一種指紋識別芯片及指紋識別設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種指紋識別芯片及指紋識別設(shè)備，該指紋識別芯片包括：用于連接預(yù)設(shè)圖像傳感器的第一接口模塊；用于輸出識別結(jié)果的第二接口模塊；在所述第一接口模塊與所述第二接口模塊之間，設(shè)有一DSP芯片；所述DSP芯片包括：主控模塊與圖像處理模塊，所述主控模塊與所述圖像處理模塊通過數(shù)據(jù)總線相連接。本實用新型的指紋識別芯片從硬件上實現(xiàn)低功耗設(shè)計，且體積小，成本低，滿足個人信息安全的需要。
【專利說明】
一種指紋識別芯片及指紋識別設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于芯片領(lǐng)域，更具體的，涉及一種指紋識別芯片及指紋識別設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]生物識別技術(shù)以其生物特征不易遺忘、防偽性能好、不易偽造或被盜、隨身“攜帶”和隨時隨地可用等優(yōu)點，是進行個人身份的鑒定的理想方法。而指紋識別在其中應(yīng)用最為廣泛，從它被發(fā)現(xiàn)時起，就被廣泛地應(yīng)用于契約等民用領(lǐng)域。
[0003]近年來，隨著全球信息化浪潮的來臨以及網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，人們對于進行安全和便捷的信息交換的需求日趨強烈；另外，計算機圖像處理和模式識別理論以及大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，指紋自動識別系統(tǒng)的體積不斷縮小，價格不斷降低，促進其在民用領(lǐng)域的應(yīng)用也愈加廣泛。從指紋考勤、指紋驗證身份證、指紋識別筆記本、指紋網(wǎng)上銀行，以及當(dāng)下正時興的指紋識別智能手機、指紋鎖等應(yīng)用中，不難看出，指紋識別技術(shù)正在信息化生活中扮演著重要的角色。
[0004]應(yīng)用中對于指紋識別系統(tǒng)終端小體積的要求，使得開發(fā)一款用于指紋圖像信息處理終端的專用芯片顯得尤為重要，使用指紋系統(tǒng)時的實時性與便攜易用的需要對芯片的處理能力以及功耗也提出了更高的指標(biāo)。
[0005]雖然說指紋自動識別技術(shù)的發(fā)展已有若干年歷史，其技術(shù)理論基礎(chǔ)及基本的實現(xiàn)方法已經(jīng)較為成熟，但是由于市場環(huán)境及社會環(huán)境的原因，直到近幾年才在民用領(lǐng)域嶄露頭角。業(yè)界普遍的認(rèn)為，2016年是指紋識別市場元年，因此，目前在市面上，專用的指紋處理芯片還鮮見其身影。目前，指紋終端設(shè)備中，指紋圖像處理所采用的方式有以下幾種:
[0006]1、軟件實現(xiàn)
[0007]基本方式是由圖像采集設(shè)備將指紋圖像信息直接傳送給PC或者工控機，由計算機執(zhí)行建立在PC操作系統(tǒng)上的專業(yè)處理程序，對圖像信息進行預(yù)處理、特征提取、特征比對等操作。
[0008]這種方案的優(yōu)點是:依賴于通用計算機強大的運算能力，無需開發(fā)專門的硬件處理系統(tǒng)，系統(tǒng)實現(xiàn)快速靈活。
[0009]但是缺點也是顯而易見的:便攜性幾乎為O，大多數(shù)的應(yīng)用環(huán)境下，不能整天帶著PC出行；可靠性不易保證，處理過程依賴于計算的軟件執(zhí)行，且運行在操作系統(tǒng)之上；安全性較差，沒有硬件級的信息安全鏈;成本較高，難以滿足大部分應(yīng)用要求。
[0010]2、DSP芯片實現(xiàn)
[0011]處理過程采用通用DSP芯片，圖像采集設(shè)備將指紋圖像信息傳送給通用的DSP芯片，由其進行圖像處理及后續(xù)的運算過程。依賴于芯片級的硬件系統(tǒng)以及通用DSP強大的圖像處理功能，此方案可以解決第一種方案的大部分問題。
[0012]但是仍然存在缺憾:仍然沒有專業(yè)的硬件級信息安全保護;DSP芯片是針對所有的DSP算法實現(xiàn)，成本仍然偏高;功耗也不是特別理想。
[0013]值得一提的是，當(dāng)前智能手機中利用手機系統(tǒng)中本已存在的DSP處理硬件，在無需增加專門處理硬件的情況下，實現(xiàn)了指紋信息的處理，是一種較好的解決方案。但是，安全性的問題仍然沒有徹底解決。
[0014]3、指紋處理專用M⑶
[0015]針對指紋圖像處理的特點，設(shè)計專用于指紋處理領(lǐng)域的MCU，除圖像采集部分外，指紋的預(yù)處理、特征提取、特征比對、特征保存等均在一塊SOC中完成。該方案針對于指紋處理的應(yīng)用量身打造，滿足了設(shè)備對于硬件微型化、處理實時高效、成本可控制較低、便于加入硬件級的適于指紋應(yīng)用的安全體系，是當(dāng)前及今年指紋處理方面的發(fā)展趨勢。
