一、STM32的随机数发生器
6 T3 \' K; E1 U% q9 @        1.1 RGN 简介
% T( c0 S# H" B; Z        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。
' c7 t% C5 W7 I
        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。

        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。
$ }$ j2 d3 b& |& M8 o* ~

2 q5 o; e* n8 Z. A- L' S
         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。

! T- M6 U9 i. N, z
5 U3 T7 r5 _* N- H
* w, T" |9 ?$ G) }' P. ?         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。


  k+ ~1 U4 }' z# s
: L6 {6 K# Y0 t6 Y         RNG在STM32芯片正常、睡眠的工模式下有效。
' a# D/ x5 e/ \6 `


0 }- Y. c$ f5 K; h4 t, u: r         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。



二、创建RNG测试工程及HLA源码分析
8 |2 k* d2 c% m/ _! f4 |' j% `/ A         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。
  }8 }8 G9 [; g1 z% z$ {. N
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。




: j: J- i& X4 e! E' T$ N
# w; j+ X  Z- p3 f5 _' \& E         保成生成输出代码

        2.3 RNG的HLA库源码分析
        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。
/ S1 W; D% r# ?- Q+ ?. b
        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。
' {& M) D" P4 \4 {  A8 N0 L: F
+ g7 Z. ?/ G" j: \, M
) m% d* v3 o7 I! e8 w
         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；
- d6 }  |, {0 l- T- t
: D- f* L" R1 z% @
' }* J  j6 R- H0 H4 s
         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）；
! F8 d& G+ C& R
1 b: n0 g7 T/ v0 e$ e* y: n0 n
+ i1 T4 w. b* P; F6 G% u0 ^
1 y5 q& i* X% W' _6 {% [        最后开启RNG，检测种子、数据寄存器的有效性。
/ R% ^& l  X8 o( n0 F1 q8 |
2 C- i6 \* t/ U( [2 R0 w

5 n! U3 I* O- Q" _' {0 m7 ^1 j         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）。
. \5 v7 F! v0 H% F# q

7 j2 g$ o$ x# B" J. G  X7 P
! m- i% C% k. w: s7 w! y* c         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。
2 U- |/ `3 S, j$ g# o
% ?8 ?  |% y' E3 r: h' g; j
6 |  S) @8 G3 j
) `6 A9 Y# z3 ], n; g, B         2.3 RNG使用设计
        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 */
   
2. void HAL_RNG_ReadyDataCallback(RNG_HandleTypeDef *hrng, uint32_t random32bit)
   : V; d0 O0 b% M. b, \0 ~/ d
3. {
   
4.         printf("RNG_ReadyDataCallback:%lu\r\n",random32bit);
   5 h6 a2 ~% O; T* p% s- W
5. }
   2 n+ a$ }# m7 P) O  G3 u
6. /* USER CODE END 1 */

复制代码

3 K+ T, N! c2 Q         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。
2 S) \- i9 k* F8 [" B/ N  O

1. /* Private includes ----------------------------------------------------------*/
   
2. /* USER CODE BEGIN Includes */
   # S8 a  i: E( l5 x4 T5 Y: W
3. #include "../../ICore/key/key.h"
   
4. #include "../../ICore/led/led.h"
   ; u  h* w. R. a- v5 Y& S& Z5 L
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。

1. /* Private user code ---------------------------------------------------------*/
   
2. /* USER CODE BEGIN 0 */
   5 }: C  A; m* |  _/ V$ _
3. extern RNG_HandleTypeDef hrng;
   8 @$ w/ [' W2 a3 l
4. /* USER CODE END 0 */

复制代码

8 j# m& T0 ?5 S$ Y: J" ~! e         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 */
   & p8 L( t$ [# `' K6 l/ @0 i
2.   MX_GPIO_Init();
   
3.   MX_LPUART1_UART_Init();
   ! H( j6 q6 @. M# }4 U9 A5 K0 K
4.   MX_RNG_Init();
   / {  J( E9 c' H. b
5.   /* USER CODE BEGIN 2 */
   + q* f/ E/ J! Q3 x, `
6.   ResetPrintInit(&hlpuart1);
   ' k3 P' I6 b( v
7.   HAL_UART_Receive_IT(&hlpuart1,(uint8_t *)&HLPUSART_NewData, 1); //再开启接收中断
   % ?+ G! y- A4 h
8.   HLPUSART_RX_STA = 0;
   4 P8 }% N* L1 t1 @/ H1 r6 T1 y* H
9.   //
   0 C. p  h4 K" ~5 D" p$ u& m' W
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.   /* Infinite loop */
   
2.   /* USER CODE BEGIN WHILE */
   
3.   while (1)
   + u: F$ O4 i8 ?8 U
4.   {
   . j8 u0 @1 D9 ]6 d& P, R. E
5.             if(HLPUSART_RX_STA&0xC000){//溢出或换行，重新开始
   # S6 Q  x& ^, g4 F( o) J; d
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
   ! r* P+ K- i/ w5 ?, Q( n
8.                     HAL_Delay(100);//等待
   
9.             }
   
10.           if(KEY_0())
    
11.           {
    : s9 M; I" M% z/ F
12.                   rng_val = HAL_RNG_GetRandomNumber(&hrng);
    # y; ^4 |7 e: i
13.                   printf("KEY_0->RNG_GetRandomNumber:%lu\r\n",rng_val);
    ! X+ ^2 T* i# F  ~
14.           }
    5 l4 H1 g* U" y# ?: Z1 _0 H
15.           if(KEY_1())
    ! K- N4 w8 k, s7 G
16.             {
    2 J  w, ]8 ]$ i" }% [4 A0 [5 d
17.                   rng_val = HAL_RNG_GetRandomNumber_IT(&hrng);
    
18.                   printf("KEY_1->RNG_GetRandomNumber_IT:%lu\r\n",rng_val);
    / ^- ~0 i7 ~9 t$ [+ h9 [5 u# w' k
19.             }
    
20.           if(KEY_2())
    0 S& |. U+ ~" A' X, D, ^, C0 l8 k
21.             {
    ! I! N" }6 Z/ y
22.                   rng_val = HAL_RNG_ReadLastRandomNumber(&hrng);
    
23.                   printf("KEY_2->RNG_ReadLastRandomNumber:%lu\r\n",rng_val);
    
24.             }
    6 Q5 e0 a  c2 y- `" u% O/ Z$ Y% N3 }
25.     /* USER CODE END WHILE */

复制代码

三、编译及测试
5 h3 \0 A. M# u6 S% i( Z+ @        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
3 M9 u* r- g) D0 `
5 p$ h! y1 U! f

         3.2 测试
+ k, c. L! s* Y6 i        串口助手链接到开发板上，分别按键KEY0、KEY1、KEY2输出log如下图：



         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。
0 s" o& z/ l2 Y% h  n$ v1 A7 L4 k
2 p2 n3 p8 \+ w; ]4 v/ S
& ]  l3 j* T( _$ L1 k
3 h5 a# |: m7 |& l& _————————————————
# y9 J% t7 o; c2 R) y+ \版权声明：py_free-物联智能
如有侵权请联系删除
- m' C' R8 ^: J) k, W6 ~1 T  m
* p) g! h; l( u% a