一、STM32的随机数发生器
        1.1 RGN 简介
. P3 x. v. X8 x3 f8 q        STM32的RGN（Random Number Generator，随机数发生器），是一个以连续模拟噪声为基础的随机数发生器，在主机读数时提供一个由模拟量发生器产生的 32 位随机数。

# B7 n: u: b( s5 E3 b1 L        RGN由实时熵源（模拟）和内部调节组件组成，它将全熵输出作为32位样本提供给应用程序。通常MCU中去读取两个连续随机数的间隔为 40 个 PLL48CLK时钟信号周期。产生随机数的模拟量发生器，由几个环形振荡器组成，振荡器的输出进行异或运算以产生馈入线性反馈移位寄存器(RNG_LFSR)种子，这些种子用于生成 32 位随机数。RGN支持中断功能，通过检测状态位（RNG_SR 寄存器），检测种子异常（RNG_FLAG_SECS）、时钟异常（RNG_SR_CECS）等现象，检测到错误时生成中断。

+ W6 W- U/ N2 t        1.2 RNG配置说明
        在CubeMX上开启RNG功能非常简单，只需要激活即可，在其参数栏设置无任何参数需要设置，在NVIC栏可以开启中断功能。


& W# P9 g% Q, T1 _
9 H3 n( [& K. y         RNG依赖时钟源可有在时钟树选择器设置，时钟频率大小可以通过倍频器、分频器设置，例如本文采用STM32L496VGTx芯片时，设置其PLL48CLK时钟依赖源PLLSAl1Q，输出时钟频率是48MHz，如下图所示。



         STM32的RGN内部通信通常是通过AHB总线实现，例如STM32L496VGTx芯片通过AHB2总线。
5 M  K, I8 A0 r$ f3 C
) m9 u7 @$ J9 P% ~# o& e) Y0 H" ]
! i; e- |% L: Y! P2 j8 J
         RNG在STM32芯片正常、睡眠的工模式下有效。

6 ~8 h, o( W. s
8 u* A3 g# p* B
5 K! J0 |$ Q6 M5 v  P3 h         在STM32L496VGTx芯片中，RNG的寄存器空间大小为0X3FF（1024），用于存储RNG的数据寄存器、状态寄存器、控制寄存器以及缓存参数、组件信息等。
. G3 U- e. o6 C8 E) t- O. g


二、创建RNG测试工程及HLA源码分析
         2.1 工程创建
) B+ p3 U2 Z0 {, g  J/ d; T) F        本文为采用的是stm32L496VGTx-ali开发板来建立测试工程，并按本专栏前面的博文移植好了lpuart1串口调试及按键功能，请自行参考。

0 L8 X: j" A+ A6 i: d- A; a现双击.ioc文件，打开CubeMX配置界面，开启RNG功能，并开启中断，时钟树上设置最终输出频率48MHz。
2 A+ ~# p9 @0 E% q9 P$ [

8 \/ a: v+ y& T) a: x" q1 @$ t' f

, C- Z4 B  t5 |/ b! w
         保成生成输出代码

        2.3 RNG的HLA库源码分析
0 K/ S' d3 h* s6 c& R+ G3 b) l& f        cubeMX生成代码时，会在Core源码目录下的Inc及Src目录，分别生成rng.h和rng.c驱动文件。

( u, I+ N0 p, ?) X9 x6 ^0 e        在rng.c文件中，主要定义了MX_RNG_Init函数和HAL_RNG_MspInit函数。MX_RNG_Init主要做两件事情，一是生成RNG句柄Instance(寄存器)，二是调用HLA库的HAL_RNG_Init来实现真正的初始化设定。HAL_RNG_MspInit是HLA内的弱函数，根据实际配置CubeMX会生成新的函数，完成真正的MCU底层设置任务（MspInit，MCU Specific Package init，即指和MCU相关的初始化），覆盖原来的弱函数，而在HAL_RNG_Init函数中会调用到HAL_RNG_MspInit函数。
# D) I6 N$ J$ c+ W/ M1 H
% C1 }8 a2 x: W. ~

