嵌入式技術(shù)在門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用畢業(yè)論文

1、<p>　嵌入式技術(shù)在門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用二〇一二年 12 月</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　以嵌入式處理器（ARM）作為核心處理芯片，以指紋為載體，通過控制局域網(wǎng)（CAN）總線來實現(xiàn)上位機與門禁節(jié)點控制器的通信，完成了門禁系統(tǒng)的基本功能。該系統(tǒng)彌補了以往門禁系統(tǒng)中依賴單片機作為主要控制芯片的存儲空間不足及擴展能力有限的弊端，并

2、將人體生物特征應(yīng)用到門禁系統(tǒng)中，利用人體生物特征的唯一性大大提高了門禁系統(tǒng)的安全性，促進了門禁系統(tǒng)的向前發(fā)展。</p><p>　　關(guān)鍵字：嵌入式處理器；節(jié)點控制器；門禁系統(tǒng);生物特征</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　引 言1</b></p><p>　　1

3、 嵌入式系統(tǒng)概述3</p><p><b>　　1.1 概述3</b></p><p>　　1.2 系統(tǒng)特點：2</p><p>　　1.3 嵌入式微處理器3</p><p>　　1.4 嵌入式軟件類型5</p><p>　　1.5 嵌入式應(yīng)用：9</p><p&g

4、t;　　1.5.1工業(yè)控制：9</p><p>　　1.5.2機電產(chǎn)品方面應(yīng)用：11</p><p>　　2 門禁系統(tǒng)的原理12</p><p>　　2.1門禁系統(tǒng)概述12</p><p>　　2.2門禁系統(tǒng)的發(fā)展12</p><p>　　2.3門禁系統(tǒng)的組成13</p><p>

5、　　2.3.1身份識別單元部分13</p><p>　　2.3.2處理與控制單元部分13</p><p>　　2.3.3電鎖與執(zhí)行單元部分15</p><p>　　2.3.4傳感與報警單元部分16</p><p>　　2.3.5線路及通訊單元部分16</p><p>　　2.3.6管理與設(shè)置單元部分16&l

6、t;/p><p>　　3 ARM門禁系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)17</p><p>　　3.1門禁系統(tǒng)的功能設(shè)計17</p><p>　　3.1.1門禁節(jié)點控制器的主要功能17</p><p>　　3.1.2 上位機管理軟件的主要功能17</p><p>　　3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計18</p><p&

7、gt;　　3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計19</p><p><b>　　結(jié) 語22</b></p><p><b>　　參考文獻23</b></p><p><b>　　致 謝24</b></p><p><b>　　引 言</b></p>

8、<p>　　隨著我國社會主義市場經(jīng)濟的深入發(fā)展和未來知識經(jīng)濟時代的臨近，門禁系統(tǒng)作為一項安防措施，將會形成更大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。這方面的社會需求已在逐步升溫 ，保障公民生命財產(chǎn)安全和社會的安定,受到社會的關(guān)注和公眾的歡迎。人們對安防要求的進一步提高，基于人體生物特征的識別技術(shù)由于不易遺忘、偽造和被盜，已受到社會各界越來越多人的關(guān)注。目前，已經(jīng)發(fā)展起來的生物識別技術(shù)主要有手形識別、指紋識別、虹膜識別等，其中人體指紋信息在圖案、斷點

9、和交叉點上各不相同，所具備的唯一性和穩(wěn)定性特征完全符合人們對現(xiàn)代門禁的要求。在國外，美國的 Secugen 公司、法國的 Segam 公司早已推出了與指紋識別相關(guān)的產(chǎn)品，在國內(nèi)，中國科學院自動化所、清華大學等高校及研究所很早就開始了這方面的研究工作，中國科學院光機所已批量生產(chǎn)光電式活體指紋采集儀，因此指紋識別技術(shù)在門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用將會有很大的發(fā)展前景。</p><p>　　但目前很多門禁系統(tǒng)的核心控制單元主要依賴

10、單片機來實現(xiàn)，它雖然也能完成相應(yīng)的基本功能，但其擴展能力有限，在性能和存儲容量等方面已不能很好地滿足人們的要求，而隨著嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是基于 ARM 處理器的嵌入式系統(tǒng)由于其可擴展性強、穩(wěn)定性高、功耗低、性能和價格比較合理等特點已在實際生活中得到了越來越多的應(yīng)用?，F(xiàn)以 ARM7 作為核心處理芯片，通過 CAN 總線完成上位機與門禁節(jié)點控制器的通信，實現(xiàn)了開門、考勤、巡更等基本功能，并能通過操作完成系統(tǒng)配置、人員注冊注銷、門禁節(jié)

11、點遠程控制、相關(guān)人員及記錄的管理和查詢功能。</p><p>　　1 嵌入式系統(tǒng)概述</p><p><b>　　1.1 概述</b></p><p>　　嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機器和設(shè)備運行的裝置”（devices used to control, monitor, or assist the operation of eq

12、uipment, machinery or plants）。從中可看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置。嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，具有很強專用性，必須結(jié)合實際系統(tǒng)需求進行合理的裁減利用。國內(nèi)一個普遍被認同的定義是：以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng).</p><p>　　事實上，在很早以前，嵌入式這個概

13、念就已經(jīng)存在了。在通信方面，嵌入式系統(tǒng)在20世紀60年代就用于對電子機械電話交換的控制，當時被稱為“存儲式程序控制系統(tǒng)”（Stored Program Control）。</p><p>　　嵌入式計算機的真正發(fā)展是在微處理器問世之后。1971年11月，Intel公司成功地把算術(shù)運算器和控制器電路集成在一起，推出了第一款微處理器Intel 4004，其后各廠家陸續(xù)推出了許多8位、16位的微處理器，包括Intel

14、8080/8085、8086，Motorola 的6800、68000，以及Zilog的Z80、Z8000等。以這些微處理器作為核心所構(gòu)成的系統(tǒng)，廣泛地應(yīng)用于儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、機器人、家用電器等領(lǐng)域。微處理器的廣泛應(yīng)用形成了一個廣闊的嵌入式應(yīng)用市場，計算機廠家開始大量地以插件方式向用戶提供OEM產(chǎn)品，再由用戶根據(jù)自己的需要選擇一套適合的CPU板、存儲器板以及各式I/O插件板，從而構(gòu)成專用的嵌入式計算機系統(tǒng)，并將其嵌入到自己的系統(tǒng)設(shè)備中

15、。</p><p>　　為靈活兼容考慮，出現(xiàn)了系列化、模塊化的單板機。流行的單板計算機有Intel公司的iSBC系列、Zilog公司的MCB等。后來人們可以不必從選擇芯片開始來設(shè)計一臺專用的嵌入式計算機，而是只要選擇各功能模塊，就能夠組建一臺專用計算機系統(tǒng)。用戶和開發(fā)者都希望從不同的廠家選購最適合的OEM產(chǎn)品，插入外購或自制的機箱中就形成新的系統(tǒng)，這樣就希望插件是互相兼容的，也就導致了工業(yè)控制微機系統(tǒng)總線的誕生。

