一、STM32的随机数发生器
5 J( M2 T: h) k0 H, S# F$ _        1.1 RGN 简介
        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。
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        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。
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        1.2 RNG配置说明
" J; w- K& ?2 U+ J        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。
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1 e$ O" n7 q" O+ l3 p* h
  _; C" z4 n) {! z
, L: c5 J5 G9 w. g/ q1 ^! h         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。
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$ M; h( i: x5 x5 k
. T" J1 q( E" w/ \8 V/ h/ Z# o
         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。

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" M3 N; ]# p0 w1 p2 P! \' K4 D
         RNG在STM32芯片正常、睡眠的工模式下有效。
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$ n6 q5 [/ m% R8 x
" o# _7 W1 h: e
& |- Z2 v# A) j* `: b& {         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。
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" _' P0 D$ \2 ]
二、创建RNG测试工程及HLA源码分析
         2.1 工程创建
        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。

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。
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7 T+ ~2 o* b+ w- b! \: }) R/ Y* {
  Z- C- Q2 ?* ~0 d# ]5 X8 Q
2 _; D) ~( y, i# M( u
8 Z# h- z# h9 S$ l7 U& d. c( I
         保成生成输出代码

        2.3 RNG的HLA库源码分析
8 s0 S1 y' w# U9 a$ L; h2 j. B        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。
( R, z; t! w- B1 k' [; g
# v5 L, l3 s1 _) u        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。



         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；

* K/ u. I! F5 q# ~
5 }( P) d0 m- E' G: U
) P; l, D+ R# Q. f, ~         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）；
  H( z8 y1 D" I% f* q$ S% N

, `& D/ u) E, f7 C
        最后开启RNG，检测种子、数据寄存器的有效性。

$ L: M- d( w% C; N( q

- L! E, f4 u& \         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）。

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         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。
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- U# z$ ~  i( l1 O" Q# M- D0 P
$ c0 T6 ]6 c6 j4 Q4 `; ~! l
         2.3 RNG使用设计
. j8 k/ F' i7 @8 {8 K! @6 n" ~        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：

1. /* USER CODE BEGIN 1 */
   0 [) D% o5 |5 p' ~4 c; j& G/ q
2. void HAL_RNG_ReadyDataCallback(RNG_HandleTypeDef *hrng, uint32_t random32bit)
   ( E3 f: @( r% \
3. {
   $ A5 L4 ?/ N2 o  {
4.         printf("RNG_ReadyDataCallback:%lu\r\n",random32bit);
   
5. }
   
6. /* USER CODE END 1 */

复制代码

. z$ y. s  j; z         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 ----------------------------------------------------------*/
   
2. /* USER CODE BEGIN Includes */
   7 e; K$ Q1 p0 `9 H) C
3. #include "../../ICore/key/key.h"
   
4. #include "../../ICore/led/led.h"
   
5. #include "../../ICore/print/print.h"
   
6. #include "../../ICore/usart/usart.h"
   : Y: _& v/ c( h4 V8 M. w
7. #include "../../ICore/delay/delay.h"
   
8. /* USER CODE END Includes */

复制代码

3 W% i! L: X; m& _$ T, s         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。
  F7 y1 y& l( V' y8 m

1. /* Private user code ---------------------------------------------------------*/
   
2. /* USER CODE BEGIN 0 */
     u- h4 q' I1 T. k
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。

1.   /* Initialize all configured peripherals */
   $ O8 t8 F- ~: u# E7 |% T
2.   MX_GPIO_Init();
   
3.   MX_LPUART1_UART_Init();
   
4.   MX_RNG_Init();
   / B  C( {' T6 ~4 \( ?; V
5.   /* USER CODE BEGIN 2 */
   
6.   ResetPrintInit(&hlpuart1);
   
7.   HAL_UART_Receive_IT(&hlpuart1,(uint8_t *)&HLPUSART_NewData, 1); //再开启接收中断
   
8.   HLPUSART_RX_STA = 0;
   
9.   //
   + V: x, _# H9 k4 B1 A& I# x/ E. p
10.   printf("app restart now!\r\n");
    : R. j5 L  [7 x6 S. x
11.   uint32_t rng_val = 0;
    
12.   /* USER CODE END 2 */

复制代码

8 {' b& L& }/ C1 i, N        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。
! A6 H' I3 \1 D- T1 }) R

1.   /* Infinite loop */
   5 u" K% P1 ~. A5 k2 X' @
2.   /* USER CODE BEGIN WHILE */
   
3.   while (1)
   
4.   {
   
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);
   
7.                     HLPUSART_RX_STA=0;//接收错误,重新开始
   + E; o; F; @- d& A
8.                     HAL_Delay(100);//等待
   5 r7 K2 T4 {$ Q  x5 R/ v8 G1 J* p' M
9.             }
   ) p. ?$ m" r; u7 P, N
10.           if(KEY_0())
    
11.           {
    
12.                   rng_val = HAL_RNG_GetRandomNumber(&hrng);
    , r2 [' v4 \! q: _& O4 I& R
13.                   printf("KEY_0->RNG_GetRandomNumber:%lu\r\n",rng_val);
    
14.           }
    6 c! M6 |3 @0 j: B2 |( L+ V
15.           if(KEY_1())
    
16.             {
    1 Z! t# o# p! A0 F; x
17.                   rng_val = HAL_RNG_GetRandomNumber_IT(&hrng);
    $ i# Z1 ]6 e: Q; H2 p. n0 ^
18.                   printf("KEY_1->RNG_GetRandomNumber_IT:%lu\r\n",rng_val);
    
19.             }
    ) t% }) M& k5 t2 D4 G
20.           if(KEY_2())
    
21.             {
      u# o' ~! Z& G- k* f( y7 `
22.                   rng_val = HAL_RNG_ReadLastRandomNumber(&hrng);
    
23.                   printf("KEY_2->RNG_ReadLastRandomNumber:%lu\r\n",rng_val);
    
24.             }
    
25.     /* USER CODE END WHILE */

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三、编译及测试
        3.1 编译及下载
        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


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7 W  u6 C- Q/ ^         3.2 测试
4 _" B' G; i6 `, N+ K$ 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：



. ]$ [0 x+ ]8 Q: W5 k) k  z         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。



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