3 w, a" Q% j2 m         在stm32l4xx_hal_rng.c源文件中定义了HAL_RNG_Init函数，它做以下事情：诊断配置参数是否合规；

, C8 h6 J+ B; H
: c2 R8 [& b( Q0 A5 q" a( F, r7 u
         以及调用HAL_RNG_MspInit函数完成CRC时钟开启及中断设置与开启（如果cubeMX配置开启中断功能的话）；

) i8 ^( z' a% x3 e* e0 g5 V5 `, X
- M+ Z& z, G  C/ O4 P: V
  L9 |3 z: b7 P0 m# I& `        最后开启RNG，检测种子、数据寄存器的有效性。


  P: k& h" B) ]
         再回到rng.c内，HAL_RNG_MspInit函数实现了RNG外设时钟设置（如果配置依赖外设的话）与开启，以及中断设置与开启（如果cubeMX配置开启中断功能的话）。
" J5 O/ U% x" o2 v# ]
4 q* k8 S& P$ }8 X. ?) P& J- X

4 K! ]/ h7 G) |8 c4 o         在stm32l4xx_hal_rng.c源文件除了定义初始化功外，还定义了RNG的MSP初始化及删除函数，各种方式读取随机数函数，状态读取函数，中断请求及中断回调函数等。较常用的是：读取随机数函数如HAL_RNG_GetRandomNumber、HAL_RNG_GetRandomNumber_IT、HAL_RNG_ReadLastRandomNumber，状态读取函数HAL_RNG_GetState，以及回调函数HAL_RNG_ReadyDataCallback和HAL_RNG_ErrorCallback。
( ]4 F  L# f" t7 e- v- e) F
% y7 n! V1 N1 v- b- h* c5 a

# ?! t7 g6 `" v! F  x" U! v1 H         2.3 RNG使用设计
! }, v. U' @; V+ p$ V        由于本文开启了RNG中断功能，在rng.c源码中，重新编码HAL_RNG_ReadyDataCallback函数如下：
# C8 @/ ?0 W* j

1. /* USER CODE BEGIN 1 */
   2 Q* {& w6 N/ c, I
2. void HAL_RNG_ReadyDataCallback(RNG_HandleTypeDef *hrng, uint32_t random32bit)
   9 z6 A* l2 O  ?& U! I
3. {
   & P! {2 h" O  r
4.         printf("RNG_ReadyDataCallback:%lu\r\n",random32bit);
   
5. }
   3 G8 T3 m+ M8 O& B. {5 K4 ^8 d# h- d
6. /* USER CODE END 1 */

复制代码

         在main.c源码文件中，添加各个外设及功能模块的头文件依赖。

1. /* Private includes ----------------------------------------------------------*/
   $ w3 K6 l% r! ?. z/ r
2. /* USER CODE BEGIN Includes */
   
3. #include "../../ICore/key/key.h"
   
4. #include "../../ICore/led/led.h"
   ( c" P8 \4 j. [; N
5. #include "../../ICore/print/print.h"
   
6. #include "../../ICore/usart/usart.h"
   
7. #include "../../ICore/delay/delay.h"
   
8. /* USER CODE END Includes */

复制代码

         在main.c源码文件中，添加RNG句柄声明，用于读取随机数时使用。
4 f% T6 t0 p5 Q* b* F7 I

1. /* Private user code ---------------------------------------------------------*/
   ! Y+ r  |% l8 A* `' o1 H: I, d
2. /* USER CODE BEGIN 0 */
   
3. extern RNG_HandleTypeDef hrng;
   
4. /* USER CODE END 0 */

复制代码

         在main函数内，启动串口中断功能及初始化其他辅助参数。
9 n+ X5 B/ Y: v% U6 `7 b8 z

1.   /* Initialize all configured peripherals */
   3 p8 Y" R/ Q! ]+ J$ p
2.   MX_GPIO_Init();
   ; }* t8 K# u5 E* o
3.   MX_LPUART1_UART_Init();
   