16、1976年Intel公司推出Multibus，1983年擴展為帶寬達40MB/s的MultibusⅡ。1978年由Prolog設(shè)計的簡單STD總線廣泛應(yīng)用于小型嵌入式系統(tǒng)。</p><p>　　20世紀80年代可以說是各種總線層出不窮、群雄并起的時代。隨著微電子工藝水平的提高，集成電路制造商開始把嵌入式應(yīng)用中所需要的微處理器、I/O接口、A/D、D/A轉(zhuǎn)換、串行接口以及RAM、ROM等部件統(tǒng)統(tǒng)集成到一個VLSI中

17、，從而制造出面向I/O設(shè)計的微控制器，也就是我們俗稱的單片機，成為嵌入式計算機系統(tǒng)異軍突起的一支新秀。其后發(fā)展的DSP產(chǎn)品則進一步提升了嵌入式計算機系統(tǒng)的技術(shù)水平，并迅速地滲入到消費電子、醫(yī)用電子、智能控制、通信電子、儀器儀表、交通運輸?shù)雀鞣N領(lǐng)域。20世紀90年代，在分布控制、柔性制造、數(shù)字化通信和信息家電等巨大需求的牽引下，嵌入式系統(tǒng)進一步加速發(fā)展。面向?qū)崟r信號處理算法的DSP產(chǎn)品向著高速、高精度、低功耗發(fā)展。Texas推出的第三代D

18、SP芯片TMS320C30，引導著微控制器向32位高速智能化發(fā)展。在應(yīng)用方面，掌上電腦、手持PC機、機頂盒技術(shù)相對成熟，發(fā)展也較為迅速。特別是掌上電腦，1997年在美國市場上掌上電腦不過四五個品牌，而1998年底，各式各樣的掌上電腦如雨后春筍般紛紛涌現(xiàn)出來。此外，Nokia推出了智能電話，西門子推出了機頂盒，Wyse推出了智能終端，NS</p><p>　　21世紀無疑是一個網(wǎng)絡(luò)的時代，使嵌入式計算機系統(tǒng)應(yīng)用到各

19、類網(wǎng)絡(luò)中去也必然是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。</p><p><b>　　1.2 系統(tǒng)特點：</b></p><p>　　1）系統(tǒng)內(nèi)核小。由于嵌入式系統(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源相對有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。比如Enea公司的OSE分布式系統(tǒng)，內(nèi)核只有5K </p><p>　　2）專用性強。嵌入式系統(tǒng)的個性化很強，其

20、中的軟件 4種嵌入式操作系統(tǒng)的調(diào)度機制</p><p>　　系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對硬件進行系統(tǒng)的移植，即使在同一品牌、同一系列的產(chǎn)品中也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化和增減不斷進行修改。同時針對不同的任務(wù)，往往需要對系統(tǒng)進行較大更改，程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結(jié)合，這種修改和通用軟件的“升級”是完全兩個概念。 </p><p>　　3）系統(tǒng)精簡。嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的

21、明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計及實現(xiàn)上過于復雜，這樣一方面利于控制系統(tǒng)成本，同時也利于實現(xiàn)系統(tǒng)安全。 </p><p>　　4）高實時性的系統(tǒng)軟件(OS)是嵌入式軟件的基本要求。而且軟件要求固態(tài)存儲，以提高速度；軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性。 </p><p>　　5）嵌入式軟件開發(fā)要想走向標準化，就必須使用多任務(wù)的操作系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運行；但是為了合理地

22、調(diào)度多任務(wù)、利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專家?guī)旌瘮?shù)接口，用戶必須自行選配RTOS（Real－Time Operating System）開發(fā)平臺，這樣才能保證程序執(zhí)行的實時性、可靠性，并減少開發(fā)時間，保障軟件質(zhì)量。 </p><p>　　6）嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要開發(fā)工具和環(huán)境。由于其本身不具備自舉開發(fā)能力，即使設(shè)計完成以后用戶通常也是不能對其中的程序功能進行修改的，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進行開發(fā)，這些工具和環(huán)

23、境一般是基于通用計算機上的軟硬件設(shè)備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。開發(fā)時往往有主機和目標機的概念，主機用于程序的開發(fā)，目標機作為最后的執(zhí)行機，開發(fā)時需要交替結(jié)合進行</p><p>　　1.3 嵌入式微處理器</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般具備以下4個特點： </p><p>　　1）對實時任務(wù)有很強的支持能力，能完

24、成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時間，從而使內(nèi)部的代碼和實時內(nèi)核心的執(zhí)行時間減少到最低限度。</p><p>　　2）具有功能很強的存儲區(qū)保護功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯誤的交叉作用，需要設(shè)計強大的存儲區(qū)保護功能，同時也有利于軟件診斷。 </p><p>　　3）可擴展的處理器結(jié)構(gòu)，以能最迅速地開發(fā)出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式</p>

25、<p><b>　　微處理器。</b></p><p>　　4）嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和</p><p>　　通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW級。</p><p>　　嵌入式微處理器是由通用計算機中的CPU演變而來的。它的特征是具有32位以上的處理器，具有較

26、高的性能，當然其價格也相應(yīng)較高。但與計算機處理器不同的是，在實際嵌入式應(yīng)用中，只保留和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，這樣就以最低的功耗和資源實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊要求。和工業(yè)控制計算機相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點。目前主要的嵌入式處理器類型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/ StrongARM系列等。其中Arm/Stron

27、gArm是專為手持設(shè)備開發(fā)的嵌入式微處理器，屬于中檔的價位。嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU) </p><p>　　嵌入式微控制器的典型代表是單片機，從70年代末單片機出現(xiàn)到今天，雖然已經(jīng)經(jīng)過了20多年的歷史，但這種8位的電子器件目前在嵌入式設(shè)備中仍然有著極其廣泛的應(yīng)用。單片機芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數(shù)器、看門狗、I/O、串行口、脈寬調(diào)制

28、輸出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各種必要功能和外設(shè)。和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱微控制器。 </p><p>　　由于MCU低廉的價格，優(yōu)良的功能，所以擁有的品種和數(shù)量最多，比較有代表性的包括8051、MCS-251、MCS-96/

29、196/296、P51XA、C166/167、68K系列以及 MCU 8XC930/931、C540、C541，并且有支持I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系統(tǒng)約70%的市場份額。近來Atmel出產(chǎn)的Avr單片機由于其集成了FPGA等器件，所以具有很高的性價比，勢必將推動單片機獲得更高的發(fā)展。</p><p>　　嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Si

30、gnal Processor, EDSP) DSP處理器是專門用于信號處理方面的處理器，其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進行了特殊設(shè)計，具有很高的編譯效率和指令的執(zhí)行速度。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等各種儀器上DSP獲得了大規(guī)模的應(yīng)用。 DSP的理論算法在70年代就已經(jīng)出現(xiàn)，但是由于專門的DSP處理器還未出現(xiàn)，所以這種理論算法只能通過MPU等由分立元件實現(xiàn)。MPU較低的處理速度無法滿足DSP的算法要求，其應(yīng)用領(lǐng)域僅僅局限于一些尖端的高科技領(lǐng)域