[0016]不過，此種方案屬于定制化的集成電路設(shè)計，具有較高的技術(shù)門檻。
[0017]因此，現(xiàn)有技術(shù)中集成電路設(shè)計的指紋識別廣品存在缺之尚效率，尚能耗，集成度不夠的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0018]本實用新型公開一種指紋識別芯片及指紋識別設(shè)備，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中集成電路設(shè)計的指紋識別產(chǎn)品存在缺乏高效率，高能耗，集成度不夠的問題。
[0019]為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實用新型的一個方面，提供一種指紋識別芯片，并采用如下技術(shù)方案:
[0020]—種指紋識別芯片包括:用于連接預(yù)設(shè)圖像傳感器的第一接口模塊；用于輸出識別結(jié)果的第二接口模塊;在所述第一接口模塊與所述第二接口模塊之間，設(shè)有一 DSP芯片；所述DSP芯片包括:主控模塊與圖像處理模塊，所述主控模塊與所述圖像處理模塊通過數(shù)據(jù)總線相連接。
[0021]進一步地，所述主控模塊包括:主控CPU;與所述主控CPU相連接的存儲設(shè)備；以及與所述主控CPU相連接的電源供給控制器與計數(shù)器。
[0022]進一步地，所述圖像處理模塊包括:
[0023]用以實現(xiàn)圖像識別及處理算法的多條數(shù)據(jù)總線，其中每條數(shù)據(jù)總線均連接DMA控制器，并行運算乘累加器及專用算法加速器；
[0024]其中，所述DMA控制器，所述并行運算乘累加器以及所述專用算法加速器均通過局部數(shù)據(jù)線連接對應(yīng)的所述數(shù)據(jù)總線，所述數(shù)據(jù)總線通過局部總線連接所述主控CPU。
[0025]進一步地，所述第一接口模塊包括:連接所述預(yù)設(shè)圖像傳感器的串行接口；與所述串行接口相連接的模擬輸出端;與所述模擬輸出端相連接的模擬信號輸入端。
[0026]進一步地，所述第二接口模塊為GP1接口，至少包括如下之一:UART接口，SPI接口，7816接口以及I2C接口。
[0027]進一步地，所述主控CPU采用32位CPU內(nèi)核。
[0028]根據(jù)本實用新型的另外一個方面，提供一種指紋識別設(shè)備，并采用如下技術(shù)方案:
[0029]—種指紋識別設(shè)備包括上述的指紋識別芯片。
[0030]本實用新型針對指紋處理中，大部分的運算均是相同指令，但是數(shù)據(jù)序列較長的特點，設(shè)計了多組數(shù)據(jù)總線，每組數(shù)據(jù)總線中有一個DMA控制器來進行管理，在完成配置后，DMA控制器可自動完成將數(shù)據(jù)從存儲器中讀出、送入運算器進行運算、再寫回存儲器的過程。多組數(shù)據(jù)總線可并行工作，當(dāng)然，這是需要主控CHJ進行協(xié)調(diào)，避免存儲器沖突的情況下。這個方式大大提高了數(shù)據(jù)的吞吐量，配合后續(xù)介紹的多種硬件加速器，可極大的加快數(shù)據(jù)運算的速度。另外，多種專用的硬件加速器，大大提高計算速度且節(jié)省功耗，這樣指令的取指譯碼轉(zhuǎn)變?yōu)橐淮涡缘呐渲?，極大提高了運算效率。
【附圖說明】
[0031]附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0032]圖1表示本實用新型實施例一所述的一種指紋識別芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2表示本實用新型實施例二所述的一種指紋識別芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0034]以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施例進行詳細(xì)說明，但是本實用新型可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0035]實施例一
[0036]圖1表示本實用新型實施例一所述的一種指紋識別芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]參見圖1所示，一種指紋識別芯片包括:用于連接預(yù)設(shè)圖像采集模塊的第一接口模塊10;用于輸出識別結(jié)果的第二接口模塊20;在所述第一接口模塊10與所述第二接口模塊20之間，設(shè)有一 DSP芯片30;所述DSP芯片30包括:主控模塊31與圖像處理模塊32，所述主控模塊31與所述圖像處理模塊32通過數(shù)據(jù)總線相連接。
