CN112637717A - 具有外接指纹模块端口的智能终端系统及设备切换方法、指纹识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有外接指纹模块端口的智能终端系统及设备切换方法、指纹识别方法。智能终端包括音频接口、切换开关Switch、处理器CPU、电源管理单元PMU。指纹识别模块或音频模块连接音频接口，所述音频接口输出端连接电源管理单元PMU，通过数模转换读取信号以检测插入的模块，电源管理单元PMU进行信号转换后交给处理器CPU判断，并由处理器CPU通过切换开关控制线控制切换开关Switch。有益效果：智能终端的音频接口可应用于指纹识别模块，音频模块，系统可以自动辨别插入设备调控切换开关。
Description
技术领域
本发明涉及智能终端接口通信技术领域，具体的说是一种具有外接指纹模 块端口的智能终端系统及设备切换方法、指纹识别方法。
背景技术
在日常生活中，随从蓝牙音频设备迅速的普及，我们的智能终端有很少使 用到音频接口，但是部分智能终端不具有指纹识别功能，还有些工业上的一些 控制显示的智能终端，均不具备指纹识别的功能。我们需要用到指纹识别模块 时就相形见绌，因此利用音频接口外接指纹机显得比较方便。现在指纹识别成 了大众需求量最高的一个(硬件)功能，尤其是指纹解锁，指纹密码，但是一 些ODM为了节省成本从而减少了该IC的使用(这里涉及到硬件单体成本，设 计到结构，设计到硬件走线等等)。
现有技术的不足，指纹芯片传输方式为IIC，但是音频接口没有那么多引脚， 智能终端没有识别插入模块的能力，智能终端的音频接口接入设备单一，没法 完成指纹模块或音频模块的切换。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种具有外接指纹模块端口的智能终端系统 及设备切换方法、指纹识别方法。
本发明的板子设计1-wire与处理器CPU通讯的设计，首先，这里面需要让 指纹芯片供应商设计的外置音频接口的指纹机，通过音频接口麦克风MIC端识 别信号在由处理器判断、识别信号，控制切换开关Swtich切换到不同的端口。 这样就能完成设备切换、数据传输。
为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：
一种具有外接指纹模块端口的智能终端系统，包括智能终端，其关键在于： 所述智能终端包括音频接口、切换开关Switch、处理器CPU、电源管理单元PMU；
音频接口采用国际化OMTP标准；
所述音频接口用于连接外接指纹识别模块、外接音频模块，所述音频接口 的第一输出端连接切换开关Switch输入端，所述音频接口的第二输出端连接所 述电源管理单元PMU的输入端；所述处理器CPU与所述电源管理单元PMU双 向连接，所述处理器CPU连接切换开关Switch，用于控制切换开关Switch；
所述切换开关Switch第一输出端连接所述处理器CPU，所述切换开关 Switch第二输出端连接所述电源管理单元PMU。
通过上述设计，在智能终端设置切换开关，插入不同设备时，检测判断插 入设备，处理器CPU控制切换开关，切换不同的端口，连接不同的模块。
进一步描述，所述智能终端的音频接口第一输出端包括左声道采集端L、右 声道采集端R、地线端GND，所述音频接口第二输出端包括麦克风采集端MIC， 其中麦克风采集端MIC用于检测插入外接指纹识别模块或外接音频模块的信号。
采用上述方案，采用麦克风MIC端用于检测，插入设备可能是音频模块， 也可能是指纹识别模块，插入设备会被检测到，切换到不同的开关状态，在智 能终端内预设好切换开关，写入识别切换开关程序。
再进一步描述，所述电源管理单元PMU包括4个端口，分别为数模转换 接收端ADC、地线端GND、音频转换端Audio、电源端Power。