31、。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展，1982年世界上誕生了首枚DSP芯片。其運算速度比MPU快了幾十倍，在語音合成和編碼解碼器中得到了廣泛應(yīng)用。至80年代中期，隨著CMOS技術(shù)的進步與發(fā)展，第二代基于CMOS工藝的DSP芯片應(yīng)運而生，其存儲容量和運算速度都得到成倍提高，成為語音處理、圖像硬件處理技術(shù)的基礎(chǔ)。到80年代后期，DSP的運算速度進一步提高，應(yīng)用領(lǐng)域也從上述范圍擴大到了通信和計算機方面。90年代后，DSP發(fā)展到了第五代產(chǎn)品，集成度更高

32、，使用范圍也更加廣闊。</p><p>　　目前最為廣泛應(yīng)用的是TI的TMS320C2000/C5000系列，另外如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的應(yīng)用范圍。</p><p>　　嵌入式片上系統(tǒng)(System On Chip)</p><p>　　SoC追求產(chǎn)品系統(tǒng)最大包容的集成器件，是目前嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的熱門話題之一。SOC最大

33、的特點是成功實現(xiàn)了軟硬件無縫結(jié)合，直接在處理器片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊。而且SOC具有極高的綜合性，在一個硅片內(nèi)部運用VHDL等硬件描述語言，實現(xiàn)一個復雜的系統(tǒng)。用戶不需要再像傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計一樣，繪制龐大復雜的電路板，一點點的連接焊制，只需要使用精確的語言，綜合時序設(shè)計直接在器件庫中調(diào)用各種通用處理器的標準，然后通過仿真之后就可以直接交付芯片廠商進行生產(chǎn)。由于絕大部分系統(tǒng)構(gòu)件都是在系統(tǒng)內(nèi)部，整個系統(tǒng)就特別簡潔，不僅減小了系統(tǒng)的體積和功

34、耗，而且提高了系統(tǒng)的可靠性，提高了設(shè)計生產(chǎn)效率。</p><p>　　由于SOC往往是專用的，所以大部分都不為用戶所知，比較典型的SOC產(chǎn)品是Philips的Smart XA。少數(shù)通用系列如Siemens的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola聯(lián)合研制的Neuron芯片等。</p><p>　　預計不久的將來，一些大的芯片公司將

35、通過推出成熟的、能占領(lǐng)多數(shù)市場的SOC芯片，一舉擊退競爭者。SOC芯片也將在聲音、圖像、影視、網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)邏輯等應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。</p><p>　　1.4 嵌入式軟件類型</p><p>　　主要可以依據(jù)操作系統(tǒng)的類型。目前嵌入式系統(tǒng)的軟件主要有兩大類：實時系統(tǒng)和分時系統(tǒng)。其中實時系統(tǒng)又分為兩類：硬實時系統(tǒng)和軟實時系統(tǒng)。實時嵌入系統(tǒng)是為執(zhí)行特定功能而設(shè)計的，可以嚴格的按時序執(zhí)行功能

36、。其最大的特征就是程序的執(zhí)行具有確定性。在實時系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)在指定的時間內(nèi)未能實現(xiàn)某個確定的任務(wù)，會導致系統(tǒng)的全面失敗，則系統(tǒng)被稱為硬實時系統(tǒng)。而在軟實時系統(tǒng)中，雖然響應(yīng)時間同樣重要，但是超時卻不會導致致命錯誤。一個硬實時系統(tǒng)往往在硬件上需要添加專門用于時間和優(yōu)先級管理的控制芯片，而軟實時系統(tǒng)則主要在軟件方面通過編程實現(xiàn)時限的管理。比如Windows CE就是一個多任務(wù)分時系統(tǒng)，而Ucos-II則是典型的實時操作系統(tǒng)。編輯本段組成硬件

37、層</p><p>　　硬件層中包含嵌入式微處理器、存儲器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用設(shè)備接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。在一片嵌入式處理器基礎(chǔ)上添加電源電路、時鐘電路和存儲器電路，就構(gòu)成了一個嵌入式核心控制模塊。其中操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以固化在ROM中。</p><p><b>　　嵌入式微處理器</b></p><

38、p>　　嵌入式系統(tǒng)硬件層的核心是嵌入式微處理器，嵌入式微處理器與通用CPU最大的不同在于嵌入式微處理器大多工作在為特定用戶群所專用設(shè)計的系統(tǒng)中，它將通用CPU許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)在設(shè)計時趨于小型化，同時還具有很高的效率和 嵌入式操作系統(tǒng)可靠性。 </p><p>　　嵌入式微處理器的體系結(jié)構(gòu)可以采用馮·諾依曼體系或哈佛體系結(jié)構(gòu)；指令系統(tǒng)可以選用精簡指令系統(tǒng)（R

39、educed Instruction Set Computer，RISC）和復雜指令系統(tǒng)CISC（Complex Instruction Set Computer，CISC）。RISC計算機在通道中只包含最有用的指令，確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令，從而提高了執(zhí)行效率并使CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計變得更為簡單。</p><p>　　嵌入式微處理器有各種不同的體系，即使在同一體系中也可能具有不同的時鐘頻率和數(shù)據(jù)總線寬度，或

40、集成了不同的外設(shè)和接口。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全世界嵌入式微處理器已經(jīng)超過1000多種，體系結(jié)構(gòu)有30多個系列，其中主流的體系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。但與全球PC市場不同的是，沒有一種嵌入式微處理器可以主導市場，僅以32位的產(chǎn)品而言，就有100種以上的嵌入式微處理器。嵌入式微處理器的選擇是根據(jù)具體的應(yīng)用而決定的。 </p><p><b>　　存儲器</b></

41、p><p>　　嵌入式系統(tǒng)需要存儲器來存放和執(zhí)行代碼。嵌入式系統(tǒng)的存儲器包含Cache、主存和輔助存儲器。</p><p><b>　　Cache </b></p><p>　　Cache是一種容量小、速度快的存儲器陣列它位于主存和嵌入式微處理</p><p>　　器內(nèi)核之間，存放的是最近一段時間微處理器使用最多的程序代碼和

42、數(shù)據(jù)。在需要進行數(shù)據(jù)讀取操作時，微處理器盡可能的從Cache中讀取數(shù)據(jù)，而不是從主存中讀取，這樣就大大改善了系統(tǒng)的性能，提高了微處理器和主存之間的數(shù)據(jù)傳輸速率。Cache的主要目標就是：減小存儲器（如主存和輔助存儲器）給微處理器內(nèi)核造成的存儲器訪問瓶頸，使處理速度更快，實時性更強。 　　</p><p>　　在嵌入式系統(tǒng)中Cache全部集成在嵌入式微處理器內(nèi)，可分為數(shù)據(jù)Cache、</p><

43、p>　　指令Cache或混合Cache，Cache的大小依不同處理器而定。一般中高檔的嵌入式微處理器才會把Cache集成進去。 　　</p><p><b>　　2）主存 　　</b></p><p>　　主存是嵌入式微處理器能直接訪問的寄存器，用來存放系統(tǒng)和用戶的程序及</p><p>　　數(shù)據(jù)。它可以位于微處理器的內(nèi)部或外部，其容量為