[0038]在本實施例的技術(shù)方案中，第一接口模塊10主要用于連接圖像采集模塊，用于指紋采集，例如指紋傳感器。第二接口模塊20主要用于輸出識別的結(jié)果，例如相符或不相符，也可以直接進行執(zhí)行環(huán)節(jié)，比如指紋相符的情況下，自動門打開。完成指紋識別的工作在DSP芯片30中完成，因此，DSP芯片30具有較強的數(shù)字信號處理能力，即將小規(guī)模的圖像處理系統(tǒng)嵌入進DSP芯片30，以實現(xiàn)指紋識別的目的。
[0039]本實施例通過一芯片將第一接口模塊10、第二接口模塊20、DSP芯片30集成在一個芯片上，實現(xiàn)指紋識別，以達到高效能，低能耗，低成本的要求。
[0040]實施例二
[0041]圖2表示本實用新型實施例二所述的一種指紋識別芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]優(yōu)選地，所述主控模塊31包括:主控CPU，圖2中采用主控32為CPU，；與所述主控CPU相連接的存儲設(shè)備，可以為ROM、程序緩存，F(xiàn)lash閃存等等；以及與所述主控CPU相連接的電源供給控制器與計數(shù)器，具體可以為電源與時鐘管理模塊，以及計數(shù)器。
[0043]優(yōu)選地，所述圖像處理模塊32包括:用以實現(xiàn)圖像識別及處理算法的多條數(shù)據(jù)總線，其中每條數(shù)據(jù)總線均連接DMA控制器，并行運算乘累加器及專用算法加速器，例如圖2中的0#數(shù)據(jù)總線，1#數(shù)據(jù)總線，2#數(shù)據(jù)總線，3#數(shù)據(jù)總線，對應(yīng)的設(shè)有DMA控制器，并與存儲器管理單元相連接。
[0044]其中，所述DMA控制器，所述并行運算乘累加器以及所述專用算法加速器均通過局部數(shù)據(jù)線連接對應(yīng)的所述數(shù)據(jù)總線，所述數(shù)據(jù)總線通過局部總線連接所述主控CPU。
[0045]優(yōu)選地，所述第一接口模塊10包括:連接所述預(yù)設(shè)圖像采集模塊的串行接口；與所述串行接口相連接的模擬輸出端;與所述模擬輸出端相連接的模擬信號輸入端。
[0046]優(yōu)選地，所述第二接口模塊20為GP1接口，至少包括如下之一:UART接口，SPI接口，7816接口以及I2C接口。
[0047]優(yōu)選地，所述主控CPU采用32位CPU內(nèi)核。
[0048]—種指紋識別設(shè)備包括上述的指紋識別芯片。
[0049]本實用新型的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)勢:
[0050]優(yōu)勢一:對體系結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，提高數(shù)據(jù)吞吐量DSP算法具有運算指令重復(fù)、數(shù)據(jù)量大等特點。指紋圖像處理同樣具有這樣的特點。要對其運算處理的過程進行深入優(yōu)化，就必須要在SOC芯片的基本結(jié)構(gòu)上進行改進。目前，已有同類產(chǎn)品多采用處理器設(shè)計廠商的CPU IP核(例如ARM)，這樣的方式固然可以使設(shè)計難度降低，設(shè)計周期加快，但難以針對特定問題對體系結(jié)構(gòu)進行深度的改進。本產(chǎn)品采用我們團隊自主研發(fā)的專用32位CPU核，可以對SOC的體系結(jié)構(gòu)進行改造，以適應(yīng)指紋處理運算的特點。
[0051]針對指紋處理中，大部分的運算均是相同指令，但是數(shù)據(jù)序列較長的特點，我們設(shè)計了多組數(shù)據(jù)總線，每組數(shù)據(jù)總線中有一個DMA控制器來進行管理，在完成配置后，DMA控制器可自動完成將數(shù)據(jù)從存儲器中讀出、送入運算器進行運算、再寫回存儲器的過程。多組數(shù)據(jù)總線可并行工作，當(dāng)然，這是需要主控CHJ進行協(xié)調(diào)，避免存儲器沖突的情況下。這個方式大大提高了數(shù)據(jù)的吞吐量，配合后續(xù)介紹的多種硬件加速器，可極大的加快數(shù)據(jù)運算的速度。
[0052]優(yōu)勢二:多種專用的硬件加速器，大大提高計算速度且節(jié)省功耗。CPU的處理是基于指令執(zhí)行過程，避免不了取指、譯碼、執(zhí)行的過程。而上一小結(jié)我們已經(jīng)提到，DSP算法的特點是指令重復(fù)、數(shù)據(jù)量大，這樣如果算法使用CPU進行運算，大部分情況下，取指、譯碼的過程是對運算速度的折扣和功耗的極大浪費。
