................................................... 1

1.2.2嵌入式应用于指纹识别系统的研究意义 ............................................................ 1

1.3指纹识别技术的现状和发展趋势 .................................................................................. 1

1.4指纹识别原理 .................................................................................................................. 2

2 嵌入式系统设计 .................................................................................................................... 7

2.1 嵌入式指纹识别硬件设计 ............................................................................................. 7

2.1.1 系统组成框图 ....................................................................................................... 7

2.2 Bootloader实现分析及其下载实现 .................................................................................

2.3本章小结 ............................................................................................................................

3.3 实验结果 ...........................................................................................................................

……

6 结论 ..........................................................................................................................................

6.1 总结 ...................................................................................................................................

6.2 展望 ...................................................................................................................................

致谢 ......................................................................................................................................

参考文献 .................................................................................................................................... 8

附录 ...................................................................................................................................... 1 绪论

1 1 绪论

1.1 前言

当今社会，电子设备和保密机构对更安全、更方便的身份和访问控制的需求越来越紧迫。传统的机械钥匙、“口令加密码”以及智能卡等的保护措施存在着丢失、遗忘、的解决方案。

1.2 课题研究意义

1.2.1 指纹识别的研究意义

人类所具有的生物特征有指纹、掌纹、虹膜、人脸、视网膜、体味、手形、姿态、语音、签名、笔迹等许多种，但是可以用于身分认证的生物特征必须满足如下的条件[1]：

表1-1几种生物识别技术的比较

识别效果 1比一比对1比一比对传感器价格仪器体积

指纹很好可以可以 10-102 很大

虹膜或视网膜很好可以可以 102-103 大

手形好可以可以 102 居中

人脸变化可以可以 102 小

语音变化可以可以 0-102 很小

通过表1-1比较可知，从识别效果来看，指纹识别和眼睛识别的效果较好，人脸识别受光线的影响较大，语音识别受麦克风的影响较大。指纹识别和眼睛识别的错误率较低，但通过对传感器价格和仪器体积比较可知，指纹识别更易于普及。相对于其它特征的身份鉴别技术，指纹以下7个方面的特性使其成为身份识别技术的首选：

1.2.2 嵌入式应用于指纹识别系统的研究意义

嵌入式指纹识别系统是一个相对独立的完整系统，它不需要与其他设备或计算机进行连接，可以独立完成其设计的功能，其功能较为单一，应用于完成特定的功能。

1.3 指纹识别技术的现状和发展趋势

作为一种人们最为熟悉的生物识别方式，指纹识别已经有了数千年的历史。据考古表头，五号，宋体，单倍行距。 1 绪论

2 学家证实，公元前7000年至公元前6000年，指纹作为身份鉴别的工具已经在古叙利亚重视。

1.4 指纹识别原理

人类的手掌及其手指、脚、脚趾内侧表面的皮肤凹凸不平产生的纹路会形成各种各样的图案。人手内侧表面的纹路就是指纹，19世纪20年代，科学家发现了指纹的两个重要特性：一是唯一性，每人的指纹不同，一个人的十个手指的指纹也不相同。

一个典型的自动指纹识别系统框图[5]如图1.1所示：

指纹采集指纹图像预处理特征提取数据库指纹采集指纹图像预处理特征提取特征提取特征匹配指纹指纹训练模块鉴别模块

图1.1自动指纹识别系统框图图号，五号，宋体，单倍行距。 2 嵌入式系统设计

2 嵌入式系统设计

2.1 嵌入式指纹识别硬件设计

2.1.1 系统组成框图

本系统以三星的S3C2440A为核心处理器，以新型的指纹传感器FPC1011F采集指纹，外围扩展了64M SDRAM和1GB NAND Flash供程序运行和存储指纹数据，连接了一个矩阵式键盘供用户交互使用，两个RS232串口用来调试，最后配备了3.5寸TFT真彩LCD并带有触摸板显示及操作，系统框图如图2.1所示：

