基于Nios Ⅱ软核处理器的指纹识别系统SOPC设计与实现

摘要

近年来,指纹识别技术得到了迅速发展和广泛的应用,它在身份识别领域中一直是最可靠的手段之一。不仅如此,指纹识别设备往往相对其他很多身份识别(人脸识别、虹膜识别)设备有着成本上的优势。 SOPC(System On Programmable Chip),即可编程片上系统,是一种灵活、高效的SOC解决方案,是一种新的软硬件协同设计的系统设计技术。它将处理器、存储器、I/O口等系统设计所需要的功能模块集成到一个可编程芯片上,构成了一个可编程的片上系统。 Nios II 是Altera的第二代32位RISC软核处理器,它的最大特点是其可配置性。设计者不必局限于一般的处理器技术(比如ARM、DSP),可根据自己的需求定制专门的处理器完成系统设计。 本文就是利用Nios II软核处理器的特性进行指纹识别SOPC的设计与实现,主要工作如下： 1.硬件方面,在Quartus II的SOPC Builder下,设计并建立出基于Nios II软核处理器的指纹识别系统结构。并利用Verilog HDL编写指纹采集器的硬件模块,嵌入到前面所设计的系统结构中,构成一个完整的片上可编程系统。 2.软件方面,在Nios II IDE下,编写指纹识别算法与硬件驱动程序,并且在PC上成功编译。最后移植到Nios II嵌入式开发板上来实现整个系统。 3.为了使系统执行效率更高,针对Nios II的特性,通过自定制指令与硬件加速来使整个系统运行的速度得更快,完成了系统的设计优化。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1本文研究的背景和意义

1.2系统设计的主要工作

1.3论文的组织结构

第二章指纹识别技术

2.1生物特征识别基础概述

2.2指纹的基本特性与特征

2.2.1指纹的纹型

2.2.2指纹的特征

2.3指纹识别的处理

2.3.1指纹识别基本过程

2.3.2预处理

2.3.3特征提取

2.4本章小结

第三章现有嵌入式指纹识别系统基本介绍

3.1基本系统结构

3.2 DSP指纹识别系统

3.3 ARM指纹识别系统

3.4 FPGA指纹识别系统

3.5本章小结

第四章SOPC系统

4.1 SOPC及其技术

4.1.1 SOC简介

4.1.2 SOPC技术简介

4.2 Nios Ⅱ概述

4.2.1 NiosⅡ软核处理器简介

4.2.2 Nios Ⅱ软核系统开发环境和设计流程

4.3 Avalon总线

4.3.1 Avalon总线特性

4.3.2 Avalon总线模块

4.3.3 Avalon外设

4.4本章小结

第五章系统设计

5.1硬件平台

5.1.1 DE2简介

5.1.2 EP2C35F672简介

5.1.3 USB Blaster电路与主动串行配置器件

5.2指纹传感器

5.3 Quartus Ⅱ构建系统

5.3.1定制SOPC Builder

5.3.2其它硬件模块构造

5.4 Nios Ⅱ IDE建立用户程序

5.4.1创建新的应用工程

5.4.2设置应用工程系统属性

5.4.3编译和调试

5.5 C程序设计

5.5.1算法程序设计

5.5.2应用程序设计

5.6本章小结

第六章系统优化

6.1定制指令

6.1.1定制指令综述

6.1.2定制指令设计实例

6.2硬件加速

6.3本章小结

第七章总结与展望

7.1论文总结

7.2技术展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

附录