基于指纹识别专用芯片FCHIP2的功能特性及应用方案

目前进行身份识别的方法多种多样。相比之下，指纹识别作为一种生物特征识别方法，具有唯一性和相对的稳定性。使用计算机技术进行指纹身份验证具有验证设备使用简单、成本低廉、识别精度高、便于携带等诸多优点。可以说指纹识别是一种适于广泛应用、可靠有效的身份验证方法。 从历史上看，人们早就认识到了人的指纹对于身份验证的唯一性，而且不乏使用先例。例如契约押印、犯罪破案等。近年来，随着计算机技术与计算机图形识别技术的进步，使用计算机或微处理器进行指纹身份验证得到越来越广泛地应用。911之后，美国的举国“反恐”体制更是将指纹身份验证作为最基本的国家防范手段之一；现在有些国家和地区正在筹备实行指纹身份证。中国国内也已出现了指纹门禁、指纹门锁、指纹保险柜、指纹考勤机等产品。目前指纹身份验证的发展方兴未艾，并将具有越来越广泛地应用领域与使用价值。

图1：具有高运算性能的FCHIP2芯片

目前，世界上对于使用计算机技术进行指纹身份验证还没有统一的标准，那么如何来评价一个指纹识别设备的性能？现在行业中流行的主要有3个相关的参数：

1. “误识率”—‘张冠李戴’地错误识别了其他人的指纹；

2. “拒识率”—已经存入设备的指纹不予识别；

3. 识别速度。

对于产品的应用，我们认为还有2个重要的因素：1. 对损伤手指指纹的识别率；2. 对历史指纹的识别率。这两项对于指纹产品来说有着很重要的意义。 目前实现指纹身份验证主要基于两种运行平台：一种是PC；另一种是使用微处理器的小型便携或嵌入式装置。对于基于PC平台的指纹识别设备来说，决定其性能的主要因素是指纹识别算法与指纹传感器的性能。对于基于小型微处理器装置的指纹识别设备来说，决定其性能的主要因素除上述两点以外，微处理器的性能与系统的结构也是非常关键的因素。

图2：FCHIP2与PC连机使用方案。（a） 硬件结构框图；（b） 软件结构图

但是上述结构的指纹识别设备具有重复开发、成本较高、体积较大等缺点。它们是一个时期的阶段性产品，必将被专用的指纹识别芯片所取代。

指纹识别专用芯片FCHIP2

根据目前指纹识别市场的发展，上方电子公司（BEYONDLSI）开发出了专用指纹识芯片FCHIP2（结构见图1）。该芯片具有非常高的运算性能，其内嵌有上方电子的指纹比对算法程序，这种算法具有多种优秀的特性，例如精度高、在面积型传感器上指纹在360°任意方向都可以识别、指纹模板数据小等。该算法已经申请专利。 FCHIP2指纹芯片的主要特点如下：内嵌200MHz指纹比对引擎；片内64KB SRAM；具有USB1.1、UART、SPI接口；具有与指纹传感器的接口；通用16位接口；FBGA 144脚封装；体积：10×10×1.26mm；3.3V供电。指纹比对参数：FAR＜0.01%；FRR＜1%；比对速度＜1.5s。 FCHIP2芯片内植入了与富士通公司的MBF310、MBF200，台湾祥群科技（LighTuning）公司的LTT-SS500，以及上方电子公司的BL-FO180B等四种型号指纹传感器相挂接的驱动程序。在后续产品中将继续植入与其它型号指纹传感器相挂接的驱动程序。

图3：使用FCHIP2设计的一个小型模块结构

只要将FCHIP2芯片与上述四种型号之一的指纹传感器相连接并配以简单的外围电路（晶振、LDO电源等）就可以组成一个简单的指纹模块。使用芯片的USB口，该模块可以连接PC使用；使用芯片的UART口，该芯片可以作为嵌入式模块使用。这就为进行二次开发提供了方便条件，只要掌握了通讯协议就可以进行开发，并能很容易地将指纹比对芯片嵌入到用户自己的产品或系统之中。 此外，FCHIP2还提供了基于该芯片的功能扩展开发的条件与能力。用户进行小系统开发时，在芯片上外挂用户FLASH，存储用户自己的控制程序，并连接用户自己的控制对象。这样就组成了一个由FCHIP2单一芯片实现的既有指纹比对功能，又有用户控制功能的小型控制系统。下面对于FCHIP2的使用给出几个应用方案。

FCHIP2应用方案

与PC连机使用方案。这是一个与PC通过USB口相连接的非常小型的USB设备，指纹比对与指纹模板（指纹特征数据）的存储都在这个USB设备中进行，PC与设备间通常进行命令控制、状态传输，或者对指纹模板进行备份（Backup）、恢复（Restore）传输。

图4：用户可将FCHIP2直接嵌入到自己的控制系统之中

图2（a）是该方案的硬件结构框图，图2（b）是软件结构图。这个与PC相连接的USB指纹设备具有广泛的应用范围。例如，PC系统的登陆与注册；各种需要验证身份的应用程序的调用；网络安全身份认证等等。总之，凡是在PC中需要输入密码的应用场合都可以在接入本设备后，在应用软件的配合下，使用指纹身份认证来代替密码。 产品模块方案。用户可使用FCHIP2设计一个小型模块作为产品销售或作为自己产品、工程的组成部分。如图3所示使用FCHIP2设计的一个小型模块。该模块与上位机通讯一般使用UART接口。 芯片嵌入方案。用户也可将FCHIP2直接嵌入到自己的控制系统之中，其嵌入与控制结构见图4。 单芯片小系统控制方案。这是一个充分发挥FCHIP2的潜力的使用方案。在这个方案中FCHIP2除担任指纹比对功能外，还可直接介入到用户的控制任务中。FCHIP2的设计人员在设计时考虑到了用户对于这个芯片的二次开发应用。

图5：用户可根据自己的需要挂接所需要的设备

FCHIP2外挂的FLASH MEM既可以存储用户程序也可以存储用户的数据。FCHIP2具有丰富的资源，它具有处理速度达到200MIPS的处理器，以支持效果优良的指纹比对工作。但除了在进行指纹比对时的瞬间忙碌外，其余大部份时间该芯片都是处于闲置状态。FCHIP2具有2个UARMA、6TIMERs、RTC等单元的支持。这些都为用户提供了一个进行控制与应用开发的高档次的资源平台。用户可根据自己的需要挂接所需要的设备。其结构见图5。对于FCHIP2的二次开发，上方电子公司可提供开发系统。

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