矩阵按键64MSDRAM3.5寸TFT

LCD 显示电源S3C2440A指纹传感器FPC1011F1GB NAND

FLASHRS232

串口通信

图2.1 系统框图

S3C2440A是三星推出的一款低功耗、高性能基于ARM920T内核的32位RISC嵌入式微处理器，采用0.13微米标准CMOS技术制造，其小巧低功耗全静态的特点特别适合于价格和功耗敏感的系统设计，具有全性能的内存管理单元MMU（Memory

Management Unit），它采用了一种全新的总线设计，即AMBA(ADVANCED

MICROCONTROLLER BUS ARCHITECTURE)。含有16KB的指令cache和16KB的数据cache、LCD控制器，它专为手持设备和一般应用而设计，能满足嵌入式系统中的低成本、低功耗、高性能、小体积的要求。S3C2440A的主频达到533Mhz，能够很好的满足指纹采集及后续的识别工作。

2 嵌入式系统设计

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2. 封面

3. 摘要格式：

摘要（四号，黑体，居中，2倍行距，段前段后为0）

1)摘要正文

(小四，宋体，1.25倍行距，段前段后为0)

摘要内容200～300字为易，要包括论文的目的、方法、结果和结论。

关键词： XXXX；XXXX；XXXX (3—5个主题词，小四，宋体，1.5倍行距)

（或见前文范例）

4. 目录格式

目录(三号，黑体，居中，段前段后为0)

嵌入式系统stm32课程设计

一、课程目标

知识目标：

1. 理解嵌入式系统基本概念，掌握STM32的硬件结构和编程环境。

2. 学会使用C语言进行STM32程序设计，理解中断、定时器等基本原理和应用。

3. 掌握嵌入式系统外围设备的使用，如LED、按键、串口等，并能进行简单的系统集成。

技能目标：

1. 能够运用所学知识，设计并实现具有实际功能的嵌入式系统项目。

2. 培养学生的动手实践能力，提高问题解决能力和程序调试技巧。

3. 增强团队协作能力，通过项目实践，学会分工合作和沟通交流。

情感态度价值观目标：

1. 培养学生对嵌入式系统的兴趣，激发学习热情，形成自主学习的习惯。

2. 树立正确的工程观念，注重实际应用，关注技术发展，提高创新意识。

3. 培养学生的责任心，使其认识到所学知识对社会和国家的贡献，树立远大理想。

课程性质：本课程为实践性较强的课程，结合理论知识和实际操作，培养学生的嵌入式系统设计能力。

学生特点：学生具备一定的电子技术基础和编程能力，对嵌入式系统有一定了解，但缺乏实际项目经验。教学要求：结合课程特点和学生学习情况，注重理论与实践相结合，通过项目驱动，引导学生主动探究，提高解决问题的能力。将课程目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。

二、教学内容

1. 嵌入式系统概述

- 嵌入式系统的定义、特点与应用领域

- STM32微控制器简介

2. STM32硬件结构与编程环境

- STM32的内部结构、外设接口

- Keil MDK集成开发环境的使用

3. STM32编程基础

- C语言基础回顾

- STM32程序框架与编译过程

- 中断、定时器等基本原理及应用

4. 外围设备使用

- LED、按键、串口等外设的原理与编程

- ADC、PWM等模拟外设的使用

5. 嵌入式系统项目实践

- 设计并实现具有实际功能的嵌入式系统项目

- 项目分析与需求分析

- 硬件电路设计与软件编程

嵌入式系统设计中的难点与解决方案

嵌入式系统是指嵌入在其他设备内部的计算机系统，例如汽车、智能家居、医疗设备、智能手表等。嵌入式系统设计是一个非常复杂和挑战性的过程，需要掌握各种技能和工具，以确保系统的可靠性、可用性和安全性。本文将介绍嵌入式系统设计中的一些难点和解决方案。

难点一：硬件设计

嵌入式系统的硬件设计是整个系统设计的核心，必须确保硬件能够满足系统的要求。硬件设计涉及电路设计、PCB设计、硬件调试、电磁兼容性等诸多方面。一般情况下，硬件设计需要满足以下要求：