当所述音频接口连接所述外接音频模块时，所述切换开关Switch切换为连 接外接音频模块输入端，所述音频接口的左声道采集端L，右声道采集端R，地 线端GND，麦克风采集端MIC依次对应连接所述切换开关Switch的左声道输 入端L、右声道输入端R、麦克风输入端MIC；
所述音频接口的麦克风采集端MIC连接所述电源管理单元PMU的数模转 换接收端ADC；所述切换开关Switch第一输出端包括左声道输出端L、右声道 输出端R、麦克风输出端MIC；所述切换开关Switch的左声道输出端L、右声 道输出端R、麦克风输出端MIC口共同连接到所述电源管理单元PMU的音频 转换端Audio。
采用上述方案，切换开关实现音频模块、指纹识别模块的任意切换，插入 设备时，系统自动检测插入设备完成端口的切换。音频接口的默认状态为音频 模块。判断为音频模块，系统切换开关保持不变，音频模块连接到音频Audio 解码编码端，播放声音。
再进一步描述，所述外接指纹识别模块包括中断通讯Int、单线通讯输入端 1-wire、地线端GND、麦克风检测端MIC；
当所述音频接口连接所述外接指纹识别模块时，所述切换开关Switch切换 为连接外接指纹识别模块输入端，所述外接指纹识别模块的中断通讯Int连接所 述切换开关Switch的左声道输入端L，所述外接指纹识别模块的单线通讯输入 端1-wire连接所述切换开关的右声道输入端R，所述外接指纹识别模块的地线 端GND连接所述电源管理单元PMU的地线端GND，所述外接指纹识别模块的 电源Power端连接所述电源管理单元PMU的数模转换接收端ADC；
所述切换开关Switch第二输出端包括中断通讯端Int、单线通讯端1-wire、 电源端Power；
所述切换开关Switch的左声道输出端L切换为中断通讯端Int、右声道输出 端R切换为单线通讯端1-wire、麦克风输出端MIC切换为电源端Power；
所述切换开关Switch的中断通讯端Int连接所述处理器CPU的中断Int端， 所述切换开关Switch的单线通讯端1-wire连接所述处理器CPU的单线通讯端 1-wire，所述切换开关Switch的电源端Power端连接所述电源管理单元PMU的 电源端Power。
按照常规的移动终端设计，任何一个硬件的驱动都是在Linux Kernel层面 完成，本发明将设计一种特殊的软件LEVEL来完成应用层面的Kernel driver，
具有外接指纹模块端口的智能终端系统的设备切换方法，其关键在于：按 照以下步骤进行：
步骤A1)：当外接指纹识别模块或外接音频模块接入时，所述音频接口的 麦克风采集端MIC将接收到的信号经模数转换后得到的数字信号传输至所述电 源管理单元PMU；
步骤A2)：智能终端的音频接口的麦克风采集端MIC实施获取并检测接入 信息；当检测到接入信息后，该接入信息经模数转换后得到的数字信号；
步骤A3)：所述电源管理单元PMU将数字信号传输给处理器CPU，该处 理器CPU对数字信号进行判断，并控制切换开关Switch对音频模块/指纹识别 模块开关进行切换；
若数字信号判断为音频模块，切换开关Switch的三个端口依次连通该音频 模块的左声道输入端L、右声道输入端R、麦克风输入端MIC，然后进入步骤 A4)；
若数字信号判断为指纹识别模块，切换开关Switch的三个端口依次连通该 指纹识别模块的中断通讯端Int、单线通讯端1-wire、电源端Power，然后进入 步骤A6)；
步骤A4)：音频设备初始化，完成后进入步骤A5；
步骤A5)：音频系统开始使用，操控智能终端通过音频或音频设备播放声 音；
步骤A6)：指纹识别模块初始化，处理器CPU自动打开预先装好的指纹识 别APP完成后进入步骤A7；
步骤A7)：智能终端通过指纹识别模块实时获取并识别指纹信息。
具有外接指纹模块端口的智能终端系统的指纹识别方法，其特征在于：按 照以下步骤进行：
预处理：BSP(Board Software Package)初始化中断和单线传输配置；