[0053]本實用新型采取的策略是，加入多種專用的硬件加速器，這樣指令的取指譯碼轉(zhuǎn)變?yōu)橐淮涡缘呐渲茫瑯O大提高了運算效率。當(dāng)然，這在一定程度上會增加硬件實現(xiàn)的成本，但是DSP的單個算子是相對簡單的，所以由于這個方案導(dǎo)致的問題并不顯著。典型的硬件加速器有:卷積加速器，主要用于數(shù)據(jù)序列的乘累加型運算，每個時鐘并性實現(xiàn)最多達64個乘法和64個加法運算;序列運算ALU，主要用于數(shù)據(jù)序列的加、減、乘、移位、拷貝等運算，運算效率通常為每個時鐘2-4個點;序列統(tǒng)計單元，在序列運算過程中自動統(tǒng)計運算結(jié)果的平均值、方差、最大值、最小值和過零數(shù)；中值濾波器，支持三點和五點的中值濾波運算，運算效率為每個時鐘0.5個點；其他，另外還有保證信息安全的SM4密碼算法加速器，保證指紋信息的安全。
[0054]優(yōu)勢三:豐富的功耗管理模式，降低芯片平均功耗，a>工作頻率軟件可調(diào)；
[0055]系統(tǒng)工作主頻961012、481012、121012、31012和7501012五檔可調(diào)；
[0056]0?11工作主頻48]\^口8、24]\^口8、6]\^口8、1.5Mips和0.6Mips五檔可調(diào)；
[0057]b>支持深度休眠模式;CPU停止工作，實時鐘正常工作，中斷響應(yīng)或I/O喚醒CPU;待機電流〈I ΟμΑ ；喚醒時間<20us。
[0058]優(yōu)勢四:全定制的設(shè)計方法，提高SOC芯片的集成度，進一步降低芯片功耗。一方面，全定制方法可以采用更加簡化的邏輯設(shè)計來進行硬件模塊的實現(xiàn)，此乃提高了芯片功能的集成度，減小芯片面積。另一方面，精耕細(xì)作的減小電路規(guī)模和連線寄生電容，使得電路運行過程中的功耗指標(biāo)有明顯改善。
[0059]優(yōu)勢五:豐富的接口使得整機集成者最大程度上實現(xiàn)單片解決方案，降低整機成本。
[0060]綜上，本實用新型是針對指紋處理運算的特點，定制了一款高性能、低功耗、成本適中的創(chuàng)新型SOC芯片，能滿足當(dāng)前民用指紋識別終端設(shè)備中，對指紋處理部分實時性、省電易用、價格親民的多種需求。
[0061]以上所述是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種指紋識別芯片，其特征在于，包括: 用于連接預(yù)設(shè)圖像傳感器的第一接口模塊； 用于輸出識別結(jié)果的第二接口模塊； 在所述第一接口模塊與所述第二接口模塊之間，設(shè)有一DSP芯片； 所述DSP芯片包括: 主控模塊與圖像處理模塊，所述主控模塊與所述圖像處理模塊通過數(shù)據(jù)總線相連接； 所述圖像處理模塊包括: 用以實現(xiàn)圖像識別及處理算法的多條數(shù)據(jù)總線，其中每條數(shù)據(jù)總線均連接DMA控制器，并行運算乘累加器及專用算法加速器； 其中，所述DMA控制器，所述并行運算乘累加器以及所述專用算法加速器均通過局部數(shù)據(jù)線連接對應(yīng)的所述數(shù)據(jù)總線，所述數(shù)據(jù)總線通過局部總線連接所述主控CPU。2.如權(quán)利要求1所述的指紋識別芯片，其特征在于，所述主控模塊包括: 主控CRJ; 與所述主控CPU相連接的存儲設(shè)備；以及 與所述主控CRJ相連接的電源供給控制器與計數(shù)器。3.如權(quán)利要求1所述的指紋識別芯片，其特征在于，所述第一接口模塊包括: 連接所述預(yù)設(shè)圖像傳感器的串行接口 ； 與所述串行接口相連接的模擬輸出端； 與所述模擬輸出端相連接的模擬信號輸入端。4.如權(quán)利要求1所述的指紋識別芯片，其特征在于，所述第二接口模塊為GP1接口，至少包括如下之一: UART接口，SPI接口，7816接口以及I2C接口。5.如權(quán)利要求1至4任一項所述的指紋識別芯片，其特征在于，所述主控CTU采用32位CHJ內(nèi)核。6.一種指紋識別設(shè)備，其特征在于，包括權(quán)利要求1至5任一項所述的指紋識別芯片。
【文檔編號】G06K9/00GK205680104SQ201620411405
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月9日 公開號201620411405.9, CN 201620411405, CN 205680104 U, CN 205680104U, CN-U-205680104, CN201620411405, CN201620411405.9, CN205680104 U, CN205680104U
【發(fā)明人】高靳旭, 谷晟
【申請人】高靳旭