44、256KB~1GB，根據(jù)具體的應(yīng)用而定，一般片內(nèi)存儲器容量小，速度快，片外存儲器容量大。 　　</p><p>　　常用作主存的存儲器有： 　</p><p>　　ROM類 NOR Flash、EPROM和PROM等。 　</p><p>　　RAM類 SRAM、DRAM和SDRAM等。 　　</p><p>　　其中NOR Flash 憑借

45、其可擦寫次數(shù)多、存儲速度快、存儲容量大、價格便</p><p>　　宜等優(yōu)點，在嵌入式領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。 　　</p><p>　　3）輔助存儲器 　　</p><p>　　輔助存儲器用來存放大數(shù)據(jù)量的程序代碼或信息，它的容量大、但讀取速度</p><p>　　與主存相比就慢的很多，用來長期保存用戶的信息。 </p>&l

46、t;p>　　嵌入式系統(tǒng)中常用的外存有：硬盤、NAND Flash、CF卡、MMC和SD卡等。 通用設(shè)備接口和I/O接口，嵌入式系統(tǒng)和外界交互需要一定形式的通用設(shè)備接口，如A/D、D/A、I/O等，外設(shè)通過和片外其他設(shè)備的或傳感器的連接來實現(xiàn)微處理器的輸入/輸出功能。每個外設(shè)通常都只有單一的功能，它可以在芯片外也可以內(nèi)置芯片中。外設(shè)的種類很多，可從一個簡單的串行通信設(shè)備到非常復雜的802.11無線設(shè)備。 　　</p>

47、<p>　　目前嵌入式系統(tǒng)中常用的通用設(shè)備接口有A/D（模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口）、D/A（數(shù)/</p><p>　　模轉(zhuǎn)換接口），I/O接口有RS-232接口（串行通信接口）、Ethernet（以太網(wǎng)接口）、USB（通用串行總線接口）、音頻接口、VGA視頻輸出接口、I2C（現(xiàn)場總線）、SP（串行外圍設(shè)備接口）和IrDA（紅外線接口）等。</p><p><b>　　中間層<

48、;/b></p><p>　　硬件層與軟件層之間為中間層，也稱為硬件抽象層（Hardware Abstract </p><p>　　Layer，HAL）或板級支持包（Board Support Package，BSP），它將系統(tǒng)上層軟件與底層硬件分離開來，使系統(tǒng)的底層驅(qū)動程序與硬件無關(guān)，上層軟件開發(fā)人員</p><p>　　無需關(guān)心底層硬件的具體情況，根據(jù)B

49、SP 層提供的接口即可進行開發(fā)。該層一般包含相關(guān)底層硬件的初始化、數(shù)據(jù)的輸入/輸出操作和硬件設(shè)備的配置功能。BSP具有以下兩個特點。 　　</p><p>　　硬件相關(guān)性：因為嵌入式實時系統(tǒng)的硬件環(huán)境具有應(yīng)用相關(guān)性，而作為上層</p><p>　　軟件與硬件平臺之間的接口，BSP需要為操作系統(tǒng)提供操作和控制具體硬件的方法。 　</p><p>　　操作系統(tǒng)相關(guān)性：不

50、同的操作系統(tǒng)具有各自的軟件層次結(jié)構(gòu)，因此，不同的</p><p>　　操作系統(tǒng)具有特定的硬件接口形式。 　</p><p>　　實際上，BSP是一個介于操作系統(tǒng)和底層硬件之間的軟件層次，包括了系統(tǒng)</p><p>　　中大部分與硬件聯(lián)系緊密的軟件模塊。設(shè)計一個完整的BSP需要完成兩部分工作：嵌入式系統(tǒng)的硬件初始化以及BSP功能，設(shè)計硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動。 　　<

51、/p><p>　　嵌入式系統(tǒng)硬件初始化 　　</p><p>　　系統(tǒng)初始化過程可以分為3個主要環(huán)節(jié)，按照自底向上、從硬件到軟件的次</p><p>　　序依次為：片級初始化、板級初始化和系統(tǒng)級初始化。 　　</p><p><b>　　片級初始化 　　</b></p><p>　　完成嵌入式微處理器

52、的初始化，包括設(shè)置嵌入式微處理器的核心寄存器和控</p><p>　　制寄存器、嵌入式微處理器核心工作模式和嵌入式微處理器的局部總線模式等。片級初始化把嵌入式微處理器從上電時的默認狀態(tài)逐步設(shè)置成系統(tǒng)所要求的工作狀態(tài)。這是一個純硬件的初始化過程。 　　</p><p><b>　　板級初始化 　　</b></p><p>　　完成嵌入式微處理器以

53、外的其他硬件設(shè)備的初始化。另外，還需設(shè)置某些軟</p><p>　　件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，為隨后的系統(tǒng)級初始化和應(yīng)用程序的運行建立硬件和軟件環(huán)境。這是一個同時包含軟硬件兩部分在內(nèi)的初始化過程。 　　</p><p><b>　　系統(tǒng)初始化 　　</b></p><p>　　該初始化過程以軟件初始化為主，主要進行操作系統(tǒng)的初始化。BSP將對嵌<

54、;/p><p>　　入式微處理器的控制權(quán)轉(zhuǎn)交給嵌入式操作系統(tǒng)，由操作系統(tǒng)完成余下的初始化操作，包含加載和初始化與硬件無關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序，建立系統(tǒng)內(nèi)存區(qū)，加載并初始化其他系統(tǒng)軟件模塊，如網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、文件系統(tǒng)等。最后，操作系統(tǒng)創(chuàng)建應(yīng)用程序環(huán)境，并將控制權(quán)交給應(yīng)用程序的入口。 　　</p><p>　　硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序 　　</p><p>　　BSP中包含硬件相關(guān)的設(shè)備

55、驅(qū)動程序，但是這些設(shè)備驅(qū)動程序通常是一個從</p><p>　　高到低的過程。不直接由BSP使用，而是在系統(tǒng)初始化過程中由BSP將他們與操作系統(tǒng)中通用的設(shè)備驅(qū)動程序關(guān)聯(lián)起來，并在隨后的應(yīng)用中由通用的設(shè)備驅(qū)動程序調(diào)用，實現(xiàn)對硬件設(shè)備的操作。與硬件相關(guān)的驅(qū)動程序是BSP設(shè)計與開發(fā)中另一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。</p><p>　　系統(tǒng)軟件層由實時多任務(wù)操作系統(tǒng)（Real-time Operation

56、 System，RTOS）、</p><p>　　文件系統(tǒng)、圖形用戶接口（Graphic User Interface，GUI）、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通用組件模塊組成。RTOS是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺。 　　</p><p>　　嵌入式操作系統(tǒng) 　　</p><p>　　嵌入式操作系統(tǒng)（Embedded Operation System，EOS）是一種用途廣泛的系&l

57、t;/p><p>　　統(tǒng)軟件，過去它主要應(yīng)用與工業(yè)控制和國防系統(tǒng)領(lǐng)域。EOS負責嵌入系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、任務(wù)調(diào)度，控制、協(xié)調(diào)并發(fā)活動。它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征，能夠通過裝卸某些模塊來達到系統(tǒng)所要求的功能。目前，已推出一些應(yīng)用比較成功的EOS產(chǎn)品系列。隨著Internet技術(shù)的發(fā)展、信息家電的普及應(yīng)用及EOS的微型化和專業(yè)化，EOS開始從單一的弱功能向高專業(yè)化的強功能方向發(fā)展。嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實時高效性