BSP(Board Software Package)驱动底层初始化，这里面主要初始化指纹芯片 中断引脚(上升沿触发)
步骤B1)：智能终端的处理器CPU判断为指纹识别模块插入，所述处理器 CPU中断Notification初始化配置；
这里主要是强调如果判断是指纹机插入(当图2中的电源管理单元PMU读 取的ADC在指纹机范围内时，本发明将切换开关Switch的音频接口切换到指纹 识别模块接口上；同时向上层发送消息“指纹识别模块插入”；
步骤B2)：所述处理器CPU控制指纹模块初始化，并从指纹模块写入/读 取数据；
若一致则继续执行，指纹中断、回调处理；
当上层接收到“插入”指纹机后，调用软件出来函数，函数本身发送消息 给上层，表明指纹机已经检测插入，同时创建线程，执行步骤4；这里里面要强 调一下，因为不同的指纹芯片初始化的数据不同，寄存器也不同，本发明这个 地方是一个APP，该APP必须是跟插入的的指纹识别机器一致，在一致情况下 继续，如果不一致情况下，需要弹出提醒提示；是否一致的情况判断的依据是， 本发明读按照APP里面的Chip ID寄存器读取Chip ID，如果读取失败，或者返 回结果跟APP不一样，那么提示用户识别失败，在这种情况下，无法继续；如 果读取的Chip ID跟APP里面的一致，那么继续下面的处理。
所述步骤2)若判断插入指纹识别模块与APP设置型号一致，并行执行指 纹中断寄存器回调功能处理。
智能终端内部还安装有指纹识别APP，当智能终端插入有指纹识别模块时， 处理器CPU判断插入指纹识别模块与指纹识别APP对应的型号是否一致，若一 致，处理器CPU在该指纹识别APP中进行指纹中断、回调处理，并从进入所 述步骤B3，否则弹窗提示识别错误。
在步骤2完成的情况下，并且APP跟芯片一致，那么该APP透过本方法 提供软件接口，进行芯片的初始化，指纹识别芯片的厂商，一定知道自己的芯 片如何初始化，比如写入指纹的数据，中断的出发方式等等.
步骤B3)：所述处理器CPU控制指纹数据传输；
本步骤执行指纹芯片的一些基本读写功能，读功能为读取当指纹按下后， 读取指纹机验证的指纹匹配的结果，指纹的写功能初始化主要是设置该芯片的 特殊的寄存器内容
步骤B4)：所述处理器CPU控制指纹数据通过单线1-wire读/写操作与所 述处理器CPU传输。
本发明的有益效果：利用音频(耳机)接口(因为现在用耳机的人不是很 多，但是指纹识别的功能需求很广泛)来加载外置指纹识别配件。本系统通过 在智能终端内设置切换开关，设置1-wire总线，在处理器CPU预设识别判断程 序，并依靠音频接口的MIC端检测到的信号进一步判断处理，转换到处理器CPU， 由处理器CPU控制切换开关实现不同设备的不同端口的设置。本发明采用的是 1-wire芯片转换I2C的设计，首先，这里面需要让指纹芯片供应商设计的外置 音频接口的指纹识别模块，需要使用的1-wire芯片，所以本发明的主板也需要 是1-wire的协议，这样就能完成传输。
附图说明
图1是本发明的系统结构框图；
图2是本发明的硬件连接结构框图；
图3是本发明的设备切换方法流程图；
图4是本发明的指纹识别方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
结合图1和2可以看出，一种具有外接指纹模块端口的智能终端系统，所 述智能终端包括音频接口、切换开关Switch、处理器CPU、电源管理单元PMU；
所述音频接口用于连接外接指纹识别模块、外接音频模块，所述音频接口 的第一输出端连接切换开关Switch输入端，所述音频接口的第二输出端连接所 述电源管理单元PMU的输入端；所述处理器CPU与所述电源管理单元PMU双 向连接，所述处理器CPU连接切换开关Switch，用于控制切换开关Switch；
所述切换开关Switch第一输出端连接所述处理器CPU，所述切换开关 Switch第二输出端连接所述电源管理单元PMU。
