一、STM32的随机数发生器
" g2 ~7 a* z. m! J9 _/ `% l        1.1 RGN 简介
+ W$ i, m$ \. K9 u0 U        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。

! ^0 H1 M3 [1 f& 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。

        1.2 RNG配置说明
, \' b( s( y: K" R7 Y) M        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。


! }  d- k7 i* x( O/ L. R6 v+ v
! N+ h" p; t% {' r0 Z         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。

' R% u7 ~+ }5 ]! R% Q' j. e

9 P9 [$ D) O/ _! z) [         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。



         RNG在STM32芯片正常、睡眠的工模式下有效。
3 Y, h" ^4 q& i7 H


8 S* `0 \9 r% ~! t2 o         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。
  d. T( x  ?" _- _6 b5 h9 p
- B' x9 r- h7 u( L0 z- o) U6 ]

二、创建RNG测试工程及HLA源码分析
& O' ]! ?) l2 q3 C7 q. ?5 y( E1 C: h         2.1 工程创建
7 u) l. h0 n) s) V7 m) v$ L        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。

! q+ C: G0 J. b* T1 p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。

/ y1 q& F* K5 R5 }8 T
' C! P- w$ A" @/ ?% x, k8 J
9 r/ u# w% Q: W. n

         保成生成输出代码
8 r1 z' @% P5 x1 ^& C
        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。
8 r' L2 \- \3 O4 [
5 _- `' y9 t0 ?9 m1 x3 X- H        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。

( c6 A# t& [* b! B1 a0 D- Z1 y
% l, W" p. j' r% e
/ T5 c) `4 R1 y/ i  n         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；
, v9 V, b& y, i5 k( z9 `+ `# b+ t0 T


) [+ B' H+ \0 L( `+ H: n         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）；
5 l; c3 ?3 i0 C, n
, b! }: ?& e, y5 Y1 V

        最后开启RNG，检测种子、数据寄存器的有效性。

- I, _3 a$ k0 t3 W

         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）。

, z2 ^# T2 w; F& ]

& l& w1 Q" E8 ^4 R% X, h* ?% U         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。

) W0 h; U& E, d# N  g9 b! Z! ~+ l

& A1 s9 c. y% p# U' z2 F" C0 Y+ a         2.3 RNG使用设计
- ^( _  Z# b2 z5 f7 \# I+ \* d        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 ~: h/ U/ K" I

1. /* USER CODE BEGIN 1 */
   
2. void HAL_RNG_ReadyDataCallback(RNG_HandleTypeDef *hrng, uint32_t random32bit)
   # z$ a' R- h3 [$ c8 h. D! X
3. {
   4 s+ I  M: E# |
4.         printf("RNG_ReadyDataCallback:%lu\r\n",random32bit);
   + Y% @- y8 w- X; X
5. }
   
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 ----------------------------------------------------------*/
   " C% q+ W9 Q( y
2. /* USER CODE BEGIN Includes */
   
3. #include "../../ICore/key/key.h"
   9 \& a/ H% ~# M1 M+ Q
4. #include "../../ICore/led/led.h"
   * ~: m7 B& |% l, W0 {5 N
5. #include "../../ICore/print/print.h"
   ) s" h$ `9 b. u
6. #include "../../ICore/usart/usart.h"
   ( [' P, s( n* X( [
7. #include "../../ICore/delay/delay.h"
     }/ W- x4 |7 {8 `: p( d* \3 \
8. /* USER CODE END Includes */

复制代码

5 v5 W) |: y1 e% D; C         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 n- l' x, P% l* Y. O; x
2. /* USER CODE BEGIN 0 */
   , ~1 ?8 N" h+ U+ M
3. extern RNG_HandleTypeDef hrng;
   & O8 o3 `; o: j% ^$ }
4. /* USER CODE END 0 */

复制代码

. p, _7 G( A+ f- t! {         在main函数内，启动串口中断功能及初始化其他辅助参数。
/ j1 R0 A8 O. N; C+ I6 x. D

1.   /* Initialize all configured peripherals */
   4 h( p! X- U, U
2.   MX_GPIO_Init();
   ! b+ I2 p# ?/ S" v6 y9 L, A
3.   MX_LPUART1_UART_Init();
   
4.   MX_RNG_Init();
   
5.   /* USER CODE BEGIN 2 */
   
6.   ResetPrintInit(&hlpuart1);
   : |3 k3 {. g" N( S  V/ B  Q
7.   HAL_UART_Receive_IT(&hlpuart1,(uint8_t *)&HLPUSART_NewData, 1); //再开启接收中断
   ) `: H& `; T6 {( Z4 r
8.   HLPUSART_RX_STA = 0;
   
9.   //
   
10.   printf("app restart now!\r\n");
    . K* N% ^" s1 a: [% \! d, ?
11.   uint32_t rng_val = 0;
    
12.   /* USER CODE END 2 */

复制代码

# R# ?+ d( Z4 E4 _1 Y% Z, s) k        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)
   
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
   % J3 ^; m7 G$ d$ m
8.                     HAL_Delay(100);//等待
   
9.             }
   . ]& u- e$ o+ F  z
10.           if(KEY_0())
      W- L" Q! O; a" ?
11.           {
    : D, |% z4 O; ?1 n/ L; c
12.                   rng_val = HAL_RNG_GetRandomNumber(&hrng);
    ! Q8 J/ e; S4 W: a  A% P& E7 [
13.                   printf("KEY_0->RNG_GetRandomNumber:%lu\r\n",rng_val);
    
14.           }
    ) e! E% F# }6 i7 E) i$ d, Q7 t
15.           if(KEY_1())
    " e0 _# a# x5 j6 _4 t$ T" k
16.             {
    
17.                   rng_val = HAL_RNG_GetRandomNumber_IT(&hrng);
    + x( ~( {" w) s% X( r* C
18.                   printf("KEY_1->RNG_GetRandomNumber_IT:%lu\r\n",rng_val);
    
19.             }
    
20.           if(KEY_2())
    $ w4 J  ^+ K0 F" a: M, V
21.             {
    ) c: S7 Y# v+ v0 S5 v* M
22.                   rng_val = HAL_RNG_ReadLastRandomNumber(&hrng);
    # I4 b0 m! H- c6 W: k& u0 O
23.                   printf("KEY_2->RNG_ReadLastRandomNumber:%lu\r\n",rng_val);
    $ y# l2 T4 o! W% d9 k
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

$ V, S% a. M" O( u

% U1 U+ n3 b9 ]0 R4 `9 R# D  E* [         3.2 测试
        串口助手链接到开发板上，分别按键KEY0、KEY1、KEY2输出log如下图：
% w1 _& u, A" u( n4 N  i
$ ^; e& G0 h& w. I+ `8 C$ [& T, N

         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。

4 Y* ~8 N6 T4 @- [% h

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