58、、硬件的相關(guān)依賴性、軟件固化以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點。EOS是相對于一般操作系統(tǒng)而言的，它除具有了一般操作系統(tǒng)最基本的功能，還有以下功能：如任務(wù)調(diào)度、同步機制、中斷處理、文件處理等。</p><p>　　1.5 嵌入式應(yīng)用：</p><p>　　1.5.1工業(yè)控制：</p><p>　　基于嵌入式芯片的工業(yè)自動化設(shè)備將獲得長足的發(fā)展，目前已經(jīng)有大量的

59、8、16、32 位嵌入式微控制器在應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、減少人力資源主要途徑，如工業(yè)過程控制、數(shù)字機床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測、石油化工系統(tǒng)。就傳統(tǒng)的工業(yè)控制產(chǎn)品而言，低端型采用的往往是8位單片機。但是隨著技術(shù)的發(fā)展，32位、64位的處理器逐漸成為工業(yè)控制設(shè)備的核心，在未來幾年內(nèi)必將獲得長足的發(fā)展。</p><p><b>　　交通管理</b></p>

60、<p>　　在車輛導航、流量控制、信息監(jiān)測與汽車服務(wù)方面，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，內(nèi)嵌GPS模塊，GSM模塊的移動定位終端已經(jīng)在各種運輸行業(yè)獲得了成功的使用。目前GPS設(shè)備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品進入了普通百姓的家庭，只需要幾千元，就可以隨時隨地找到你的位置。</p><p><b>　　信息家電</b></p><p>　　這將稱為嵌入式系統(tǒng)最大的應(yīng)

61、用領(lǐng)域，冰箱、空調(diào)等的網(wǎng)絡(luò)化、智能化將引領(lǐng)人們的生活步入一個嶄新的空間。即使你不在家里，也可以通過電話線、網(wǎng)絡(luò)進行遠程控制。在這些設(shè)備中，嵌入式系統(tǒng)將大有用武之地。</p><p><b>　　家庭智能管理系統(tǒng)</b></p><p>　　水、電、煤氣表的遠程自動抄表，安全防火、防盜系統(tǒng)，其中嵌有的專用控制芯片將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢查，并實現(xiàn)更高，更準確和更安全的性能。目

62、前在服務(wù)領(lǐng)域，如遠程點菜器等已經(jīng)體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢。</p><p>　　POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)</p><p>　　公共交通無接觸智能卡(Contactless Smartcard, CSC)發(fā)行系統(tǒng)，公共電話卡發(fā)行系統(tǒng)，自動售貨機，各種智能ATM終端將全面走入人們的生活，到時手持一卡就可以行遍天下。</p><p><b>　　環(huán)境工程與自然<

63、/b></p><p>　　水文資料實時監(jiān)測，防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測、堤壩安全，地震監(jiān)測網(wǎng)，實時氣象信息網(wǎng)，水源和空氣污染監(jiān)測。在很多環(huán)境惡劣，地況復雜的地區(qū)，嵌入式系統(tǒng)將實現(xiàn)無人監(jiān)測。</p><p><b>　　機器人</b></p><p>　　嵌入式芯片的發(fā)展將使機器人在微型化，高智能方面優(yōu)勢更加明顯，同時會大幅度降低機器人的價格

64、，使其在工業(yè)領(lǐng)域和服務(wù)領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用。 　　這些應(yīng)用中，可以著重于在控制方面的應(yīng)用。就遠程家電控制而言，除了開發(fā)出支持TCP/IP的嵌入式系統(tǒng)之外，家電產(chǎn)品控制協(xié)議也需要制訂和統(tǒng)一，這需要家電生產(chǎn)廠家來做。同樣的道理，所有基于網(wǎng)絡(luò)的遠程控制器件都需要與嵌入式系統(tǒng)之間實現(xiàn)接口，然后再由嵌入式系統(tǒng)來控制并通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)控制。所以，開發(fā)和探討嵌入式系統(tǒng)有著十分重要的意義。</p><p>　　1.5.2機電產(chǎn)品方面

65、應(yīng)用：</p><p>　　相對于其他的領(lǐng)域，機電產(chǎn)品可以說是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用最典型最廣泛的領(lǐng)域之一。從最初的單片機到現(xiàn)在的工控機、SOC在各種機電產(chǎn)品中均有著巨大的市場。 　　 </p><p>　　1）嵌入式開發(fā)是一項系統(tǒng)工程，因此要求嵌入式系統(tǒng)廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)本身，同時還需要提供強大的硬件開發(fā)工具和軟件包支持。 　　</p><p>　　2）網(wǎng)絡(luò)化

66、、信息化。 　　</p><p>　　3）網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成為必然趨勢。 　　</p><p>　　4）精簡系統(tǒng)內(nèi)核、算法，降低功耗和軟硬件成本。 　　 　　</p><p>　　5）提供友好的多媒體人機界面</p><p>　　2 門禁系統(tǒng)的原理</p><p><b>　　2.1門禁系統(tǒng)概述</b>

67、</p><p>　　門禁，即出入口控制系統(tǒng)，是對出入口通道進行管制的系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的門鎖基礎(chǔ)上發(fā)展而來的（英文 Entrance Guard / Access Control）。 </p><p>　　出入口安全管理系統(tǒng)是新型現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，它集微機自動識別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施為一體，它涉及電子，機械，光學，計算機技術(shù)，通訊技術(shù)，生物技術(shù)等諸多新技術(shù)。它是解決重要部門出入口

68、實現(xiàn)安全防范管理的有效措施。適用各種機要部門，如銀行、賓館、機房、軍械庫、機要室、辦公間、智能化小區(qū)、工廠等。 </p><p>　　門禁系統(tǒng)早已超越了單純的門道及鑰匙管理，它已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一套完整的出入管理系統(tǒng)。它在工作環(huán)境安全、人事考勤管理等行政管理工作中發(fā)揮著巨大的作用。 在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加相應(yīng)的輔助設(shè)備可以進行電梯控制、車輛進出控制，物業(yè)消防監(jiān)控、保安巡檢管理、餐飲收費管理等，真正實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)一卡智能管

69、理。</p><p>　　2.2門禁系統(tǒng)的發(fā)展</p><p>　　傳統(tǒng)的機械門鎖僅僅是單純的機械裝置，無論結(jié)構(gòu)設(shè)計多么合理，材料多么堅固，人們總能用通過各種手段把它打開。在人員變更頻繁的場所（如辦公室，酒店客房）鑰匙的管理很麻煩，在一些大型機關(guān)、企業(yè)，鑰匙的管理成本很高，鑰匙丟失或人員更換時往往要把鎖和鑰匙一起更換。特別是傳統(tǒng)機械鑰匙容易出現(xiàn)重復，而且出入沒有記錄，其安全性非常差。為了彌