从图2可以看出，所述智能终端的音频接口第一输出端包括左声道采集端L、 右声道采集端R、地线端GND，所述音频接口第二输出端包括麦克风采集端 MIC，其中麦克风采集端MIC用于检测插入外接指纹识别模块或外接音频模块 的信号。
所述电源管理单元PMU包括4个端口，分别为数模转换接收端ADC、地 线端GND、音频转换端Audio、电源端Power。
当所述音频接口连接所述外接音频模块时，所述切换开关Switch切换为连 接外接音频模块输入端，所述音频接口的左声道采集端L，右声道采集端R，地 线端GND，麦克风采集端MIC依次对应连接所述切换开关Switch的左声道输 入端L、右声道输入端R、麦克风输入端MIC；
所述音频接口的麦克风采集端MIC连接所述电源管理单元PMU的数模转 换接收端ADC；所述切换开关Switch第一输出端包括左声道输出端L、右声道 输出端R、麦克风输出端MIC；
所述切换开关Switch的左声道输出端L、右声道输出端R、麦克风输出端 MIC口共同连接到所述电源管理单元PMU的音频转换端Audio。
所述外接指纹识别模块包括中断通讯Int、单线通讯输入端1-wire、地线端 GND、麦克风检测端MIC；
当所述音频接口连接所述外接指纹识别模块时，所述切换开关Switch切换 为连接外接指纹识别模块输入端，所述外接指纹识别模块的中断通讯Int连接所 述切换开关Switch的左声道输入端L，所述外接指纹识别模块的单线通讯输入 端1-wire连接所述切换开关的右声道输入端R，所述外接指纹识别模块的地线 端GND连接所述电源管理单元PMU的地线端GND，所述外接指纹识别模块的 电源Power端连接所述电源管理单元PMU的数模转换接收端ADC；
所述切换开关Switch第二输出端包括中断通讯端Int、单线通讯端1-wire、 电源端Power；
所述切换开关Switch的左声道输出端L切换为中断通讯端Int、右声道输出 端R切换为单线通讯端1-wire、麦克风输出端MIC切换为电源端Power；
所述切换开关Switch的中断通讯端Int连接所述处理器CPU的中断Int端， 所述切换开关Switch的单线通讯端1-wire连接所述处理器CPU的单线通讯端 1-wire，所述切换开关Switch的电源端Power端连接所述电源管理单元PMU的 电源端Power。
从图3可以看出，具有外接指纹模块端口的智能终端系统的设备切换方法， 其关键在于：按照以下步骤进行：
步骤A1)：当外接指纹识别模块或外接音频模块接入时，所述音频接口的 麦克风采集端MIC将接收到的信号经模数转换后得到的数字信号传输至所述电 源管理单元PMU；
步骤A2)：智能终端的音频接口的麦克风采集端MIC实施获取并检测接入 信息；当检测到接入信息后，该接入信息经模数转换后得到的数字信号；
步骤A3)：所述电源管理单元PMU将数字信号传输给处理器CPU，该处 理器CPU对数字信号进行判断，并控制切换开关Switch对音频模块/指纹识别 模块开关进行切换；
若数字信号判断为音频模块，切换开关Switch的三个端口依次连通该音频 模块的左声道输入端L、右声道输入端R、麦克风输入端MIC，然后进入步骤 A4)；
若数字信号判断为指纹识别模块，切换开关Switch的三个端口依次连通该 指纹识别模块的中断通讯端Int、单线通讯端1-wire、电源端Power，然后进入 步骤A6)；
步骤A4)：音频设备初始化，完成后进入步骤A5；
步骤A5)：音频系统开始使用，操控智能终端通过音频或音频设备播放声 音；
步骤A6)：指纹识别模块初始化，处理器CPU自动打开预先装好的指纹识 别APP完成后进入步骤A7；
步骤A7)：智能终端通过指纹识别模块实时获取并识别指纹信息。
从图4可以看出，一种具有外接指纹模块端口的智能终端系统的指纹识别 方法：包括以下步骤：
预处理：BSP(Board Software Package)初始化中断和单线传输配置；