4.   MX_RNG_Init();
   
5.   /* USER CODE BEGIN 2 */
   , @2 s, L" d( e* c
6.   ResetPrintInit(&hlpuart1);
   ; u: R6 ]. q6 h5 z6 ~$ b  m. z
7.   HAL_UART_Receive_IT(&hlpuart1,(uint8_t *)&HLPUSART_NewData, 1); //再开启接收中断
   
8.   HLPUSART_RX_STA = 0;
   
9.   //
   / e- t9 x% S' _+ y
10.   printf("app restart now!\r\n");
    
11.   uint32_t rng_val = 0;
    
12.   /* USER CODE END 2 */

复制代码

        在main函数循环体内，通过按键触发调用不同的随机数获取函数，并打印输出到lpuart1上。
1 z- i+ u5 z3 J7 r5 r

1.   /* Infinite loop */
   " U/ z! E" G% L  J( t9 D( x4 V
2.   /* USER CODE BEGIN WHILE */
   
3.   while (1)
   
4.   {
   . x/ H( Y8 p# m9 c1 v3 E
5.             if(HLPUSART_RX_STA&0xC000){//溢出或换行，重新开始
   
6.                     //printf("%.*s\r\n",HLPUSART_RX_STA&0X0FFF, HLPUSART_RX_BUF);
   # ~4 }) J! k& O8 O# E( X( f# \
7.                     HLPUSART_RX_STA=0;//接收错误,重新开始
   
8.                     HAL_Delay(100);//等待
   , U9 Y, P0 l3 K" V0 `* W1 ], d  h
9.             }
   9 _& V% _9 z: j6 L- M  x0 @
10.           if(KEY_0())
    
11.           {
    " h0 z& \. C7 p4 Q& ]3 {' Y& w
12.                   rng_val = HAL_RNG_GetRandomNumber(&hrng);
    . ~  Z& F- |: X% f0 L
13.                   printf("KEY_0->RNG_GetRandomNumber:%lu\r\n",rng_val);
    . s8 u% m; t# g
14.           }
    " ]9 f( n/ E: U# Y# w& y5 B
15.           if(KEY_1())
    $ g9 `5 b! @* N7 D) }: x5 `- j! ]# q
16.             {
    
17.                   rng_val = HAL_RNG_GetRandomNumber_IT(&hrng);
    
18.                   printf("KEY_1->RNG_GetRandomNumber_IT:%lu\r\n",rng_val);
    
19.             }
    
20.           if(KEY_2())
    ( W/ M$ Z6 ], l; [) t! q( G
21.             {
    
22.                   rng_val = HAL_RNG_ReadLastRandomNumber(&hrng);
    
23.                   printf("KEY_2->RNG_ReadLastRandomNumber:%lu\r\n",rng_val);
    7 |, U) M1 Z3 x
24.             }
    ; ^% G3 D0 z1 V& B' g, ]5 A) R
25.     /* USER CODE END WHILE */

复制代码

三、编译及测试
        3.1 编译及下载
. r- f5 G% c% f8 i& n        点击编译按钮确保编译正确输出，并配置运行配置后，点击运行完成下载
  \' b# S  f. G- L

0 s: j1 j" n" @% L7 M
" p$ g$ R% Q. w6 X# }8 m( c         3.2 测试
- p$ t7 Y+ {8 e- C$ w. t) [, y5 Y        串口助手链接到开发板上，分别按键KEY0、KEY1、KEY2输出log如下图：


8 r# G6 z1 P  D9 C9 k! N4 m' R, J; D
# P6 y8 o  Z. |2 w3 i         由于KEY1是中断方式读取随机数，因此我们前面重写的回调函数也会生效，但需要注意的是HAL_RNG_GetRandomNumber_IT先于HAL_RNG_ReadyDataCallback，读取了数据寄存器，连个函数是分别读取数据寄存器，因此得到的随机数是不一致的，实际项目中按需选择来应用。
8 e  x6 r) N- c# l

! [( L0 X0 u& Y7 P3 ^; @# N
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