70、補上述問題于是出現(xiàn)了電子磁卡鎖，電子密碼鎖，這從一定程度上提高了人們對出入口通道的管理程度。但它們本身的缺陷就逐漸暴露，磁卡鎖的問題是信息容易復制，卡片與讀卡機具之間磨損大，故障率高，安全系數(shù)低。密碼鎖的問題是密碼容易泄露。這個時期的門禁系統(tǒng)還停留在早期不成熟階段，因此當時的門禁系統(tǒng)通常被人稱為電子鎖，應(yīng)用也不廣泛。 </p><p>　　著感應(yīng)卡技術(shù)，生物識別技術(shù)的發(fā)展，門禁系統(tǒng)得到了飛躍式的發(fā)展，出現(xiàn)了感應(yīng)卡

71、式門禁系統(tǒng)，指紋門禁系統(tǒng)，虹膜門禁系統(tǒng)，面部識別門禁系統(tǒng)，亂序鍵盤門禁系統(tǒng)等各種技術(shù)的系統(tǒng)，它們在安全性，方便性，易管理性等方面都各有特長，門禁系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣</p><p>　　2.3門禁系統(tǒng)的組成</p><p>　　2.3.1身份識別單元部分 </p><p>　　身份識別單元部分是門禁系統(tǒng)的重要組成部分，起到對通行人員的身份進行識別和確認的作用，實

72、現(xiàn)身份識別的方式和種類很多，主要有卡證類身份識別方式、密碼類識別方式、生物識別類身份識別方式以及復合類身份識別方式。表1對各種身份識別方式進行了比較。    </p><p>　　一般來說，應(yīng)該首先需要對所有需要安裝的門禁點進行安全等級評估，以確定恰當?shù)陌踩?，安全性分為幾個等級，如：一般、特殊、重要、要害等級別，對于每一種安全級別我們可以設(shè)計一種身份識別的方式。例如：一般場所可以使

73、用進門讀卡器、出門按鈕方式；特殊場所可以使用進出門均需要刷卡的方式；重要場所可以采用進門刷卡加亂序鍵盤、出門單刷卡的方式；要害場所可以采用進門刷卡加指紋加亂序鍵盤、出門單刷卡的方式。這樣可以使整個門禁系統(tǒng)更具有合理性和規(guī)劃性，同時也充分保障了較高的安全性和性價比。</p><p>　　2.3.2處理與控制單元部分 </p><p>　　處理與控制設(shè)備部分通常是指門禁系統(tǒng)的控制器，

74、門禁控制器是門禁系統(tǒng)的中樞，就像人體的大腦一樣，里面存儲了大量相關(guān)人員的卡號、密碼等信息，這些資料的重要程度是顯而易見的。另外，門禁控制器還負擔著運行和處理的任務(wù)，對各種各樣的出入請求做出判斷和響應(yīng)，其中有運算單元、存儲單元、輸入單元、輸出單元、通訊單元等組成。它是門禁系統(tǒng)的核心部分，也是門禁系統(tǒng)最重要的部分，如果希望規(guī)劃一個安全和可靠的門禁系統(tǒng)，則首先必須需要選擇更安全、更可靠的門禁控制器。   

75、0;</p><p>　　影響門禁控制器的安全性的因素很多，通常表現(xiàn)在以下幾個方面：   </p><p>　　控制器的分布：控制器必須放置在專門的弱電間或設(shè)備間內(nèi)集中管理，控制器與讀卡器之間具有遠距離信號傳輸?shù)哪芰?，不能使用通用的Wiegand協(xié)議，因為Wiegand協(xié)議只能傳輸幾十米的距離，這樣就要求門禁控制器必須離讀卡器就近放置，大大不利于控制器的管理和

76、安全保障。設(shè)計良好的控制器與讀卡器之間的距離應(yīng)不小于1200米，控制器與控制器之間距離也應(yīng)不小于1200米；    </p><p>　　控制器的防破壞措施：控制器機箱必須具有一定的防砸、防撬、防爆、防火、防腐蝕的能力，盡可能阻止各種非法破壞的事件發(fā)生；     </p><p>　　控制器的電源供應(yīng)：控制器內(nèi)

77、部本身必須帶有UPS系統(tǒng)，在外部的電源無法提供時，至少能夠讓門禁控制器繼續(xù)工作幾個小時，以防止有人切斷電源從而導致門禁癱瘓的事件；   </p><p>　　控制器的報警能力：控制器必須具有各種即時報警的能力，如電源、UPS等各種設(shè)備的故障提示，機箱被打開的警告信息，以及通訊或線路故障等等；    </p><p>　　

78、開關(guān)量信號的處理：門禁控制器不能直接使用開關(guān)量信號，門禁系統(tǒng)中有許多信號會以開關(guān)量的方式輸出，例如門磁信號和出門按鈕信號等，由于開關(guān)量信號只有短路和開路兩種狀態(tài)，所以很容易遭到利用和破壞，會大大降低門禁系統(tǒng)整體的安全性。能夠?qū)㈤_關(guān)量信號加以轉(zhuǎn)換傳輸才能提高安全性，如轉(zhuǎn)換成TTL電平信號或數(shù)字量信號等等。   </p><p>　　另外，影響門禁控制器的穩(wěn)定性和可靠性的因素也非常多，通

79、常表現(xiàn)在以下幾個方面：    </p><p>　　設(shè)計結(jié)構(gòu)：門禁控制器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計是非常重要的，設(shè)計良好的門禁系統(tǒng)將盡量避免使用插槽式的擴展板，以防止長時間使用而氧化引起的接觸不良；使用可靠的接插件，方便接線并且牢固可靠；元器件的分布和線路走向合理，減少干擾，同時增強抗干擾能力；機箱布局合理，增強整體的散熱效果。門禁控制器是一個特殊的控制設(shè)備，不應(yīng)該一味追求使用最新的技

80、術(shù)和元件?？刂破鞯奶幚硭俣炔皇窃娇炀驮胶?，也不是門數(shù)越集中就越好，而是必須強調(diào)穩(wěn)定性和可靠性，夠用且穩(wěn)定的門禁控制器才是好的控制器；</p><p>　　電源部分：電源是門禁控制器中非常重要的部分，提供給元器件穩(wěn)定、干凈的工作電壓是穩(wěn)定性的必要前提，但220伏特的市電經(jīng)常不穩(wěn)定，可能存在電壓過低、過高、波動、浪涌等現(xiàn)象，這就需要電源具有良好的濾波和穩(wěn)壓的能力。此外電源還需要有很強的抗干擾能力，所謂干擾包括高頻感應(yīng)

81、信號、雷擊等。  </p><p>　　控制器內(nèi)部的不間斷電源也是很必要的，并且不間斷電源必須放置在控制器機箱的內(nèi)部，保證不能輕易被切斷或破壞；  </p><p>　　控制器的程序設(shè)計：相當多的門禁控制器在執(zhí)行一些高級功能或與其它弱電子系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動時，完全依賴計算機及軟件來實現(xiàn)的，由于計算機是非常不穩(wěn)定的，這可能意味著一旦計算機發(fā)生故障時會導致整個