步骤B1)：智能终端的处理器CPU判断为指纹识别模块插入，所述处理器 CPU中断Notification初始化配置；
步骤B2)：所述处理器CPU控制指纹模块初始化，并从指纹模块写入/读 取数据；
智能终端内部还安装有指纹识别APP，当智能终端插入有指纹识别模块时， 处理器CPU判断插入指纹识别模块与指纹识别APP对应的型号是否一致，若一 致，处理器CPU在该指纹识别APP中进行指纹中断、回调处理，并从进入所 述步骤B3，否则弹窗提示识别错误。
步骤B3)：所述处理器CPU控制指纹数据传输；
步骤B4)：所述处理器CPU控制指纹数据通过单线1-wire读/写操作与所 述处理器CPU传输。
通常耳机的识别(耳机的插入和移除)都是有单独的终端引脚连接到CPU 的，在此我们称作“耳机插入中断”，这个终端是通过结构件来完成的，本发明 主要是耳机接口插入(无论是真实的耳机还是我们设计的耳机接口形状的指纹 芯片)后，耳机插入中断就触发，出发后，本发明就去读取MIC对地的信号电 阻，如果电阻在一定的范围内，认为是耳机，不在该范围就认为是指纹机，这 个时候，用户需要打开该指纹机对应的APP来帮助指纹机完成指纹芯片的读写， 配置，从而完成指纹机完整的功能。
工作原理：插入一个外接设备，通过音频接口的麦克风MIC传输信号至所 述电源管理单元PMU的模数转换ADC端，经模数转换后，数字信号传输至处 理器CPU，经处理器CPU判断处理，控制切换开关切换到相对应的设备端口。 当插入设备为指纹模块时，切换开关与处理器CPU之间的通讯为1-wire总线， 用于指纹识别模块中的指纹数据传输到处理器CPU。
应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上 述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改 性、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种具有外接指纹模块端口的智能终端系统，包括智能终端，其特征在于：所述智能终端包括音频接口、切换开关Switch、处理器CPU、电源管理单元PMU；
所述音频接口用于连接外接指纹识别模块、外接音频模块，所述音频接口的第一输出端连接切换开关Switch输入端，所述音频接口的第二输出端连接所述电源管理单元PMU的输入端；所述处理器CPU与所述电源管理单元PMU双向连接，所述处理器CPU连接切换开关Switch，用于控制切换开关Switch；
所述切换开关Switch第一输出端连接所述处理器CPU，所述切换开关Switch第二输出端连接所述电源管理单元PMU。
2.根据权利要求1所述的具有外接指纹模块端口的智能终端系统，其特征在于：
所述智能终端的音频接口第一输出端包括左声道采集端L、右声道采集端R、地线端GND，所述音频接口第二输出端包括麦克风采集端MIC，其中麦克风采集端MIC用于检测插入外接指纹识别模块或外接音频模块的信号。
3.根据权利要求2所述的具有外接指纹模块端口的智能终端系统，其特征在于：所述电源管理单元PMU包括4个端口，分别为数模转换接收端ADC、地线端GND、音频转换端Audio、电源端Power。
4.根据权利要求3所述的具有外接指纹模块端口的智能终端系统，其特征在于：当所述音频接口连接所述外接音频模块时，所述切换开关Switch切换为连接外接音频模块输入端，所述音频接口的左声道采集端L，右声道采集端R，地线端GND，麦克风采集端MIC依次对应连接所述切换开关Switch的左声道输入端L、右声道输入端R、麦克风输入端MIC；
所述音频接口的麦克风采集端MIC连接所述电源管理单元PMU的数模转换接收端ADC；
所述切换开关Switch第一输出端包括左声道输出端L、右声道输出端R、麦克风输出端MIC；