1.功能要求：满足系统的所有功能和性能指标。

2.可靠性：确保硬件能够长期稳定运行，不会因为环境变化或其他因素而失效。

3.成本：设计出经济实用的硬件，以降低生产成本。

解决方案：

1.深入了解芯片和传感器技术：在硬件设计中，充分了解芯片和传感器技术是非常重要的。芯片和传感器是嵌入式系统最基本的元素之一，而且不同的芯片和传感器具有不同的特性和优缺点。因此，在选型和设计过程中，需要仔细研究各种技术，尽可能选择成熟的技术，降低设计风险。

2.采用成熟的设计工具：现在，市场上有许多成熟的电路设计工具和PCB设计工具，如Altium Designer、PCB Layout、PADS等，这些工具可以帮助工程师设计出高质量的电路板和PCB。同时，这些工具也提供了丰富的元器件库和设计模板，可以大大提高工作效率。

3.全方位考虑电磁兼容性：在硬件设计中，电磁兼容性（EMC）是一个非常重要的因素。EMC指电器设备在正常的电磁环境下，保持对周边环境的干扰或容许证容忍对干扰的抵抗能力。在设计中，可以通过增加电源滤波器、地线布局、设计合适的电源变压器、合理的PCB布局等方法来提高EMC。

难点二：嵌入式软件设计

嵌入式系统的软件设计也是整个系统设计的重中之重。软件设计的难点在于嵌入式系统的实时性和可靠性。实时性要求系统能够在一定时间内完成指定任务，而可靠性要求系统长期稳定运行，不出现闪退等故障。

嵌入式系统的传统设计方法

嵌入式系统的传统设计方法主要包括以下几个方面:

1. 分析系统需求：设计师需要明确嵌入式系统的功能和性能需求，包括功能需求、性能需求、安全需求等。

2. 设计硬件系统：设计师需要根据系统需求选择合适的硬件平台，设计硬件系统，包括芯片选择、电路板设计、传感器连接等。

3. 编写代码：设计师需要编写嵌入式系统的代码，包括操作系统内核、应用程序等。

4. 测试和调试：设计师需要对嵌入式系统进行测试和调试，以确保系统的稳定性和可靠性。

传统的嵌入式系统设计方法需要一定的技术经验和专业知识，设计师需要掌握嵌入式系统的硬件和软件开发技能。同时，设计师需要考虑到系统的功耗、面积、响应速度等性能指标，以确保系统能够满足用户的需求并且具有足够的可靠性。

随着嵌入式系统的不断发展，设计师还需要考虑到系统的可扩展性、可维护性、用户体验等方面的问题。因此，传统的嵌入式系统设计方法需要不断地更新和改进，以适应不断变化的需求和技术。

嵌入式系统设计和开发流程

嵌入式系统是一种集成硬件和软件的计算机系统，用于控制和管理特定设备或系统的操作。嵌入式系统设计和开发的流程可以分为以下几个步骤：

1. 需求分析：在设计和开发嵌入式系统之前，首先需要明确系统的需求和目标。这包括定义系统功能、性能要求、软硬件平台选择和接口需求等。

2. 系统架构设计：根据需求分析的结果，进行系统架构设计。这包括确定系统模块和组件、定义模块之间的接口和交互方式等。

3. 硬件设计：根据系统架构设计，进行硬件设计。这包括电路设计、电路板布局、选型和采购等。

4. 软件开发：根据系统架构设计和硬件设计，进行嵌入式软件的开发。这包括编写嵌入式软件的代码、进行软件测试和调试等。

5. 集成和测试：将硬件和软件进行集成，并进行系统测试。这包括验证系统功能和性能、调试和修复可能的缺陷等。

6. 部署和维护：完成系统开发和测试后，将系统部署到实际应用环境中，并进行系统维护和升级。

在嵌入式系统设计和开发的流程中，需求分析是关键的一步，它决定了整个系统设计的方向和目标。同时，硬件设计和软件开发也是非常重要的步骤，需要团队成员进行密切合作和协调。在整个流程中，测试和验证也是不可忽视的，它可以帮助发现和解决潜在的问题和缺陷。

准确的嵌入式系统设计和开发流程有助于提高开发效率和产品质量，同时也能帮助保证系统的可靠性和稳定性。

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