82、系統(tǒng)失靈或癱瘓。所以設(shè)計良好的門禁系統(tǒng)中所有的邏輯判斷和各種高級功能的應(yīng)用，必須依賴門禁控制器的硬件系統(tǒng)來完成，也就是說必須由控制器的程序來實現(xiàn)，只有這樣，門禁系統(tǒng)才是最可靠的，并且也有最快的系統(tǒng)響應(yīng)速度，而且不會隨著系統(tǒng)的不斷擴大而降低整個門禁系統(tǒng)的響應(yīng)速度和性能；  </p><p>　　繼電器的容量：門禁控制器的輸出是由繼電器控制的?？刂破鞴ぷ鲿r，繼電器要頻繁的開合，而每次開合時都有一個

83、瞬時電流通過。如果繼電器容量太小，瞬時電流有可能超過繼電器的容量，很快會損壞繼電器。一般情況繼電器容量應(yīng)大于電鎖峰值電流3倍以上。另外繼電器的輸出端通常是接電鎖等大電流的電感性設(shè)備，瞬間的通斷會產(chǎn)生反饋電流的沖擊，所以輸出端宜有壓敏電阻或者反向二極管等元器件予以保護；   </p><p>　　控制器的保護：門禁控制器的元器件的工作電壓一般為5伏，如果電壓超過5伏就會損壞元器件，而使控制器不能

84、工作。這就要求控制器的所有輸入、輸出口都有動態(tài)電壓保護，以免外界可能的大電壓加載到控制器上而損壞元器件。另外控制器在讀卡器輸入電路還需要具有防錯接和防浪涌的保護措施，良好的保護可以使得即使電源接在讀卡器數(shù)據(jù)端都不會燒壞電路，通過防浪涌動態(tài)電壓保護可以避免因為讀卡器質(zhì)量問題影響到控制器的正常運行。    </p><p>　　2.3.3電鎖與執(zhí)行單元部分  

85、; </p><p>　　電鎖與執(zhí)行單元部分包括各種電子鎖具、三輥匝、擋車器等控制設(shè)備，這些設(shè)備應(yīng)具有動作靈敏、執(zhí)行可靠、良好的防潮、防腐性能，并具有足夠的機械強度和防破壞的能力。電子鎖具的型號和種類非常之多，按工作原理的差異，具體可以分為電插鎖、磁力鎖、陰極鎖、陽極鎖和剪力鎖等等，可以滿足各種木門、玻璃門、金屬門的安裝需要。每種電子鎖具都有自己的特點，在安全性、方便性和可靠性上也各有差異，需要根據(jù)具體

86、的實際情況來選擇合適的電子鎖具。    </p><p>　　2.3.4傳感與報警單元部分  </p><p>　　傳感與報警單元部分包括各種傳感器、探測器和按鈕等設(shè)備，應(yīng)具有一定的防機械性創(chuàng)傷措施。門禁系統(tǒng)中最常用的就是門磁和出門按鈕，這些設(shè)備全部都是采用開關(guān)量的方式輸出信號，設(shè)計良好的門禁系統(tǒng)可以將門磁報警信號與出門按鈕信號進行加密或轉(zhuǎn)

87、換，如轉(zhuǎn)換成TTL電平信號或數(shù)字量信號。同時，門禁系統(tǒng)還可以監(jiān)測出以下報警狀態(tài)：報警、短路、安全、開路、請求退出、噪聲、干擾、屏蔽、設(shè)備斷路、防拆等狀態(tài)，可防止人為對開關(guān)量報警信號的屏蔽和破壞，以提高門禁系統(tǒng)的安全性。另外門禁系統(tǒng)還應(yīng)該對報警線路具有實時的檢測能力（無論系統(tǒng)在撤、布防的狀態(tài)下），靈敏度一般不應(yīng)大于10%。   </p><p>　　2.3.5線路及通訊單元部分 

88、60;  </p><p>　　門禁控制器應(yīng)該可以支持多種聯(lián)網(wǎng)的通訊方式，如RS232、485或TCP/IP等，在不同的情況下使用各種聯(lián)網(wǎng)的方式，以實現(xiàn)全國甚至于全球范圍內(nèi)的系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。為了門禁系統(tǒng)整體安全性的考慮，通訊必須能夠以加密的方式傳輸，加密位數(shù)一般不少于64位。   </p><p>　　2.3.6管理與設(shè)置單元部分  &

89、#160;</p><p>　　管理與設(shè)置單元部分主要指門禁系統(tǒng)的管理軟件，管理軟件可以運行在Windows2000、2003和XP的環(huán)境中，支持服務(wù)器/客戶端的工作模式，并且可以對不同的用戶進行可操作功能的授權(quán)和管理。管理軟件應(yīng)該使用Microsoft公司的SQL等大型數(shù)據(jù)庫，具有良好的可開發(fā)性和集成能力。管理軟件應(yīng)該具有設(shè)備管理、人事信息管理、證章打印、用戶授權(quán)、操作員權(quán)限管理、報警信息管理、事件瀏覽、電子地

90、圖等功能。隨著智能化大廈應(yīng)用的不斷深入，一個新的需求逐漸被提出，那就是“一卡通系統(tǒng)”。</p><p>　　3 ARM門禁系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)</p><p>　　3.1門禁系統(tǒng)的功能設(shè)計</p><p>　　該門禁系統(tǒng)主要由門禁節(jié)點控制器及上位機管理軟件</p><p>　　兩個部分構(gòu)成，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3-1 所示。</p>

91、;<p>　　3.1.1門禁節(jié)點控制器的主要功能</p><p>　　門禁節(jié)點控制器的主要功能包括：門禁功能、考勤功能、巡更功能、系統(tǒng)配置功能、人員信息管理功能（人員注冊功、人員注銷功能）、報警功能和聯(lián)機通信功能等。其中系統(tǒng)配置功能主要包括：修改管理員密碼、設(shè)置控制器比對方</p><p>　　式、修改系統(tǒng)當前時間等操作。</p><p>　　3.1.

92、2 上位機管理軟件的主要功能</p><p>　　上位機管理軟件的主要功能：完成在冊人員的信息查詢，對節(jié)點控制器的遠程制分析和統(tǒng)計節(jié)點控制器記錄的信息，定時與節(jié)點控制器進行數(shù)據(jù)通信，完成系統(tǒng)配置信息、人員注冊、注銷信息，信息的上傳和下載功能。</p><p>　　3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　該系統(tǒng)的硬件部分主要由中央控制單元（MCU）、輸入模塊、顯示

93、模塊、指紋采集及驗證模塊、CAN 通信模塊（CAN控制器、CAN 收發(fā)轉(zhuǎn)換器）、閃存（FLASH）數(shù)據(jù)存儲模塊、繼電器控制模塊、報警裝置以及供電電源等幾個部分組成。</p><p>　　以下分別對主要的硬件設(shè)備及接口實現(xiàn)方式做相應(yīng)的介紹。</p><p>　　1. 中央控制單元（MCU）</p><p>　　中央控制單元采用PHILIPS 公司的LPC2136[6]

94、，其內(nèi)核采用ARM7TDMI-S，是一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤的16/32 位的微控制器，并帶有256KB 嵌入式高速Flash 存儲器和32KB 的片內(nèi)靜態(tài)RAM。本系統(tǒng)中主要使用了LPC2136的定時器、實時時鐘、I2C、SPI 接口以及看門狗等功能模塊。</p><p>　　2. 指紋采集和驗證模塊</p><p>　　該模塊主要完成指紋數(shù)據(jù)采集和指紋信息比對工作，采用的是集成指紋