所述切换开关Switch的左声道输出端L、右声道输出端R、麦克风输出端MIC口共同连接到所述电源管理单元PMU的音频转换端Audio。
5.根据权利要求3所述的具有外接指纹模块端口的智能终端系统，其特征在于：
所述外接指纹识别模块包括中断通讯Int、单线通讯输入端1-wire、地线端GND、麦克风检测端MIC；
当所述音频接口连接所述外接指纹识别模块时，所述切换开关Switch切换为连接外接指纹识别模块输入端，所述外接指纹识别模块的中断通讯Int连接所述切换开关Switch的左声道输入端L，所述外接指纹识别模块的单线通讯输入端1-wire连接所述切换开关的右声道输入端R，所述外接指纹识别模块的地线端GND连接所述电源管理单元PMU的地线端GND，所述外接指纹识别模块的电源Power端连接所述电源管理单元PMU的数模转换接收端ADC；
所述切换开关Switch第二输出端包括中断通讯端Int、单线通讯端1-wire、电源端Power；
所述切换开关Switch的左声道输出端L切换为中断通讯端Int、右声道输出端R切换为单线通讯端1-wire、麦克风输出端MIC切换为电源端Power；
所述切换开关Switch的中断通讯端Int连接所述处理器CPU的中断Int端，所述切换开关Switch的单线通讯端1-wire连接所述处理器CPU的单线通讯端1-wire，所述切换开关Switch的电源端Power端连接所述电源管理单元PMU的电源端Power。
6.一种基于权利要求1所述的具有外接指纹模块端口的智能终端系统的设备切换方法，其特征在于：按照以下步骤进行：
步骤A1)：当外接指纹识别模块或外接音频模块接入时，所述音频接口的麦克风采集端MIC将接收到的信号经模数转换后得到的数字信号传输至所述电源管理单元PMU；
步骤A2)：智能终端的音频接口的麦克风采集端MIC实施获取并检测接入信息；当检测到接入信息后，该接入信息经模数转换后得到的数字信号；
步骤A3)：所述电源管理单元PMU将数字信号传输给处理器CPU，该处理器CPU对数字信号进行判断，并控制切换开关Switch对音频模块/指纹识别模块开关进行切换；
若数字信号判断为音频模块，切换开关Switch的三个端口依次连通该音频模块的左声道输入端L、右声道输入端R、麦克风输入端MIC，然后进入步骤A4)；
若数字信号判断为指纹识别模块，切换开关Switch的三个端口依次连通该指纹识别模块的中断通讯端Int、单线通讯端1-wire、电源端Power，然后进入步骤A6)；
步骤A4)：音频设备初始化，完成后进入步骤A5；
步骤A5)：音频系统开始使用，操控智能终端通过音频或音频设备播放声音；
步骤A6)：指纹识别模块初始化，处理器CPU自动打开预先装好的指纹识别APP完成后进入步骤A7；
步骤A7)：智能终端通过指纹识别模块实时获取并识别指纹信息。
7.一种基于权利要求1所述的具有外接指纹模块端口的智能终端系统的指纹识别方法，其特征在于：按照以下步骤进行：
预处理：BSP(Board Software Package)初始化中断和单线传输配置；
步骤B1)：智能终端的处理器CPU判断为指纹识别模块插入，所述处理器CPU中断Notification初始化配置；
步骤B2)：所述处理器CPU控制指纹模块初始化，并从指纹模块写入/读取数据；
步骤B3)：所述处理器CPU控制指纹数据传输；
步骤B4)：所述处理器CPU控制指纹数据通过单线1-wire读/写操作与所述处理器CPU传输。
8.一种基于权利要求7所述的具有外接指纹模块端口的智能终端系统的指纹识别方法，其特征在于：智能终端内部还安装有指纹识别APP，当智能终端插入有指纹识别模块时，处理器CPU判断插入指纹识别模块与指纹识别APP对应的型号是否一致，若一致，处理器CPU在该指纹识别APP中进行指纹中断、回调处理，并从进入所述步骤B3，否则弹窗提示识别错误。
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