95、識別設(shè)備FM—ZD06，該設(shè)備的工作電壓為5 V，正常工作電流170 mA，峰值電流200 mA，指紋錄入時間小于250 ms，指紋比對時間小于600 ms，指紋搜索時間小于2S, 指紋模板大小為256 Bytes[7]。FM—ZD06 的外部接口為串口，它與LPC2136 是通過串口方式來進行通信，將FM—ZD06 的外部接口與LPC2136 的P0.0 和P0.1 進行連接。</p><p><b>

96、;　　3. 輸入模塊</b></p><p>　　輸入模塊由一個16 × 16 的矩陣鍵盤和控制芯片ZLG7290 構(gòu)成，鍵盤由數(shù)字鍵（0～9）和功能鍵（ESC 退出鍵、⊙返回鍵、MENU 菜單鍵、上下選擇鍵和OK 鍵）組成。為了實現(xiàn)輸入功能，將ZLG7290 的/INT 引腳與LPC2136 的P0.16 引腳進行連接，當有鍵按下時，產(chǎn)生中斷信號，隨后讀取ZLG7290 的鍵值寄存器中的值

97、來獲取按鍵值.</p><p><b>　　4． 顯示模塊</b></p><p>　　顯示模塊主要通過液晶顯示器（LCD）來顯示門禁節(jié)點控制器中相關(guān)的提示信息，采用的是FM12864M-12L 液晶顯示模塊[8]，該顯示模塊可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192 個中文漢字（16×16 點陣）、128 字符（8×16 點陣）及64×256 點&

98、lt;/p><p>　　陣顯示RAM（GDRAM），具有4 位/8 位并行、2 線或3 線串行多種接口方式。該系統(tǒng)采用8 位并行數(shù)據(jù)傳輸方式，將LPC2136 的引腳P0.20、P0.21、P0.22、P0.23、P0.25、P0.26、P0.27、P0.28、P0.29、P0.30、P0.31 分別與FM12864M-12L</p><p>　　的DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB

99、5、DB6、DB7、RS、R/W 及E 相接，并通過LPC2136 的P0.8 引腳來控制該顯示模塊的背景光。</p><p>　　5.FLASH 數(shù)據(jù)存儲模塊</p><p>　　門禁節(jié)點控制器中的各種配置信息，人員注冊信息，事件記錄信息都需要存儲在Flash 芯片中。本系統(tǒng)采用的是Atmel 公司的串行Flash 存儲器AT45DB081B，該芯片采用串行外圍接口，具有體積小、功耗低和

100、硬件簡單的特點。</p><p><b>　　6. 報警模塊</b></p><p>　　報警模塊主要通過蜂鳴器來實現(xiàn)，當系統(tǒng)檢測到非注冊人員連續(xù)多次登陸或試圖通過強拆門鎖進入時，系統(tǒng)將啟動蜂鳴器，發(fā)出持續(xù)報警聲。</p><p><b>　　7.開關(guān)控制模塊</b></p><p>　　開關(guān)控制模

101、塊主要通過繼電器來控制門閘開關(guān)，將LPC2136 的P0.18 引腳與控制繼電器的相連，當該引腳輸出低電平時繼電器閉合，控制門鎖開，反之，控制門鎖關(guān)。</p><p>　　8. CAN 通信模塊</p><p>　　為了實現(xiàn)節(jié)點控制器與上位機的數(shù)據(jù)傳輸，本系統(tǒng)采用CAN 總線來進行通信，每個門禁節(jié)點控制器就是一個CAN節(jié)點，通過CAN 總線就能完成與上位機收發(fā)數(shù)據(jù)。其中CAN通信模塊包括C

102、AN 控制器和CAN-232 轉(zhuǎn)換器兩部分，CAN</p><p>　　控制器采用Microchip 公司的MCP2515[10]，CAN-232 轉(zhuǎn)換器采用的是CSM100 接口芯片。</p><p><b>　　9. 供電模塊</b></p><p>　　該模塊主要將市電經(jīng)過變壓器變壓后，并通過穩(wěn)壓提供給相應(yīng)的設(shè)備。</p>

103、<p>　　3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p><b>　　1.上微機軟件設(shè)計</b></p><p>　　上位機主要完成門禁控制器設(shè)置，門禁信息的存儲，相關(guān)人員的信息登記，通過可視化編程語言及數(shù)據(jù)庫編程實現(xiàn)，這里就不詳細描述。</p><p>　　2．節(jié)點控制器軟件設(shè)計</p><p>　　節(jié)點控制器首先

104、調(diào)用各功能模塊的硬件初始化函數(shù)完成初始化工作，接著程序進入無限循環(huán)的等待狀態(tài)，檢測相關(guān)的標志位，從而確定是否有按鍵操作、是否按下了手指、上位機是否有上傳和下載的請求，并及時的做出響應(yīng)，程序</p><p>　　運行的流程如圖3-2 所示。</p><p><b>　　算法如下：</b></p><p>　　HardwareInit(); //進

105、行硬件的初始化</p><p>　　LcdCommand(0x32);</p><p>　　ShowNowTime();</p><p>　　while(1) //進入無限循環(huán)的等待狀態(tài)</p><p>　　{if(levelNum==0&&errornum<3) //探測按鍵</p><p>　

106、　{rcvinfo = DetectFinger();…… }</p><p>　　if(key_value!=0) //菜單上有按鍵</p><p>　　{switch(levelNum) //根據(jù)菜單處理</p><p>　　{case 0: if(key_value==MENU) {……}</p><p><b>　　case

107、 1:</b></p><p>　　if(key_value==BACK||key_value==EXIT)//按退出</p><p><b>　　{ ……}</b></p><p>　　else if(key_value==UPWARD) //按向上鍵</p><p><b>　　{ ……}<

108、;/b></p><p>　　else if(key_value==DOWNWARD) //按向下鍵</p><p><b>　　{ ……}</b></p><p>　　else if(key_value==SELECT) //進入選項</p><p><b>　　{ ……}</b></

109、p><p>　　else if(key_value==1)</p><p>　　SettFunction(); //進行系統(tǒng)設(shè)置</p><p>　　else if(key_value==2)</p><p>　　RegisterInfo(); //進行人員注冊</p><p>　　else if(key_value==3

110、)</p><p>　　LogoutInfo(); //進行人員注銷</p><p>　　}//switch(levelNum)</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(success==1) //聯(lián)機傳送數(shù)據(jù)</p><p><b>　　{ ……</b&

111、gt;</p><p>　　HandleData(); }</p><p><b>　　}//while</b></p><p>　　為了使系統(tǒng)各個功能模塊能夠正常工作，在硬件方面：需要對LPC2136 的相關(guān)引腳、相關(guān)器件的寄存器進行初始化設(shè)置，同時還要設(shè)置中斷的優(yōu)先級別；在軟件方面：如果系統(tǒng)是第一次使用，需要對門禁控制器的相關(guān)狀態(tài)信息、系統(tǒng)